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
EMI0001.0017
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.
Wheel brake The present invention relates to a wheel brake on vehicles with pneumatic tires, such as motor vehicles or trailers.
It is known that the existing air-cooled brakes in heavy vehicles do not adequately dissipate the heat developed during braking. Overheated brakes often cause accidents due to fading, burnout of the lining, tire fire, breakage of the brake drum or deformation of the brake drum.
The amount of heat developed by a vehicle axle with a total weight of 8 tonnes, which is applied on a slope of 5% at a constant speed of 60 km; h to be held by braking is 56 200 kcal / h. The heat transfer coefficient a for a wall in air is in the best case including radiation a = 100 kcal / m2 h C. According to the literature, the same value is only a = 40 kcal / m = h C.
Usually two brake drums with a cooling surface of approx. 0.3 m2 are available for such an axis. To dissipate the above amount of heat, the drums would have to at least
EMI0001.0017
be warmer than the ambient temperature. Such a temperature is unacceptably high for brakes. So far, the highest permissible temperature for brakes was 450 on the braking surface. To ensure sufficient heat dissipation, at least four brakes of normal dimensions would have to be installed.
A gradient of 5% is still relatively modest, however. Completely untenable conditions arise with greater gradients. These difficulties can be better resolved on the towing vehicle in that it can also be braked with the motor or by means of a special motor brake.
This is not possible with the trailer. But in order to still get a stretched train, it is sometimes required by law, sometimes only recommended, to regulate an advance of the brake on the trailer. With the latest types of engine brakes, the manufacturer even recommends regulating the trailer brake to a deceleration of 1 m \ sec2 at the same time. The advance of the trailer brake is an absolutely justified requirement for safe control of the truck trailer on the road. However, from a brake heating point of view, it can be catastrophic, especially if the trailer is helping to brake the towing vehicle.
So that these inadequate conditions of the air cooling of brakes are eliminated when driving downhill, brakes have been developed that are also installed between the motor transmission and the wheel drive and are cooled with liquid. Such additional brakes result in additional weight of the vehicle and additional costs for the acquisition.
The present invention attempts to remedy these disadvantages by striving to improve the braking ability of a wheel brake. The wheel brake is characterized in that it is designed as a disk brake with liquid-cooled brake disks and a device for recooling the coolant.
The drawing shows various exemplary embodiments of the brake according to the invention, namely: FIGS. 1 and 2 schematics of brakes with various cooling devices, FIG. 3 a view of a disc brake in the direction of arrow III in FIG. 4, FIG. 4 a section through a disk brake along the line IV-IV in FIG. 3, FIG. 5 a section along the line V -V in FIG. 3,
6 shows a view in the direction of arrow VI in FIG. 7 and FIG. 7 shows a section through a variant of a disc brake along line VII-VII in FIG. 6.
In the schematic illustration according to FIG. 1, a vehicle wheel 1 drives a rotor disk 2 of the brake. Two stationary stator brake disks or stator segments 3 and 4 are designed as hollow bodies which are filled with cooling liquid and connected via lines 5 and 6 with an expansion tank 7. A steam line 8 and a reflux line 10, which lead to a condenser 11, are connected to the latter. The car cooler can be used as a condenser. With a cooling fan 12 is indicated, which can be omitted in a condenser 11 exposed to the driving wind.
The two friction plates 20 and 21 of the stator are made of a material which has good wear properties and a good thermal conductivity and warps as little as possible, e.g. B. made of sintered metal. It goes without saying that only the outermost layer can be made from a covering of appropriate quality.
Fig. 2 shows a brake with a similar brake cooling device as Fig.1, in which the capacitor 11 is ausgebil det as a simple container. With this arrangement it is recommended to set up at least one warning device for water shortage. 2 shows schematically two alternative designs. The membrane 13 loaded with the water column actuates the electrical switch 14 via a rocker arm 15, which closes the circuit from a power source 17 to a warning signal 16. The second embodiment shows a height-adjustable, insulated, electric immersion sensor 18.
If the liquid level is high enough, the liquid acts as an electrical conductor and at most emits an electrical impulse to a warning signal 16 via an amplifier system (relay). Other liquid level warning devices can also be built in. Depending on the cooling medium, freezing additives must be added in winter.
The steam line 8 could also be replaced by a steam line 9 indicated by dashed lines. FIG. 4 shows a built-in disk brake, the designations corresponding to those in the diagrams according to FIGS. 1 and 2.
A wheel body 19 is provided with a driving ring 22, the teeth 23 of which drive the rotor brake disk 2. Of course, the toothing (dog clutch) 23 can also be attached directly to the wheel body. The rotor disk 2 consists, for example, of a toothed steel disk with riveted brake linings, similar to vehicle clutches. According to FIG. 4, the same is made from a solid sintered metal plate which has lower wear values.
The stationary friction plates 20 and 21 of the stator brake disks 3 and 4 are also preferably made of sintered metal with a high thermal conductivity (e.g. impregnated with Cu) and good wear properties or made of cast iron.
Cooling liquid, preferably water, is filled into the chamber 24 or 25 of the stator brake disk 3 or 4.
The steam produced during braking escapes through the connecting lines 5 and 6 (FIGS. 4 and 5) after the condenser. If these connecting lines are sufficiently dimensioned, the condensate flowing back can also pass through the same line. For example, while the line 5 (according to FIG. 4) is cast in the drum-like stator disk 3, the connecting line 6 is let into the stator disk 4 (according to FIG. 5) as a tube.
Projecting pins 26 serve as load-bearing, mechanical bearing surfaces for the friction plates 20 and 21, but must not prevent the liquid and steam from freely passing through to the lines 5 and 6, that is, they are arranged offset.
The stator brake disks 3 and 4 can be built both as a segment for partial admission and as ring disks for full admission. It is important that a material is used for the friction plates 20 and 21 which has good sealing properties and a high thermal conductivity and which can warp as little as possible. Depending on the material, sealing material must also be provided between the friction plates 20, 21 and the bodies of the stator brake disks 3 and 4.
The inner stator brake disk 4 transmits its braking torque via rings 27 and 28 by means of a toothing 29 to a housing flange 30, similar to a claw coupling and analogous to the toothing 23 on the driver ring 22. The flange 30 and the stator brake disk 3 are secured by several strong screws 68 (Fig 3) connected to each other.
A flexible hollow body (torus) can be used to actuate the disc brake. As a simple example, a hose-like membrane pressure body 31 with a connection piece 32 (Fig. 5) is shown. The same allows hydraulic or pneumatic actuation of the brake. Thanks to the steam cooling, this membrane pressure body 31 can also be made of rubber or synthetic resin. The whole pressure body 31 is embedded on one side in an adjusting ring 33, which is adjusted by means of adjusting screws 34 when the brake discs are worn.
For this purpose, a certain number must be removed from a package of calibrated washers 35. The washers 35 are advantageously fork-shaped so that the screw 34 does not have to be unscrewed for readjustment.
The brake is screwed as a whole, for example with the housing flange 30, to the brake carrier flange 36.
6 and 7 show an alternative construction of the brake with partial application and a rotor brake disk 42 driven from the outside by means of a toothing 43 from the wheel body 19. The rotor brake disk 42 with its two linings 44 is supported by two housing halves 53 and 54 of the stator from the inside of the brake includes pliers-like ago.
Brake plates 40 and 41 designed as segments are fastened to the housing halves 53 and 54 or a brake segment 56 and are made of heat-conducting, wear-resistant material. The housing halves 53 and 54 also have a segment shape.
At least two brake cylinders 60 with sealing sleeves 61 and pistons 62 are provided for actuating the brake.
With this design, the connection of the cooling chambers to the pipe system is somewhat more difficult. In order to always have an ascending steam line, the segment must be installed on the underside of the wheel, and line connections 70 must be provided on both sides.
A major advantage of the brakes, whose re-cooling devices work according to the so-called reflux evaporation system, is that a lot of heat can be carried away from the inside of the wheel.
Evaporating water has a heat transfer coefficient a of around 10,000 kcal / m h C, in contrast to moving air of 10 to 100 kcal / m = h C. The required heating and evaporation energy for 1 kg of water is 630 kcal. In order to generate this evaporation energy, an 8 t axle must brake at least 33.6 m downhill. With a 5 o / o gradient, this corresponds to a 675 m long route, during which the brake is perfectly cooled, without taking into account the additional direct cooling by the airstream.
In the so-called reflux condensation system without a circulation pump, the cooled brake discs can be connected to the condenser by a single connection line. The condenser is also a heat store and as a sprung mass it can replace part of the unsprung wheel weight, which was previously used to store brake heat.
Depending on the terrain to be traveled on, the climatic conditions and the costs involved, the condenser can be dimensioned accordingly. In the best case scenario, a cylindrical container can be used. Hollow parts of the chassis or body can also be used as condensers and liquid containers. If the cooling surface is relatively small, a water level warning device is advantageously installed. A liquid resp. Evaporative cooling of the brakes can best be implemented structurally with disc brakes.
The disc brake has the following advantages over the drum brake: 1. Larger braking surface per structural volume; 2. larger cooling surface per construction volume; 3. simple form of the actual friction surface, which z. B. allows a sintered metal to be used; 4. A minimal play is required during actuation, which results in greater transmission ratios between the actuating element, e.g. B.
Foot pedal, and the pressure element in the brake makes possible; 5. the retraction springs can be omitted if necessary; 6. the adjustment elements are relatively simple; 7. Possibility of installing large diaphragms and pistons that act on the entire circumference, with which the pressure for hydraulic or pneumatic actuation can be kept within narrow limits.
The water cooling allows for the Actuate supply membrane, respectively. the piston seals heat sensitive materials, such as. B. rubber to use ver.