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Dokumentenidentifikation DE102004042047A1 02.03.2006
Titel Bremsvorrichtung
Anmelder Helmut-Schmidt-Universität Universität der Bundeswehr Hamburg, 22043 Hamburg, DE
Erfinder Joos, Franz, Prof. Dr.-Ing., 22605 Hamburg, DE;
Krake, Andreas, Dr.-Ing., 22117 Hamburg, DE
Vertreter Patentanwälte Hauck, Graalfs, Wehnert, Döring, Siemons, Schildberg, 20354 Hamburg
DE-Anmeldedatum 31.08.2004
DE-Aktenzeichen 102004042047
Offenlegungstag 02.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.03.2006
IPC-Hauptklasse B60T 1/06(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
Zusammenfassung Bremsvorrichtung für Kraftfahrzeuge oder Anhänger mit einer Radnabe, einer die Radnabe umgebenden Bremsscheibe, umfassend zwei parallele Scheibenelemente, einen zwischen den Scheibenelementen um die Radnabe umlaufenden Strömungskanal und zwischen den Scheibenelementen, ausgehend von dem umlaufenden Strömungskanal, radial nach außen erstreckte Strömungskanäle und dem Außenumfang der Bremsscheibe bezüglich der Achse der Radnabe ortsfest zugeordneten Leitelementen, die einen Eintrittsbereich für den Eintritt von Luft in die radialen Strömungskanäle und einen in Umfangsrichtung der Bremsscheibe versetzten Austrittsbereich für den Austritt von Luft aus den radialen Strömungskanälen begrenzen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsvorrichtung für Kraftfahrzeuge oder Anhänger.

Zur Abfuhr der Dissipationswärme hochbelasteter Bremsscheiben von Bremsen für Kraftfahrzeuge oder Anhänger ist es üblich, in der Bremsscheibe radiale Strömungskanäle vorzusehen, die in manchen Ausführungen durch eine Beschaufelung begrenzt sind. Durch die Rotationsbewegung der Scheibe wird im Zentrifugalfeld eine Luftströmung durch die Strömungskanäle initiiert, die durch Öffnungen, die sich in der Nähe der Nabe befinden, gespeist wird. Die Beschaufelung kann den Bedürfnissen der Aerodynamik angepaßt sein, wird jedoch primär durch die Festigkeitsanforderungen bestimmt. So sind neben radialen bzw. gekrümmten Schaufelverläufen auch diskrete Verbindungsstifte üblich. Besonders Augenmerk ist bei der festigkeitsmäßigen Auslegung auf die Gestaltung der Nabe zu legen. Einerseits treten hier die höchsten zu übertragenden Spannungen auf, andererseits wird gerade diese Position am Innenrand der Bremsscheibe durch die Lufteinlässe verhältnismäßig stark aufgebrochen und damit geschwächt. Dies führt insbesondere bei stark belasteten Bremsscheiben u.a. bei Nutzfahrzeugen zu Festigkeitsproblemen.

Dieses Problem führte zu einer aus der WO 01/27490 A1 bekannt gewordenen Alternative, bei der die Luft vom Außenrand der Bremsscheibe sowohl angesaugt wie auch ausgeblasen wird. Die luftführenden Kanäle sind so ausgestaltet, daß am Umfang der Bremsscheibe mehrere Durchströmbereiche vorhanden sind, die jeweils einen eigenen Eintritt und Austritt aufweisen. Die Nabe kann somit den Festigkeitsanforderungen angepaßt werden. Nachteilig bei dieser Lösung ist die Luftführung, da sie lediglich durch kleine Druckdifferenzen zwischen den Ein- und Austritten der Durchströmbereiche angetrieben wird. Außerdem ist die Durchlüftung aufgrund der gewählten Kanalführungen zwischen den am Umfang der Bremsscheibe festliegenden in Ein- und Austrittsbereichen sehr inhomogen. Zudem ist zu erwarten, daß insbesondere der stark belastete Nabenbereich aufgrund des relativ langen Luftweges nur ungenügend gekühlt wird.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bremsvorrichtung für Kraftfahrzeuge oder Anhänger zur Verfügung zu stellen, welche bei verminderter Beeinträchtigung der Festigkeit im Nabenbereich eine verbesserte Kühlung der Bremsscheibe bewirkt.

Die Aufgabe wird durch eine Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Bremsvorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung für Kraftfahrzeuge oder Anhänger hat

  • – eine Radnabe,
  • – eine die Radnabe umgebende Bremsscheibe umfassend zwei parallele Scheibenelemente, einen zwischen den Scheibenelementen um die Radnabe umlaufenden Strömungskanal und zwischen den Scheibenelementen ausgehend von dem umlaufenden Strömungskanal radial nach außen erstreckte Strömungskanäle und
  • – dem Außenumfang der Bremsscheibe bezüglich der Drehachse der Radnabe ortsfest zugeordnete Leitelemente, die einen Eintrittsbereich für den Eintritt von Luft in die radialen Strömungskanäle und einen in Umfangsrichtung der Bremsscheibe versetzten Austrittsbereich für den Austritt von Luft aus den radialen Strömungskanälen begrenzen.

Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung hat eine innen belüftete Bremsscheibe. Sie ist mit einer Strömungsführung ausgerüstet, die der eines aus dem Klimatisierungsbereich bekannten Querstromgebläses ähnlich ist. Bei Querstromgebläsen wird das Fluid durch einen auf einer Seite des walzenförmigen Laufrades ortsfest angeordneten Eintrittsbereich angesaugt, strömt dann durch die Schaufeln des Laufrades hindurch und schließlich durch einen ortsfesten Austrittsbereich auf der anderen Seite des Laufrades wieder aus. Bei der Bremsvorrichtung sind in dem Zwischenraum zwischen den Scheibenelementen radiale Strömungskanäle vorhanden, die im Eintrittsbereich Luft aufnehmen und etwa radial zur Radnabe hin führen, auf der die Bremsscheibe sitzt. Die Luft wird durch den um die Radnabe umlaufenden Strömungskanal in Umfangsrichtung weitergeführt. Infolgedessen wird die Luftdurchströmung durch die bei Querstromgebläsen nicht vorhandene Radnabe nicht relevant gestört. Aus dem umlaufenden Strömungskanal wird die Luft durch die radialen Strömungskanäle zum Austrittsbereich geführt, durch den sie die Bremsvorrichtung verläßt.

Vorteilhaft bei dieser Bremsvorrichtung ist neben der starken Kühlluftströmung, daß durch die Rotationssymmetrie alle Bereiche gleichartig, wenn auch zeitlich abwechselnd, mit Kühlluft durchströmt werden. Insbesondere der stark belastete Bereich der Radnabe wird durch den umlaufenden Kühlluftstrom intensiv gekühlt.

Gemäß einer Ausgestaltung sind die radialen Strömungskanäle durch den Abstandsbereich zwischen den Scheibenelementen ganz oder teilweise überbrückende Schaufeln begrenzt. Gemäß einer Ausgestaltung sind die Schaufeln ganz oder teilweise gekrümmt. Von der Erfindung einbezogen ist die Krümmung der Schaufeln in oder gegen Drehrichtung der Bremsscheibe. Gemäß einer Ausgestaltung sind die Schaufeln ganz oder teilweise geradlinig. Einbezogen in die Erfindung ist der Einsatz von gekrümmten und von geradlinigen Schaufeln sowie von zum Teil gekrümmten und zum Teil geradlinigen Schaufeln.

Gemäß einer Ausgestaltung sind die radialen Strömungskanäle durch den Abstandsbereich zwischen den Scheibenelementen ganz oder teilweise überbrückende Noppen begrenzt. Bei den Noppen handelt es sich um z.B. halbkugelförmige oder zylindrische Vorsprünge auf der Innenseite zumindest eines der Scheibenelemente. Einbezogen in den Begriff Noppen sind Stifte, welche die beiden Scheibenelemente miteinander verbinden.

Die Erfindung bezieht die ungleichmäßige bzw. ungleichförmige Anordnung von Schaufeln bzw. Strömungskanälen auf dem Umfang der Bremsscheibe ein. Für eine starke und gleichmäßige Kühlung der Bremsscheibe sind die radialen Strömungskanäle in Umfangsrichtung der Bremsscheibe gleichmäßig verteilt und/oder gleichsinnig ausgerichtet in der Bremsscheibe angeordnet.

Zur weiteren Anregung der Durchströmung und somit der Kühlung der Bremsscheibe ist der Eintrittsbereich außerhalb der Bremsscheibe als Düse und/oder der Austrittsbereich außerhalb der Bremsscheibe als Diffusor ausgebildet. Die Düse stellt einen größeren Fangquerschnitt für die eintretende Kühlluft zur Verfügung. Der Diffusor steigert die Saugwirkung der Bremsvorrichtung für Kühlluft. Grundsätzlich bezieht die Erfindung auch Ausführungen ein, die keinen als Düse ausgebildeten Eintrittsbereich und/oder keinen als Diffusor ausgebildeten Austrittsbereich aufweisen.

Die Leitelemente für die äußere Strömungsführung der Kühlluft zur Bremsscheibe können auf verschiedene Weise verwirklicht sein. Gemäß einer Ausgestaltung umfassen sie mindestens ein besonderes Leitblech oder anderes spezielles Leitbauteil. Gemäß einer Ausgestaltung umfassen die Leitelemente mindestens ein eine weitere Funktion aufweisendes Bauelement einer Bremse. Dieses ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung ein Bremssattel und/oder eine Felge des Reifens und/oder eine Nabenaufhängung und/oder ein Schutzblech der Bremsscheibe und/oder eine Radaufhängung. Diese Bauteile können unverändert oder in speziell hinsichtlich der Strömungsführung optimierter Ausführung eingesetzt werden. Einbezogen ist der kombinierte Einsatz spezieller Leitbauteile mit Bauteilen, die eine weitere Funktion aufweisen.

Gemäß einer Ausgestaltung sind die Zu- und/oder Abführöffnungen der Ein- und/oder Austrittsbereiche senkrecht zu der Ebene der Bremsscheibe in dieser Ebene oder seitlich dazu versetzt angeordnet oder dazu geneigt. Dies ermöglicht eine Anpassung an konstruktive Gegebenheiten eines Rades und eine Beeinflussung der Luftströmung.

Gemäß einer Ausgestaltung sind die Zu- und/oder Abführöffnungen der Ein- und/oder Austrittsbereiche mit ansteuerbaren, beweglichen Leitelementen versehen. Die beweglichen Leitelemente können zur gezielten Steuerung des Luftdurchsatzes, angepaßt an den jeweiligen Fahrzustand des Fahrzeuges, eingesetzt werden. Die beweglichen Leitelemente sind z.B. bewegliche Blenden bzw. sonstige Leitvorrichtungen.

Gemäß einer Ausgestaltung umfassen die radialen Strömungskanäle und/oder der umlaufende Strömungskanal Mittel zur Verbesserung des Wärmeüberganges. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfassen die Mittel zur Verbesserung des Wärmeüberganges eine Aufrauhung der Wand der radialen Strömungskanäle und/oder des umlaufenden Strömungskanales und/oder diesen zugeordnete Turbulatoren.

Gemäß einer Ausgestaltung sind weitere Strömungsleitvorrichtungen innerhalb und/oder außerhalb der Bremsscheibe zur Beeinflussung von Sekundärströmungen vorhanden.

Der Einströmquerschnitt des Eintrittsbereiches und der Ausströmquerschnitt des Ausströmbereiches können jeweils in verschiedenen Winkeln zur Fahrtrichtung ausgerichtet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Bremsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug oder Anhänger in der Weise angeordnet, daß der Einströmquerschnitt des Eintrittsbereiches entgegen der Fahrtrichtung und/oder der Abströmquerschnitt des Austrittsbereiches in Fahrtrichtung ausgerichtet ist/sind. Hierdurch kann der durch die Fortbewegung des Fahrzeuges oder Anhängers erzeugte Staudruck zur Verstärkung der Durchströmung der Bremsscheibe nutzbar gemacht werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der anliegenden Zeichnung näher erläutert, die in grobschematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Bremsvorrichtung in einem Querschnitt zeigt:

Die Bremsvorrichtung hat eine Radnabe 1 zur Befestigung auf einer Radachse.

Auf der Radnabe 1 ist eine Bremsscheibe 2 befestigt, die zwei parallele, deckungsgleiche Scheibenelemente 2', 2'' umfaßt, von denen nur eines 2' gezeigt ist.

Der kurze Abstandsbereich zwischen den beiden Scheibenelementen 2', 2'' ist durch gekrümmte Schaufeln 3 überbrückt. Eine Vielzahl gekrümmter Schaufeln 3 ist in Umfangsrichtung in gleichmäßiger Verteilung und gleichsinniger Ausrichtung in die Bremsscheibe 2 integriert. Die Schaufeln 3 sind jeweils im wesentlichen radial erstreckt. Sie sind in die durch einen Drehpfeil gekennzeichnete Drehrichtung der Bremsscheibe 2 gekrümmt.

Zwischen den Schaufeln 3 sind im wesentlichen radial nach außen erstreckte Strömungskanäle 4 vorhanden.

Das innere Ende der Schaufeln 3 hat einen Abstand von der Radnabe 1. Die Radnabe 1 und die Schaufeln 3 begrenzen einen um die Radnabe 1 umlaufenden Strömungskanal 5.

Dem Umfang der Bremsscheibe 2 sind ein Eintrittsbereich 6 und ein demgegenüber in Umfangsrichtung versetzter Austrittsbereich 7 zugeordnet. Eintrittsbereich 6 und Austrittsbereich 7 sind ortsfest bezüglich der Drehachse 8 der Radnabe 1. Der Eintrittsbereich 6 ist durch Leitbleche 9 begrenzt und zu einer Düse ausgestaltet und der Austrittsbereich 7 ist durch Leitbleche 10 begrenzt und zu einem Diffusor ausgestaltet. Im Austrittsbereich 7 kann ein weiteres äußeres Leitelement 11 vorhanden sein.

Der Eintrittsbereich 6 hat außen einen Einströmquerschnitt 12 und innen eine dem Umfang der Bremsscheibe 2 zugeordnete Zuführöffnung 13. Der Austrittsbereich 7 hat innen eine dem Umfang der Bremsscheibe 2 zugeordnete Abführöffnung 14 und außen einen Austrittsbereich 15.

Die Bremsvorrichtung wird durch nicht gezeigte, weitere erforderliche Bauteile einer Scheibenbremse ergänzt, wie Bremsbeläge, Kolben und Bremssattel. Die Bremsvorrichtung wird in ein Rad eines Kraftfahrzeuges oder eines Anhängers integriert.

Bevorzugt ist die Bremsvorrichtung im Fahrzeug oder Anhänger so angeordnet, daß der Einströmquerschnitt 11 entgegen der Haupt-Fahrtrichtung des Fahrzeuges oder Anhängers ausgerichtet ist. Beim Betrieb des Fahrzeuges oder Anhängers dreht die Bremsscheibe 2 mit dem Rad mit, in das die Bremsvorrichtung integriert ist. Durch den Eintrittsbereich 6 strömt Luft radial durch die radialen Strömungskanäle 4 der Bremsscheibe 2, durch den umlaufenden Strömungskanal 5 um die Radnabe 1 und tritt durch die radialen Strömungskanäle 4 und den Austrittsbereich 7 etwa senkrecht zur Fahrtrichtung aus der Bremsvorrichtung aus. Durch die intensive Kühlluftströmung werden Bremsscheibe 2 und Radnabe 1 intensiv gekühlt.


Anspruch[de]
  1. Bremsvorrichtung für Kraftfahrzeuge oder Anhänger mit

    – einer Radnabe (1),

    – einer die Radnabe (1) umgebenden Bremsscheibe (2) umfassend zwei parallele Scheibenelemente (2', 2''), einen zwischen den Scheibenelementen (2', 2'') um die Radnabe (1) umlaufenden Strömungskanal (5) und zwischen den Scheibenelementen (2', 2'') ausgehend von dem umlaufenden Strömungskanal (5) radial nach außen erstreckte Strömungskanäle (4) und

    – dem Außenumfang der Bremsscheibe (2) bezüglich der Achse der Radnabe (1) ortsfest zugeordneten Leitelementen (9, 10), die einen Eintrittsbereich (6) für den Eintritt von Luft in die radialen Strömungskanäle (4) und einen in Umfangsrichtung der Bremsscheibe (2) versetzten Austrittsbereich (7) für den Austritt von Luft aus den radialen Strömungskanälen (4) begrenzen.
  2. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die radialen Strömungskanäle (4) durch den Abstandsbereich zwischen den Scheibenelementen (2', 2'') ganz oder teilweise überbrückende Schaufeln (3) begrenzt sind.
  3. Bremsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Schaufeln (3) ganz oder teilweise gekrümmt sind.
  4. Bremsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Schaufeln (3) ganz oder teilweise geradlinig sind.
  5. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die radialen Strömungskanäle (4) durch den Abstandsbereich zwischen den Scheibenelementen (2', 2'') ganz oder teilweise überbrückende Noppen begrenzt sind.
  6. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Schaufeln (3) in Umfangsrichtung der Bremsscheibe (2) gleichmäßig verteilt und/oder gleichsinnig ausgerichtet sind.
  7. Bremsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Eintrittsbereich (6) außerhalb der Bremsscheibe als Düse und/oder der Austrittsbereich (7) außerhalb der Bremsscheibe als Diffusor ausgebildet ist.
  8. Bremsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Leitelemente (9, 10) mindestens ein besonderes Leitblech oder anderes spezielles Leitbauteil umfassen.
  9. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Leitelemente (9, 10) mindestens ein eine weitere Funktion aufweisendes Bauteil einer Bremse umfassen.
  10. Bremsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Leitelemente (9, 10) einen Bremssattel und/oder eine Felge des Reifens und/oder eine Nabenaufhängung und/oder ein Schutzblech der Bremsscheibe und/oder eine Radaufhängung umfassen.
  11. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Zu- und/oder Abführöffnungen (13, 14) der Ein- oder Austrittsbereiche (6, 7) senkrecht zu der Ebene der Bremsscheibe (2) in dieser Ebene oder seitlich dazu versetzt angeordnet oder dazu geneigt sind.
  12. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die Zu- und/oder Abführöffnungen (13, 14) der Ein- und/oder Austrittsbereiche (6, 7) mit ansteuerbaren, beweglichen Leitelementen versehen sind.
  13. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die radialen Strömungskanäle (4) und/oder der umlaufende Strömungskanal (5) Mittel zur Verbesserung des Wärmeübergangs umfassen.
  14. Bremsvorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Mittel zur Verbesserung des Wärmeübergangs eine Aufrauhung der Wand der radialen Strömungskanäle (4) und/oder des umlaufenden Strömungskanals (5) und/oder diesen zugeordnete Turbulatoren umfassen.
  15. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die innerhalb und/oder außerhalb der Bremsscheibe (2) weitere Strömungsleitvorrichtungen (11) zur Beeinflussung von Sekundärströmungen aufweist.
  16. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 an einem Kraftfahrzeug oder Anhänger, bei der der Einströmquerschnitt (12) des Eintrittsbereichs (6) entgegen der Fahrtrichtung und/oder der Abströmquerschnitt (15) des Austrittsbereichs (7) in Fahrtrichtung ausgerichtet ist/sind.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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