Radbremse Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Radbremse an luftbereiften Fahrzeugen wie Kraft fahrzeugen oder Anhängern.
Es ist bekannt, dass die bestehenden luftgekühlten Bremsen bei schweren Kraftfahrzeugen die bei der Bremsung entwickelte Wärme ungenügend abführen. Überhitzte Bremsen verursachen häufig Unfälle durch Fading, Ausbrennen des Belages, Reifenbrand, Bruch der Bremstrommel oder Deformation der Bremstrommel.
Die entwickelte Wärmemenge einer Fahrzeug achse von 8 Tonnen Gesamtgewicht, die auf einem Gefälle von 5% auf einer konstanten Geschwindig- keit von 60 km; h durch Bremsung gehalten werden soll, beträgt 56 200 kcal/h. Der Wärmeübergangs koeffizient a für eine Wand an Luft beträgt im gün stigsten Fall inklusive Strahlung a = 100 kcal/m2 h C. Gemäss Literaturangaben beträgt derselbe Wert so gar nur a = 40 kcal/m= h C.
Üblicherweise stehen bei einer solchen Achse zwei Bremstrommeln von ca. 0,3 m2 Kühlfläche zur Verfügung. Um obige Wärmemenge abzuführen, müssten die Trommeln mindestens
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wärmer sein als die Umgebungstemperatur. Eine solche Temperatur ist für Bremsen unzulässig hoch. Bisher wurde als höchst zulässige Temperatur für Bremsen 450 an der Bremsfläche zugelassen. Zur ausreichenden Wärmeabfuhr müssten mindestens vier Bremsen üblicher Dimensionen eingebaut werden.
Ein Gefälle von 5% ist aber noch relativ beschei- den. Ganz unhaltbare Zustände ergeben sich bei grösseren Gefällen. Am Zugwagen sind diese Schwierigkeiten besser zu beheben, indem dieser zusätzlich mit dem Motor oder mittels einer beson deren Motorbremse gebremst werden kann.
Beim Anhänger ist dies nicht möglich. Um aber trotzdem einen gestreckten Zug zu erhalten, wird teilweise von Gesetzes wegen gefordert, teilweise auch nur empfohlen, beim Anhänger eine Voreilung der Bremse einzuregulieren. Bei den neuesten Bau arten von Motorbremsen wird sogar vom Hersteller empfohlen, die Anhängerbremse gleichzeitig auf eine Verzögerung von 1 m \sec2 einzuregulieren. Die Vor eilung der Anhängerbremse ist eine absolut gerecht fertigte Forderung zur sicheren Beherrschung des Lastzuges auf der Strasse. Vom Standpunkt der Brem- senerwärmung kann sie sich jedoch katastrophal aus wirken, besonders dann, wenn der Anhänger mithilft, den Zugwagen zu bremsen.
Damit diese unzulänglichen Zustände der Luft kühlung von Bremsen bei Talfahrt beseitigt werden, sind Bremsen entwickelt worden, die zusätzlich zwi schen Motorgetriebe und Radantrieb eingebaut sind und mit Flüssigkeit gekühlt werden. Solche zusätz liche Bremsen ergeben ein Mehrgewicht des Fahr zeuges sowie Mehrkosten für die Anschaffung.
Durch die vorliegende Erfindung wird versucht, diese Nachteile zu beheben, indem eine Verbesserung der Bremsfähigkeit einer Radbremse angestrebt wird. Die Radbremse ist dadurch gekennzeichnet, dass sie als Scheibenbremse mit flüssigkeitsgekühlten Brems scheiben und einer Einrichtung zur Rückkühlung der Kühlflüssigkeit ausgebildet ist.
Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungs beispiele der erfindungsgemässen Bremse, und zwar: Fig. 1 und 2 Schematas von Bremsen mit ver schiedenen Rückkühleinrichtungen, Fig.3 eine Ansicht einer Scheibenbremse in Richtung des Pfeiles III in der Fig. 4, Fig.4 einen Schnitt durch eine Scheibenbremse nach der Linie IV-IV in der Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V -V in der Fig. 3,
Fig. 6 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles VI in der Fig. <I>7</I> und Fig.7 einen Schnitt durch eine Variante einer Scheibenbremse nach der Linie VII-VII in der Fig. 6.
In der schematischen Darstellung nach Fig. 1 treibt ein Fahrzeugrad 1 eine Rotorscheibe 2 der Bremse an. Zwei feststehende Statorbremsscheiben bzw. Statorsegmente 3 und 4 sind als Hohlkörper ausgebildet, die mit Kühlflüssigkeit gefüllt und über Leitungen 5 und 6 mit einem Ausgleichsgefäss 7 ver bunden sind. An letzterem sind eine Dampfleitung 8 und eine Rückflussleitung 10 angeschlossen, die zu einem Kondensator 11 führen. Als Kondensator kann der Autokühler benutzt sein. Mit 12 ist ein Kühl ventilator angedeutet, welcher bei einem dem Fahr wind ausgesetzten Kondensator 11 weggelassen sein kann.
Die beiden Reibplatten 20 und 21 des Stators sind aus einem Material hergestellt, welches gute Verschleisseigenschaften und einen guten Wärmeleit- wert besitzt und sich möglichst wenig verzieht, z. B. aus Sintermetall. Selbstverständlich kann auch nur die äusserste Schicht aus einem Belag von zweck mässiger Qualität hergestellt sein.
Die Fig. 2 stellt eine Bremse mit einer ähnlichen Bremskühleinrichtung wie Fig.1 dar, bei welcher der Kondensator 11 als einfacher Behälter ausgebil det ist. Bei dieser Anordnung ist zu empfehlen, mindestens ein Warngerät für Wassermangel einzu richten. Fig.2 zeigt schematisch zwei alternative Ausführungen. Die mit der Wassersäule belastete Membrane 13 betätigt über einen Kipphebel 15 den elektrischen Schalter 14, welcher den Stromkreis von einer Stromquelle 17 zu einem Warnsignal 16 schliesst. Die zweite Ausführung zeigt einen in der Höhe verstellbaren, isolierten, elektrischen Tauch fühler 18.
Bei genügend hohem Flüssigkeitsstand wirkt die Flüssigkeit als elektrischer Leiter und gibt allenfalls über eine Verstärkeranlage (Relais) einen elektrischen Impuls auf ein Warnsignal 16. Es kön nen auch andere Flüssigkeitsstand-Warngeräte ein gebaut sein. Je nach Kühlmedium müssen im Winter Gefrierzusätze zugegeben werden.
Die Dampfleitung 8 könnte auch ersetzt sein durch eine gestrichelt angedeutete Dampfleitung 9. Fig.4 zeigt eine eingebaute Scheibenbremse, wobei die Bezeichnungen mit denjenigen in den Schematas nach Fig. 1 und 2 übereinstimmen.
Ein Radkörper 19 ist mit einem Mitnehmerring 22 versehen, dessen Verzahnung 23 die Rotorbrems- scheibe 2 mitnimmt. Selbstverständlich kann die Verzahnung (Klauenkupplung) 23 auch direkt am Radkörper angebracht sein. Die Rotorscheibe 2 be- steht beispielsweise aus einer verzahnten Stahlscheibe mit aufgenieteten Bremsbelägen, ähnlich wie bei Fahrzeugkupplungen. Gemäss Fig. 4 ist dieselbe aus einer massiven Sintermetallplatte hergestellt, welche kleinere Verschleisswerte aufweist.
Die feststehenden Reibplatten 20 bzw. 21 der Statorbremsscheiben 3 bzw. 4 sind .ebenfalls vorzugsweise aus Sintermetall mit hohem Wärmeleitwert (z. B. mit Cu imprägniert) und guten Verschleisseigenschaften oder aus Guss eisen hergestellt.
In die Kammer 24 bzw. 25 der Statorbrems- scheibe 3 bzw. 4 ist Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, .eingefüllt.
Der beim Bremsen entstehende Dampf entweicht durch die Verbindungsleitungen 5 und 6 (Fig. 4 und 5) nach dem Kondensator. Sofern diese Verbindungs leitungen ausreichend dimensioniert sind, kann auch das zurückfliessende Kondensat durch dieselbe Lei tung gelangen. Während beispielsweise die Leitung 5 (gemäss Fig. 4) in der trommelartigen Statorscheibe 3 eingegossen ist, ist die Verbindungsleitung 6 in die Statorscheibe 4 (gemäss Fig. 5) als Rohr eingelassen.
Vorspringende Zapfen 26 dienen den Reibplatten 20 und 21 als tragende, mechanische Auflageflächen, dürfen aber die Flüssigkeit und den Dampf am freien Durchtritt zu den Leitungen 5 und 6 nicht hemmen, das heisst, sie sind versetzt angeordnet.
Die Statorbremsscheiben 3 und 4 können sowohl als Segment für Teilbeaufschlagung wie auch als Ringscheiben für volle Beaufschlagung gebaut sein. Wichtig ist, dass für die Reibplatten 20 und 21 ein Material verwendet wird, welches gute Verschliess eigenschaften und einen hohen Wärmeleitwert besitzt und sich möglichst wenig verziehen kann. Je nach dem Material muss zwischen den Reibplatten 20, 21 und den Körpern der Statorbremsscheiben 3 und 4 noch Dichtungsmaterial vorgesehen sein.
Die innere Statorbremsscheibe 4 überträgt ihr Bremsdreh moment über Ringe 27 und 28 mittels einer Ver zahnung 29 auf einen Gehäuseflansch 30, ähnlich einer Klauenkupplung und analog der Verzahnung 23 am Mitnehmerring 22. Der Flansch 30 und die Statorbremsscheibe 3 sind durch mehrere starke Schrauben 68 (Fig. 3) miteinander verbunden.
Zur Betätigung der Scheibenbremse kann ein flexibler Hohlkörper (Torus) verwendet sein. Als ein fachstes Beispiel ist ein schlauchartiger Membran druckkörper 31 mit einem Anschlussstutzen 32 (Fig. 5) eingezeichnet. Derselbe gestattet eine hydrau lische oder pneumatische Betätigung der Bremse. Dank der Dampfkühlung kann dieser Membran druckkörper 31 auch aus Gummi oder Kunstharz hergestellt sein. Der ganze Druckkörper 31 ist ein seitig eingebettet in einen Nachstellring 33, welcher bei abgenützten Bremsscheiben mittels Nachstell schrauben 34 nachgestellt wird.
Zu diesem Zweck muss von einem Paket kali- brierter Unterlagsscheiben 35 eine bestimmte Anzahl entfernt werden. Vorteilhafterweise sind die Unter lagsscheiben 35 gabelförmig ausgebildet, damit die Schraube 34 zum Nachstellen nicht erst herausgedreht werden muss.
Die Bremse ist als Ganzes, beispielsweise mit dem Gehäuseflansch 30, am Bremsträgerflansch 36 an geschraubt.
Eine alternative Konstruktion der Bremse mit Teilbeaufschlagung und einer vom Radkörper 19 mit tels einer Verzahnung 43 von aussen her angetriebene Rotorbremsscheibe 42 zeigen Fig.6 und 7. Die Rotorbremsscheibe 42 mit ihren beiden Belägen 44 wird von zwei Gehäusehälften 53 und 54 des Stators von der Bremsinnenseite her zangenartig umfasst.
Als Segmente ausgebildete Bremsplatten 40 und 41 sind an den Gehäusehälften 53 und 54 bzw. einem Bremssegment 56 befestigt und aus wärmeleitendem, verschleissfestem Material hergestellt. Die Gehäuse hälften 53 und 54 haben ebenfalls Segmentform.
Zur Betätigung der Bremse sind mindestens zwei Bremszylinder 60 mit Dichtungsmanschetten 61 und Kolben 62 vorgesehen.
Bei dieser Bauart ist der Anschluss der Kühlkam mern an das Leitungssystem etwas erschwert. Um immer eine aufsteigende Dampfleitung zu erhalten, muss das Segment auf der Radunterseite eingebaut sein, und es müssen beidseitig Leitungsanschlüsse 70 vorgesehen sein.
Ein wesentlicher Vorteil der Bremsen, deren Rückkühleinrichtungen nach dem sogenannten Rück fluss-Verdampfungssystem arbeiten, liegt darin, dass viel Wärme aus dem Radinnern weggeführt werden kann.
Verdampfendes Wasser besitzt eine Wärme übergangszahl a von etwa 10 000 kcal/m h C, im Gegensatz zu bewegter Luft von 10 bis 100 kcal/m= h C. Die erforderliche Aufheiz- und Ver- dampfungsenergie für 1 kg Wasser beträgt 630 kcal. Um diese Verdampfungsenergie zu erzeugen, muss eine 8-t-Achse mindestens 33,6 m Gefälle brem send durchfahren. Bei einem 5 o/o-Gefälle entspricht dies immerhin einer 675 m langen Strecke, während welcher die Bremse einwandfrei gekühlt wird, ohne Einrechnung der zusätzlichen direkten Kühlung durch den Fahrtwind.
Beim sogenannten Rückfluss - Kondensations system ohne Umwälzpumpe können die gekühlten Bremsscheiben durch eine einzige Verbindungslei tung mit dem Kondensator verbunden sein. Der Kondensator ist gleichzeitig Wärmespeicher und kann damit als gefederte Masse einen Teil des ungefeder- ten Radgewichtes, welches bisher der Bremswärme- Speicherung diente, ersetzen.
Je nach dem zu befahrenden Gelände, den Klimaverhältnissen und den aufzuwendenden Kosten kann der Kondensator entsprechend dimensioniert werden. Im günstigsten Fall kann mit einem zylin drischen Behälter gefahren werden. Auch Hohlteile des Chassis oder der Karosserie können als Konden sator und Flüssigkeitsbehälter verwendet werden. Bei relativ kleiner Kühlfläche ist vorteilhafterweise ein Wasserstand-Warngerät eingebaut. Eine Flüssigkeits- resp. Verdampfungskühlung der Bremsen lässt sich konstruktiv bei Scheibenbrem sen am besten verwirklichen.
Die Scheibenbremse besitzt gegenüber der Trommelbremse noch folgende Vorteile: 1. grössere Bremsfläche pro Bauvolumen; 2. grössere Kühlfläche pro Bauvolumen; 3. einfache Form der eigentlichen Reibfläche, welche z. B. ermöglicht, ein Sintermetall zu verwen den; 4. bei der Betätigung ist ein minimales Spiel erforderlich, welches grössere übersetzungsverhält- nisse zwischen Betätigungsorgan, z. B.
Fusspedal, und dem Anpressorgan in der Bremse möglich macht; 5. die Rückzugfedern können allenfalls weggelas sen werden; 6. die Nachstellorgane sind relativ einfach ge staltet; 7. Möglichkeit des Einbaues von grossen, den ganzen Umfang beaufschlagenden Membranen und Kolben, womit der Druck zur hydraulischen oder pneumatischen Betätigung in engen Grenzen ge halten werden kann.
Die Wasserkühlung gestattet es, für die Betäti gungsmembrane resp. die Kolbenabdichtungen wärme empfindliche Materialien, wie z. B. Gummi, zu ver wenden.