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Dokumentenidentifikation DE3007240C2 21.09.1989
Titel Teilbelag-Scheibenbremse für Fahrzeugräder
Anmelder Daimler-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, DE
Erfinder Bährle, Friedrich, 7053 Kernen, DE;
Wulf, Helmut, 7302 Ostfildern, DE;
Burckhardt, Manfred, Dr.-Ing., 7050 Waiblingen, DE;
Schulte, Herbert, Dipl.-Ing., 7057 Leutenbach, DE
DE-Anmeldedatum 27.02.1980
DE-Aktenzeichen 3007240
Offenlegungstag 03.09.1981
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.09.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.09.1989
IPC-Hauptklasse F16D 65/853

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Teilbelag-Scheibenbremse für Fahrzeugräder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE-AS 20 32 580 als bekannt hervorgeht.

Bei der dort gezeigten Scheibenbremse sind in die Bremsklötze Wärmerohre eingelagert, die sich kreisbogenförmig konzentrisch zur Rotationsachse der Bremsscheibe axial neben deren Bremsflächen in Umfangsrichtung erstrecken und dort in einen stark verrippten Körper eingelagert sind, über den sie die von den Bremsklötzen abgeführte Wärme an die Umgebungsluft übertragen. Nachteilig daran ist, daß die Bremsklötze sehr teuer und aufwendig sind und dementsprechend nicht als Wegwerfteil angesehen werden können. Vielmehr muß bei einer notwendig werdenden Erneuerung der Bremsbeläge ein umständliches Tauschverfahren "alt" gegen "neu" angewandt werden. Wegen der ringförmigen Gestalt der Bremsklötze ist bei einer Erneuerung der Bremsbeläge im übrigen eine vollständige Demontage der Scheibenbremse nötig, um einen Austausch der Bremsklötze vornehmen zu können. Bei einem gekapselten Einbau der Scheibenbremse innerhalb einer schüsselförmigen Radfelge wird im übrigen die dem Innern der Radfelge zugekehrten Seite der Scheibenbremse trotz einer Bestückung mit Wärmerohren nicht ausreichend gekühlt, weil diese Seite nicht genügend mit Umgebungsluft beaufschlagbar ist. Wegen des hohen Gewichtes der Einrichtungen für die Bremskühlung werden außerdem die ungefederten Massen am Fahrzeugrad erhöht, was den Federungskomfort eines Fahrzeuges stark beeinträchtigt.

Die FR-OS 22 87 622 zeigt, abweichend von dem vorliegend maßgebenden Bremsentyp, eine voll beaufschlagte Mehrscheibenbremse, bei der die stillstehenden Bremsscheiben mit einem nach außen geführten Wärmerohr gekühlt werden können. Es ist lediglich ein einziges Wärmerohr je stehender Bremsscheibe, und zwar an der jeweils höchst gelegenen Stelle angebracht, so daß das Wärmerohr ansteigend in Richtung zur Kondensationszone verläuft. Diese Art der Wärmerohrkühlung ist nicht auf Teilbelag-Scheibenbremsen übertragbar, weil die ortsfesten Bremsklötze bei Teilbelag-Scheibenbremsen als Wegwerfteile ausgebildet sind und somit möglichst einfach gestaltet werden müssen; eine Integration von Wärmerohren in die Bremsklötze von Teilbelagscheibenbremsen kommt daher nicht in Betracht. Nachteilig an dieser Art der Bremsscheibenkühlung mit ungleichmäßiger Verteilung der Wärmerohre ist im übrigen, daß die stehenden Bremsscheiben in Umfangsrichtung eine ungleiche Temperaturverteilung aufweisen, was zum Verziehen der Bremsscheiben, zu einer ungleichmäßigen Abnutzung und zu einem ungleichmäßigen Bremsbetrieb führt. Infolge dessen konnte von dieser Druckschrift keine Anregung zur wirkungsvollen aber möglichst leicht bauenden Gestaltung einer durch Wärmerohre bewirkten Kühlung von Teilbelagscheibenbremsen ausgehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Wärmerohrkühlung der zugrundeliegenden Bremse, insbesondere, wenn sie tief in einer Felgenschüssel angeordnet und somit schlecht belüftet ist, hinsichtlich besserer Wirksamkeit und Leichtbau zu verbessern, so daß Überhitzungen der Bremsflüssigkeit vermieden und die ungefederten Massen nur unwesentlich gegenüber einer Scheibenbremse ohne gesonderte Kühleinrichtungen erhöht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dank der Verbindung der Wärmerohre mit dem Bremssattel sind die Bremsklötze üblicher Art nach wie vor ohne weiteres zulässig bzw. austauschbar und können als Wegwerfteile gestaltet werden. Die von der Radfelge abgekehrte Seite der Scheibenbremse ist von Hause aus genügend mit Umgebungsluft beaufschlagt und durch Überhitzungen weniger gefährdet. Lediglich die im Innern der Radschüssel liegende Seite des Bremssattels ist aufgrund ihrer geschützten Lage von Hause aus unzureichend gekühlt und dementsprechend mit Wärmerohren bestückt. Dank des scheibenübergreifenden Verlaufes der Wärmerohre wird die Wärme dieser Seite der Scheibenbremse auf die gegenüberliegende Seite transportiert und dort zügig an die Umgebungsluft überführt. Dank des ansteigenden Verlaufes der Wärmerohre kommt ein zügiger Kondensatrücklauf durch Schwerkrafteinfluß von der obenliegenden wärmeabgebenden Seite zu der untenliegenden wärmeaufnehmenden Seite zustande, wodurch der Wärmetransport begünstigt wird.

Unter den bereits bekannten Wärmerohren soll ein evakuierter oder im wesentlichen mit einem Inertgas gefüllter hermetisch dicht verschlossener aus gut wärmeleitendem Material gebildeter Hohlraum verstanden sein, der mit einem verdampfbaren und kondensierbaren Wärmeträgermedium zu einem Bruchteil gefüllt ist. Meist ist das Wärmerohr im Innern teilweise mit einer Kapillarstruktur zum Rücktransport des kondensierten Wärmeträgermediums von der wärmeabgebenden zur wärmeaufnehmenden Stelle versehen; diese kann z. B. in Form einer Auskleidung des Rohres mit einem Siebgewebe oder durch eine Rillenstruktur der inneren Rohroberfläche geschehen. Die Auswahl des Wärmeträgermediums richtet sich nach dem Temperaturniveau, bei dem Wärme übertragen werden soll. Als Füllung für die Wärmerohre sind für die vorliegenden Zwecke beispielsweise Ammoniak, Alkohol, Wasser oder ein Gemisch davon möglich. An der heißen Stelle des Wärmerohres, an der Wärmeenergie zugeführt wird, verdampft das eingegebene Medium und breitet sich rasch im Innern des Wärmerohres aus. An wärmeabgebenden Stellen des Wärmerohres schlägt sich das verdampfte Medium nieder und kondensiert unter Abgabe seiner Wärme an die Wandung des Wärmerohres. Das Kondensat kriecht durch Kapillarwirkung und durch Schwerkrafteinfluß zu den Wärmezufuhrstellen zurück. Die an der Kondensatseite vom Medium an die Wandung des Wärmerohres abgegebene Wärmemenge wird auf der Außenseite im wesentlichen durch Konvektion abgeführt. Da an den wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden Stellen des Wärmerohres eine Zuständsänderung des Wärmeträgermediums stattfindet, wird im wesentlichen die für die Zustandsänderung erforderliche Umwandlungsenergie in Wärmeform übertragen. Da die Umwandlungsenergien, bezogen auf die Masse des Wärmeträgermediums, wesentlich größer sind als die durch Aufheizung eines Mediums speicherbaren Energiemengen, kann durch den Transport relativ kleiner Mengen an Wärmeträgermedium eine große Wärmemenge auch über größere Entfernungen hinweg und bei relativ kleinem Temperaturgefälle übertragen werden. Durch Aufprägen eines bestimmten Druckes auf das Innere des Wärmerohres kann im übrigen auch dafür gesorgt werden, daß die Wärmeübertragung innerhalb eines bestimmten Temperaturniveaus stattfindet.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles noch kurz erläutert; dabei zeigt die Figur eine radiale Schnittansicht durch ein Fahrzeugrad bzw. auf eine Scheibenbremse.

Das in der Figur gezeigte Fahrzeugrad 1 besteht im wesentlichen aus einer schüsselförmigen Radfelge 4, einer drehbar gelagerten Nabe 2 mit einem Nabenflansch 3 und aus einer Scheibenbremse 13. Letztere ist im wesentlichen gebildet aus der an dem Nabenflansch befestigten umlaufenden Bremsscheibe 5 und aus dem die Bremsscheibe übergreifenden Bremssattel 6. Das dargestellte Ausführungsbeispiel der Scheibenbremse weist auf beiden Seiten in den Bremssattel eingearbeitete Zylinder 7 auf, in denen Anpreßkolben 8 dichtend geführt sind. Diese tragen an ihrer der Bremsfläche der Bremsscheibe zugekehrten Seite auswechselbare Bremsbeläge 9. Durch einen Pfeil 11 ist die Richtung zur Fahrzeugaußenseite hin angedeutet. Die innenliegende in der Darstellung links gezeigte Hälfte der Bremszange liegt außerhalb der Felgenschüssel und ist deshalb von Umgebungsluft gut erreichbar. Diese Seite der Bremszange ist durch Überhitzung weniger stark gefährdet und kann in der Regel auch bei stärkerer Beanspruchung der Bremse ohne zusätzliche Kühlung auskommen. Der außenliegende, in der Figur rechts gezeigte Teil der Bremszange, der im Innern der schüsselförmigen Radfelge liegt, ist hingegen gegen Zutritt von Umgebungsluft geschützt und kann sich dadurch sehr stark erhitzen. Aus diesem Grunde ist dieser Teil der Bremszange mit einer gesonderten Kühleinrichtung nach der Erfindung versehen.

Zu diesem Zweck ist die - bezogen auf die Fahrzeugmitte - außenliegende Hälfte der Bremszange wärmeleitend mit zwei Wärmerohren verbunden, die sich bei stetig ansteigendem Verlauf über die Bremsscheibe 5 hinweg aus der Radfelge heraus in die Umgebungsluft erstrecken. Zweckmäßigerweise sind die Wärmerohre mit der den Zylinder 7 nach außen begrenzenden Stirnwand 12 des Bremssattels verbunden, weil diese Wandung unmittelbar an das den Anpreßkolben 8beaufschlagende Flüssigkeitspolster großflächig angrenzt und dieses Flüssigkeitspolster gegen Überhitzungen und Dampfblasenbildung geschützt werden muß. Der stetig ansteigende Verlauf der Wärmerohre ist aus zweierlei Gründen zweckmäßig; zum einen soll der Kondensatrücklauf zum Verdampferteil der Wärmerohre durch Schwerkrafteinfluß begünstigt werden und zum anderen sollen sich keine Kondensattassen oder -pfützen innerhalb der Wärmerohre bilden. Durch einen zügigen Kondensatrücklauf innerhalb der mit einer Rillenstruktur 14 ausgekleideten Wärmerohre wird die Wärmeübertragungsleistung der Wärmerohre günstig beeinflußt. In der Zeichnung ist zwar der Bremssattel an der obersten Position der Bremsscheibe dargestellt; diese Anordnung ist jedoch lediglich aus Gründen der Darstellbarkeit so gezeichnet. In Wahrheit liegt der Bremssattel um etwa einen viertel Kreisumfang auf den Betrachter zu. Dies erleichtert wesentlich die Verlegung der Wärmerohre 10 in einem stetig ansteigenden Verlauf.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf der außenliegenden Seite der Wand 12 örtlich Wandverdickungen angebracht, in die eine der Kontur der kreisförmigen Wärmerohre entsprechende rillenförmige Ausnehmungen eingearbeitet ist, in die die Wärmerohre mit ihrem wärmeaufnehmenden Ende hart eingelötet sind. Durch einen Hartlötvorgang können unterschiedliche auch nicht schweißbare Werkstoffe vollflächig und gut wärmeleitend verbunden werden. Anstelle einer Anlötung wäre auch eine Einpressung in entsprechende Bohrungen oder eine Verklemmung zwischen der Wand 12 und einer gegenüberliegenden entsprechend geformten Spannpratze, die durch Schrauben oder Nieten auf die Wand 12 gespannt wird, möglich. Bei einer Einpressung des Wärmerohres - auch diese könnte durch einen Lötvorgang zur Verbesserung des Wärmeüberganges unterstützt sein - müßte an der Außenseite der Wand 12 für jedes Wärmerohr ein entsprechendes abstehendes Auge angebracht sein. Das Einpressen hat den Vorteil, daß das Wärmerohr als separates und funktionsfähiges Zulieferteil ohne Wärmebehandlung an den Bremssattel angebracht werden und gegebenenfalls zerstörungsfrei auch einmal ausgetauscht werden kann. Ein guter Wärmeübergang zwischen Wärmerohr und Bremssattelauge kann durch thermisches Einschrumpfen erzielt werden - Auge erwärmen und/oder Wärmerohr abkühlen. Bei an- oder eingelöteten Wärmerohren ist ein Evakuieren und Belüften dieses Bauteiles wegen der starken Wärmeeinwirkung in aller Regel erst nach dem Löten möglich. Eine große Kontaktfläche zwischen Wand 12 und Wärmerohr kann auch dadurch erzielt werden, daß das Wärmerohr zumindest in seinem wärmeaufnehmenden Teil flachgedrückt ist und mit einer Flachseite an der Außenseite der Wand 12 angelötet ist. Dies erspart das Anformen einer Rille auf der Außenseite der Wand sowie eine entsprechende Wandverdickung und das dafür erforderliche Gewicht.


Anspruch[de]
  1. Teilbelagscheibenbremse für Fahrzeugräder, mit einer umlaufenden Bremsscheibe und mit einem diese übergreifenden, in Umfangsrichtung feststehenden Bremssattel, in den beiderseits der Bremsscheibe wenigstens je ein Zylinder für einen darin geführten Anpreßkolben angeordnet ist und mit Wärmerohren, die mit den feststehenden Teilen der Bremse verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (10) mit der Stirnseite (Stirnwand 12) des Bremssattels (6), die der Radfelge (4) zugewandt ist, großflächig wärmeleitend verbunden sind und das Kondensat in dem stetig ansteigenden Wärmerohr (10) durch die Schwerkraft zurückgeführt wird.






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