通風制動圓盤以及相應的車輛的制作方法

專利名稱：通風制動圓盤以及相應的車輛的制作方法
技術領域：
本發明涉及汽車工業領域。更具體地說，本發明涉及包括通過通風螺栓相互連接的兩個相互間隔的盤這一類型的制動圓盤。
背景技術：
制動圓盤必須能夠儲存制動過程中吸收的卡路里(calories)并在兩個相繼的制動作用之間足夠快速地釋放它們。
這一目的是要避免改變制動襯片和圓盤的制動軌跡材料之間的摩擦系數，這樣使制動距離基本上不會改變。
在本發明的范圍內，在“所有的”或“大多數”圓盤與“通風”圓盤之間有區別。
“大多數”圓盤被設計成儲存大量的熱。因此它們構成了大容量卡路里儲存裝置，卡路里的釋放實現得非常緩慢。
這些圓盤存在如下缺陷-它們構成了尺寸相當大的“未安裝彈簧的”質量，幾乎難以完全利用；-它們引起了燃料的過量消耗(由于它們的重量)；-它們引起了能量“污染”(通過卡路里的重新積聚)。
通風圓盤包括熱交換流體在其間循環的兩個盤(制動軌跡)并且通風圓盤被設計成儲存少量的可以快速釋放的能量。盡管這些圓盤不如大多數圓盤緊湊，但它們可以-降低“未安裝彈簧的”質量；-使圓盤的熱容量得到最佳利用；-降低燃料消耗；-降低能量污染。
在這種情況下，設置在盤之間的通風元件必須被設計成(形狀、布置)在熱交換流體的流入和流出方面最大程度地利用流體的機械特性。
目前已知多種用于通風圓盤的方法，利用多種裝置實現通風圓盤的通風，這些裝置的有效性有時是有爭議的并且就用于通風的裝置的效果來說，其合理性不總是能夠清楚地確定。
實踐中，通風裝置經常是根據經驗設計，并在部件的生產和/或使用過程中遇到許多問題時進行改進。
根據圖1所示的方法，通風裝置通過連接兩個制動軌跡并且其縱軸線(從上面觀察)向圓盤的旋轉中心會聚的葉片構成。術語“葉片”用在通風元件的長度大于或等于制動軌跡寬度的50％的情況下。
就基于對流的熱交換表面來說，這些葉片獲得了相對滿意的結果。
同時，就以下能力來說，這些葉片獲得了有限的結果-提供大的基于傳導的熱交換表面；-不受環境的影響提高空氣的循環速度；-促進空氣流動。
另一方面，在通過制動襯片施加在圓盤上的溫度和壓力的影響下，就其限制軌道的變形的能力來說，這些葉片產生不令人滿意的結果。
為了提高這些葉片的性能，一種變型在于在圓盤的周邊一側采用圓形突起(使葉片具有水滴形狀)。
根據圖2所示的另一方法，通過連接兩個制動軌跡的螺栓構成通風裝置，其具有或不具有縱軸線(在存在縱軸線的情況下，這些縱軸線向圓盤的旋轉中心會聚)。術語“螺栓”用在通風裝置在徑向上的尺寸小于或等于制動軌跡寬度的50％的情況。
從圖2可以明顯看出，螺栓20可以具有各種形狀，在本案中，內排和外排螺栓具有橢圓形狀，而中間排螺栓具有菱形。
這些螺栓就以下能力來說獲得了相對滿意的效果-提供大的基于對流的熱交換表面；-提供大的基于傳導的熱交換表面；
-不受環境的影響提高空氣的循環速度；-促進空氣流動；-在通過制動襯片施加在圓盤上溫度和壓力的影響下限制軌道的變形。
盡管如此，這種通風圓盤的性能還與所采用的螺栓的數量有關。
現在，增加這些螺栓的數量引起鑄造階段的問題，尤其是鑄芯的形成變得非常復雜。
而且，發現采用這些螺栓對將材料澆注到鑄模內形成障礙，從而導致產生或多或少的鑄造廢品。
根據圖3所示的第三種方案，通風裝置包括小柱30，其從軌道中的一個延伸但不使該軌道與另一軌道相連。將會注意到這些小柱通常與螺栓20和/或葉片30相結合。
這種方法就以下能力來說具有有限的結果-不受環境的影響提高空氣的循環速度；-促進空氣流動。

發明內容
本發明的具體目的是解決現有技術的這些缺陷。
更具體地說，本發明的目的是提出一種通風制動圓盤，其通風裝置使制動過程中積聚的卡路里更快速地釋放。
本發明的另一目的是提供一種通風圓盤，這種類型的通風圓盤可以增加在制動圓盤的盤之間循環的空氣的流量和/或速度。
本發明的另一目的是提供一種通風圓盤，這種類型的通風圓盤可以降低易于在通風元件之間出現的盤的變形。
本發明的另一目的是提供一種通風圓盤，在這種類型的通風圓盤中，通風元件提供大的基于對流和大的基于傳導的熱交換表面。
本發明的另一目的是提供一種通風圓盤，這種類型的通風圓盤設計簡單并且制造廉價。
本發明的另一目的是提供一種通風圓盤，這種類型的通風圓盤可以被鑄造成具有較低的鑄造廢品發生率。
通過本發明實現這些目的以及下文表現出的其他目的，本發明的主題是一種制動圓盤，其包括通過以同心圓排分布的通風螺栓相互連接的兩個相互間隔的盤，所述同心圓排包括被稱為出口排的第一螺栓排，空氣通過其離開所述盤之間的空間；以及被稱為上游排的第二排，其在空氣流動方向上在所述出口排的上游，所述螺栓從一排到另一排成角度地偏移，其特征在于，所述出口排和所述上游排的所述螺栓被布置成在它們之間提供第一環，進入所述盤之間的空氣在其中被壓縮；以及第二環，在所述第一環內的壓縮的空氣被吸入其中，隨后從所述盤之間的所述空間中排出。
由此獲得了通風圓盤，其通風裝置可以不受環境影響地使盤之間的空氣的速度和流量增加。
通過顯示的方式，根據本發明的通風圓盤例如包括七十二個通風元件，在規定操作條件下從450℃溫度到達250℃溫度需要160秒。
在相同的操作條件下，現有技術的螺栓式圓盤(例如圖2所示的具有90個元件的圓盤)需要170秒并且葉片式圓盤(例如圖3所示的具有36個元件的圓盤)需要190秒。換句話說，根據本發明的圓盤與剛剛引用的現有技術的兩種圓盤相比可以分別降低6％和16％的冷卻時間。
這可以通過在吸入環上游設置壓縮環來解釋，其易于產生具有以下特性的文氏管效應，即增加空氣的流量和速度。
而且，通風螺栓布置成剛好兩個同心排使得可以在不必形成復雜的鑄芯并且不產生現有技術螺栓式圓盤中存在的缺陷的情況下使用較多數量的螺栓。
而且，通風螺栓可以按如下方式布置，即它們可以明顯降低所預想的盤在制動襯片、機械切削工具以及凸緣力的作用下或者實際上在盤的溫度增加的影響下的變形。
利用兩種在前使用的圓盤實施了對比試驗，以進行冷卻時間的比較。在100巴的壓力(與制動鉗盤的壓力相對應)和300℃的溫度下實施這些試驗。
結果表明根據本發明的圓盤相對于在先的螺栓式圓盤可以使所預想的變形降低幾乎100％，相對于葉片式圓盤可以使變形降低幾乎1000％。
此外，根據本發明的圓盤的通風螺栓可以在數量和形狀上被形成為使得它們具有大的基于對流和大的基于傳導的熱交換表面。
有利地，所述上游排的所述螺栓在所述螺栓之間界定空間，其寬度在所述出口排的方向上減小。
由此以非常簡單和有效的方式獲得分布在環內的壓縮區域。
根據一種有利的方案，所述上游排的所述螺栓相對于所述圓盤的半徑具有對稱軸線。
優選地，所述上游排的所述螺栓優選具有橢圓形形狀，其周長由通過兩個直線部分連接的兩個圓形端限定，所述圓形端在橫向上具有不同的尺寸，從而所述螺栓在所述圓形端之間逐漸加寬。
根據另一特征，所述上游排的所述螺栓在所述螺栓之間界定空間，其寬度在所述圓盤圓周方向上增加。
由此以如下方式布置出口排的螺栓和上游排的螺栓，即，在實施制動時使圓盤最熱區域(彗星狀)的耐熱性增加。
因此，為壓縮區域內的壓縮空氣形成吸氣區域，這樣由于上述文氏管效應可以使空氣加速。
吸入的空氣直接排出，而不會產生任何有可能使其速度降低的障礙。
根據一種有利的方案，所述出口排的所述螺栓相對于所述圓盤的半徑具有對稱軸線。
優選地，所述出口排的所述螺栓優選地具有橢圓形形狀，其周長由通過兩個直線部分連接的兩個圓形端限定，所述圓形端在橫向上具有不同的尺寸，從而所述螺栓在所述圓形端之間逐漸加寬。
根據優選方案，一排中每個螺栓的對稱軸線在另一排中相鄰螺栓的對稱軸線之間的角度中心。
因此空氣的循環均質地分布在盤的整個表面上。
根據一種有利的方案，所述出口排和所述上游排通過中間環相互分隔。
由此形成用于空氣循環的通道。而且該螺栓排之間的間距還可以使材料流入鑄模內形成良好的流通。
實際上，在流動特性方面，對空氣適用的同樣對通風元件的模制過程適用。
因此本發明的通風螺栓的布置可以使通常用于形成芯的沙/樹脂混合物更好地流動。
該布置還可以使填充不足的危險顯著降低。
根據優選實施方式，所述上游排的所述螺栓被布置成使得所述螺栓之間的空間相對于所述盤之間的進氣開口成角度地偏移。
由此形成一種氣泵，其有助于促進在盤之間循環的空氣流動。
根據一種有利的方案，所述出口排的所述螺栓、所述上游排的所述螺栓以及所述盤之間的進氣開口相互交錯地布置。
這一特征產生了類似渦輪的功能，當然有助于(在速度和流量方面)促進在盤之間循環的空氣流動。
這種圓盤結構的另一優點是不必使用于右側車輪的圓盤與用于左側車輪的圓盤區別開。
根據第一實施方式，所述出口排的所述螺栓、所述上游排的所述螺栓根據規則節距分布。
根據第二實施方式，所述出口排的所述螺栓、所述上游排的所述螺栓根據可變節距分布。
本發明還涉及一種裝有至少一個制動圓盤的機動車，所述制動圓盤包括通過以同心圓排分布的通風螺栓相互連接的兩個相互間隔的盤，所述同心圓排包括被稱為出口排的第一螺栓排，空氣通過其離開所述盤之間的空間；以及被稱為上游排的第二排，其在空氣流動方向上位于所述出口排的上游，所述螺栓從一排到另一排成角度地偏移，其特征在于，所述出口排和所述上游排的所述螺栓被布置成在它們之間設置第一環，進入所述盤之間的空氣在其中得到壓縮；以及第二環，在所述第一環內的壓縮的空氣被吸入其中，隨后從所述盤之間的所述空間中排出。


通過閱讀以下以示例性和非限制性實例的方式給出的本發明優選實施方式的描述以及附圖將會更清楚地了解到本發明的其他特征和優點，其中圖1-3是根據現有技術的通風圓盤的局部視圖；圖4是根據本發明的通風圓盤的局部剖面透視圖；圖5是根據本發明的通風圓盤的局部剖視圖；圖6和7是根據本發明的通風圓盤的局部剖視圖，用于顯示圓盤內的空氣流動；圖8是根據本發明的通風圓盤的另一局部剖視圖，用于顯示螺栓相對于實施制動產生的熱區的分布；圖9是根據本發明的左圓盤和右圓盤的局部視圖，用于顯示螺栓對空氣流動的影響；圖10a和10b是根據本發明的圓盤的視圖，用于顯示易于在制動襯面的作用下出現的變形；圖11a和11b是根據現有技術的圓盤的視圖，用于表示易于在制動器摩擦襯片的作用下出現的變形。
具體實施例方式
如在前所述，本發明的原理在于提供同心的螺栓排用于壓縮空氣進入圓盤內的一個上游排以及用于吸入和排出上游排內的壓縮空氣的另一排。
這一點通過圖4，6和7示出，其顯示了通風圓盤，該通風圓盤包括通過兩排42、43的螺栓421、431相互連接的兩個盤(制動軌跡)40，41。
在說明書的其他部分，螺栓排42被稱為“上游排”，排43被稱為“出口排”。
這種通風圓盤還具有在盤之間的進氣開口(進氣口)44。
根據本發明的原理，排42的螺栓421和排43的螺栓431以提供以下部件的方式布置-第一環420(在圖7中標記為“C”以表示“壓縮”)，通過開口44進入的空氣(在圖6中由箭頭F1表示)在其中得到壓縮；-第二環430(在圖7中標記為“D”以表示“減壓”)，在環420中的壓縮的空氣被吸入環430中，隨后從盤之間的空間中排出(在圖6中由箭頭F2表示)。
根據本發明，上游排42的螺栓421在它們之間限定了空間，其寬度在環430的方向上減小(由此產生文氏管效應的這一特性的壓縮現象)。
同時，出口排43的螺栓431在它們之間限定了空間，其寬度在圓盤的周向上增加(這有助于產生如下特性的減壓現象，即從環420中吸入空氣)。
可以看到，排42、43的螺栓421、431根據規則節距分布在盤之間(根據一種可以想到的實施方式，螺栓之間的節距可變，如果需要，可變節距使制動軌跡的振動模式可調，以在制動時既不會產生聲音也不會產生振動)。因此螺栓能夠根據連續的節距序列布置，例如在10°、9°、8°的螺栓之間具有角度偏差，隨后再次以10°、9°、8°的序列等等。
將會注意到排42、43的螺栓421、431每個具有從圓盤旋轉中心徑向延伸的對稱軸線。
優選地，螺栓421和431具有由通過兩個直線部分連接的兩個圓形端限定的橢圓形形狀。而且，螺栓的圓形端具有不同的尺寸，使螺栓具有逐漸加寬的形狀。
由于螺栓具有適當的形狀并根據本發明的原理布置，因此獲得一種布局，其使圓盤在通過實施制動產生的彗星形加熱區域80(圖8)上得以加強。
而且，如圖5所示，螺栓421和431的規則分布被設置成使得分隔一排中的兩個螺栓的對稱軸線的角度a1等于分隔另一排中的兩個螺栓的對稱軸線的角度a2。另外將會注意到，根據本發明，使一排中的螺栓的對稱軸線與直接相鄰的另一排中的螺栓的對稱軸線分隔的角度等于角度a1的一半(并因此也是角度a2的一半)。
而且，上游排42的螺栓421優選以如下方式布置，即螺栓之間的間隔相對于圓盤的盤之間的進氣開口44成角度地偏移。
可以看到，上游排被設置成使得一個進氣開口44的對稱軸線與上游排的螺栓421的對稱軸線重合，螺栓421插置在定位成面對兩個相鄰開口44的兩個螺栓421之間。
根據另一特征，出口排43的螺栓431、上游排42的螺栓421以及開口44被布置成具有相互交錯的結構(如圖9所示)。
盡管如此，可以想到如果按照車輪組件的空氣動力學的要求可以使開口44偏移以在流量和速度方面具有最大進氣。
如果是“直通碗狀”制動器構造，則不存在開口44(本實施方式涉及倒置碗狀圓盤)。
另外，螺栓與不具有開口44的“倒置碗狀”圓盤一起使用(如圖4所示)同樣可行。
因此，通過剛剛描述的通風圓盤的結構，可以獲得“氣泵”效應，通風圓盤起到渦輪機的作用，如圖9中的箭頭F3所示。
另外可以看到利用單個圓盤結構獲得該效應，無論所述圓盤安裝在右側車輪還是左側車輪上。
還將注意到剛剛描述的圓盤可以降低圓盤的盤可能遭受的變形。
這一點通過圖10a、10b、11a和11b示出。
對于現有技術例如圖11a所示的葉片式圓盤，通常包括36個通風葉片，在襯片壓力下，發現與能夠在距離d2上延伸的偏移相對應的變形(圖11b)。
對于根據本發明例如圖10a所示的圓盤，通過顯示的方式包括72個通風螺栓，發現與能夠在基本上小于距離d2的距離d1(圖10b)上延伸的偏移相對應的變形。
根據另一特征，出口排43和上游排42通過環45相互分隔，兩排中的螺栓或者一排或另一排都不在該環內延伸。換句話說，在從環420到環430的過渡區域上的，兩排中的螺栓的端部沒有排列在公共的圓上。
權利要求
1.一種制動圓盤，包括通過以同心圓排方式分布的通風螺栓(421，431)相互連接的兩個相互間隔的盤(40，41)，所述同心圓排包括被稱為出口排(43)的第一螺栓排，空氣通過所述出口排離開所述盤之間的空間；以及被稱為上游排(42)的第二排，所述第二排在空氣流動方向上位于所述出口排的上游，所述螺栓(421，431)從一排到另一排成角度地偏移，其特征在于，所述出口排(43)和所述上游排(42)的所述螺栓(421，431)被布置成在它們之間提供第一環(420)，進入所述盤(40，41)之間的空氣在所述第一環中得到壓縮，以及第二環(430)，在所述第一環(420)內的壓縮的空氣被吸入到所述第二環中，隨后從所述盤(40，41)之間的所述空間中排出。
2.如權利要求1所述的制動圓盤，其特征在于，所述上游排(42)的所述螺栓(421)在所述螺栓之間限定了空間，其寬度在所述出口排(43)的方向上減小。
3.如權利要求1和2中任意一項所述的制動圓盤，其特征在于，所述上游排(42)的所述螺栓(421)具有與所述圓盤的半徑相對應的對稱軸線。
4.如權利要求1-3中任意一項所述的制動圓盤，其特征在于，所述上游排(42)的所述螺栓(421)具有橢圓形形狀，其周長由通過兩個直線部分連接的兩個圓形端限定，所述圓形端在橫向上具有不同的尺寸，從而所述螺栓在所述圓形端之間逐漸加寬。
5.如權利要求1-4中任意一項所述的制動圓盤，其特征在于，所述上游排(42)的所述螺栓(421)在所述螺栓之間限定了空間，其寬度在所述圓盤外周方向上增加。
6.如權利要求1-5中任意一項所述的制動圓盤，其特征在于，所述出口排(43)的所述螺栓(431)具有與所述圓盤的半徑相對應的對稱軸線。
7.如權利要求1-6中任意一項所述的制動圓盤，其特征在于，所述出口排(43)的所述螺栓(431)具有橢圓形形狀，其周長由通過兩個直線部分連接的兩個圓形端限定，所述圓形端在橫向上具有不同的尺寸，從而所述螺栓在所述圓形端之間逐漸加寬。
8.如權利要3和6所述的制動圓盤，其特征在于，一排中的每個螺栓的對稱軸線位于另一排中相鄰螺栓的對稱軸線之間的角度中心。
9.如權利要求1-8中任意一項所述的制動圓盤，其特征在于，所述出口排(43)和所述上游排(42)通過中間環(45)相互分隔。
10.如權利要求1-9中任意一項所述的制動圓盤，其特征在于，所述上游排(42)的所述螺栓(421)被布置成使得所述螺栓之間的空間相對于所述盤(40，41)之間的進氣開口(44)成角度地偏移。
11.如權利要求1-10中任意一項所述的制動圓盤，其特征在于，所述出口排(43)的所述螺栓(431)、所述上游排(42)的所述螺栓(421)以及所述盤(40，41)之間的進氣開口(44)相互交錯布置。
12.如權利要求1-11中任意一項所述的制動圓盤，其特征在于，所述出口排(43)的所述螺栓(431)、所述上游排(42)的所述螺栓(421)根據規則節距分布。
13.如權利要求1-11中任意一項所述的制動圓盤，其特征在于，所述出口排(43)的所述螺栓(431)、所述上游排(42)的所述螺栓(421)根據可變節距分布。
14.一種裝有至少一個制動圓盤的機動車，所述制動圓盤包括通過以同心圓排方式分布的通風螺栓(421，431)相互連接的兩個相互間隔的盤(40，41)，所述同心圓排包括被稱為出口排(43)的第一螺栓排，空氣通過所述出口排離開所述盤之間的空間；以及被稱為上游排(42)的第二排，所述第二排在空氣流動方向上位于所述出口排(43)的上游，所述螺栓(421，431)從一排到另一排成角度地偏移，其特征在于，所述出口排(43)和所述上游排(42)的所述螺栓(421，431)被布置成在它們之間提供第一環(420)，進入所述盤(40，41)之間的空氣在所述第一環中得到壓縮；以及第二環(430)，在所述第一環(420)內壓縮的空氣被吸入到所述第二環中，隨后從所述盤(40，41)之間的所述空間中排出。
全文摘要
本發明涉及一種制動圓盤，包括相互間隔并通過以同心圓排分布的通風螺栓(421，431)連接在一起的兩個盤(40，41)，所述同心圓排包括被稱為出口排(43)的第一螺栓排，空氣通過其離開兩個所述盤之間的間隙，以及被稱為上游排(42)的第二排，其沿空氣流動方向在所述出口排的上游，所述螺栓(421，431)從一排到另一排成角度地偏移。本發明的特征在于，所述出口排(43)和所述上游排(42)的所述螺栓(421，431)被布置成在它們之間提供第一環(420)，進入所述盤(40，41)之間的空氣在其中得到壓縮，并提供第二環(430)，在所述第一環(420)內的壓縮空氣被吸入其中，隨后從所述盤(40，41)之間的所述間隙中排出。
文檔編號F16D65/78GK1997839SQ200580022909
公開日2007年7月11日 申請日期2005年6月16日 優先權日2004年7月8日
發明者Y·熱伊 申請人:汽車底盤國際Snc公司