DE102012016835A1

DE102012016835A1 - Bremsstaubaufnahmevorrichtung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102012016835A1
Application number: DE102012016835.7A
Authority: DE
Inventors: Karl-Ernst Hummel; Andreas Beck; Bernhard Huurdeman; Ulrich Dehnen
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: US20140054121A1; US9291222B2; DE102012016835B4

Abstract

Es wird vorgeschlagen, den Bremsenabrieb, welcher bei einer Scheibenbremse zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe entsteht, aufzufangen und zu entsorgen. Die zwischen Belag und Scheibe austretenden Partikel werden in Verbindung mit dem durch die Scheibe verursachten Luftstrom in den Formfilter befördert und darin eingelagert. Die Bremsstaubaufnahmevorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Aufnahme von Bremsstaub in einer Staubsammeleinrichtung umfasst ein Filterelement und eine Filterelementaufnahme, wobei das Filterelement als Formfilter ausgebildet ist und der Formfilter zumindest zwei Teilbereiche aufweist, die unterschiedliche Porositäten aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsstaubaufnahmevorrichtung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein darin anordenbares Filterelement.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2009 021 203 A1 ist eine Bremsstaubaufnahmevorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, die zur Aufnahme von Bremsstaub einer Fahrzeug-Radbremse dient. Der beim Bremsen anfallende Bremsstaub wird einer Staubsammeleinrichtung zugeführt, die als ein Filterelement ausgebildet ist, welches an der radialen Außenkante der Bremsscheibe angeordnet ist und sich über einen definierten Winkelabschnitt der Bremsscheibe erstreckt. Der anfallende Bremsstaub wird ausschließlich durch die Rotationsbewegung der Bremsscheibe bzw. durch Strömungen an der Bremsscheibe in Richtung des Filterelementes geschleudert und in diesem aufgefangen. Gemäß einer in der DE 10 2009 021 203 A1 beschriebenen Ausführungsvariante ist das Filterelement in einem Filtergehäuse aufgenommen, das zur sicheren Aufnahme des Filterelementes sowie zur Halterung am Bremssattel dient. Das Filtergehäuse umschließt das U-förmig ausgebildete und auf die Bremsscheibe aufgesetzte Filterelement und bildet mit dem Filterelement eine bauliche Einheit, welche zu Wartungs- bzw. Servicezwecken ausgetauscht werden muss. Aus der EP2102522 B1 ist eine Bremsstaubsammelvorrichtung für eine Scheibenbremse bekannt, bei der ein Gehäuse einen Abschnitt der Bremsscheibe überdeckt und in dem Gehäuse eine Bremsstaubrückhalteeinrichtung mit mehreren Bremsstaubeinlassöffnungen vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine effiziente und wartungsfreundliche Bremsstaubaufnahmevorrichtung für ein Bremssystem eines Fahrzeuges anzugeben und ein in der Bremsstaubaufnahmevorrichtung anordenbares Filterelement.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die erfindungsgemäße Bremsstaubaufnahmevorrichtung kann in Kraftfahrzeugen zur Aufnahme von Bremsstaub eingesetzt werden, der bei Betätigung der Radbremse anfällt.
Es wird vorgeschlagen, den Bremsenabrieb, welcher bei einer Scheibenbremse zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe entsteht, aufzufangen und zu entsorgen. Hierzu wird ein Formfilterelement in einer Filteraufnahme am Bremssattel so angeordnet, dass es die aus dem Sattel auslaufende Scheibe mit geringem Abstand in einem begrenzten Bereich seitlich und einem begrenzten Bereich am Umfang umschließt. Dazu weist das Filterelement vorteilhafterweise eine U-Form auf. Die Filterelementaufnahme kann an dem Bremssattel befestigt sein oder/und an einer Trägerstruktur der Fahrwerksaufhängung
Die zwischen Belag und Scheibe austretenden Partikel werden in Verbindung mit dem durch die Scheibe verursachten Luftstrom in den Formfilter befördert und darin eingelagert.
Erfindungsgemäß weist das Formfilterelement wenigstens zwei Teilbereiche auf, welche unterschiedliche Porositäten aufweisen. Das Formfilterelement kann einstückig oder aus wenigstens zwei Einzelteilen hergestellt sein. Die Einzelteile können aus unterschiedlichem Material bestehen und/oder unterschiedliche Porositäten aufweisen.
Der der Bremsscheibe zugewandte Teil weist vorteilhaft eine größere Porosität auf, der der Umgebung zugewandte Teil eine kleinere Porosität. Auf die Weise können größere Partikel direkt und unmittelbar in dem Bereich mit größerer Porosität aufgefangen werden, wohingegen feinere Partikel im Bereich kleiner Porosität abgeschieden werden.
In einer vorteilhaften Ausführung bestehen die porösen Teilbereiche des Filterelementes aus Sintermetall, Keramik oder Metall.
Die seitlichen, der Bremsscheibe zugewandten Wandflächen des Filterelementes verlaufen in einer vorteilhaften Ausgestaltung senkrecht zur Drehachse der Bremsscheibe beidseitig in Scheibendrehrichtung konisch verjüngend, d. h. nahe dem Bremssattel beim Eintritt eines Bremsscheibensegmentes in das Filterelement haben die Wandflächen einen größeren Abstand zu den Seitenflächen der Bremsscheibe als beim Austritt des Bremsscheibensegmentes aus dem Filterelement. In Drehrichtung der Bremsscheibe verringert sich somit die Breite des freien Spaltes zwischen Bremsscheibe und Wandfläche des Filterelementes. Durch die Gestaltung der Wandflächen des Filterelementes sind sowohl der Spalt zwischen den axialen Stirnflächen der Bremsscheibe und den korrespondierenden Wandflächen des Filterelementes als auch der Spalt zwischen der radialen Außenfläche der Bremsscheibe und der korrespondierenden Wandfläche frei gestaltbar. Der Verlauf der Spaltbreite kann zwischen den unterschiedlichen Flächen unterschiedlich oder auf beiden Stirnseiten der Bremsscheibe symmetrisch sein.
Die Wandflächen des Filterelementes können vorteilhaft segmentweise konisch ausgeführt werden. Alternativ ist eine stufenartige ebene Gestaltung der Wandflächen zur Ausbildung unterschiedlicher Spaltbreiten von Vorteil.
In einer weiteren Ausführung können zusätzlich die Wandflächen des Filterelementes in radialer Richtung der Bremsscheibe so ausgeführt sein, dass sich in Umfangsrichtung der Bremsscheibe ein konischer Spaltverlauf ergibt, so dass sich in Drehrichtung der Bremsscheibe ein sich verengender Spalt ergibt. Durch einen engen Spalt zwischen Filterelement und der Umfangsfläche der Bremsscheibe am „Austritt” der Bremsscheibe am Filterelement kann eine Abdichtung bewirkt werden in der Weise, dass möglichst wenig Partikel durch die rotierende Bremsscheibe wieder aus der Bremsstaubaufnahmevorrichtung mitgerissen werden und in die Umgebung gelangen.
In dem der Bremsscheibe zugewandten Teilbereich des Filterelementes mit der größeren Porosität sind zur Abscheidung bzw. Einlagerung sowohl in den Seitenwandflächen als auch in der Wandfläche vorzugsweise zylinderförmige Aussparungen vorgesehen, welche in der Wandfläche über der Scheibe vorzugsweise in tangentialer Grundausrichtung angeordnet sind, in den Seitenwandflächen in Drehrichtung oder alternativ in einer weiteren Ausführung unter einem Winkel von einem größeren zu kleineren Radius verlaufend angeordnet. Dadurch ergibt sich eine größere Abscheidefläche bzw. eine bessere Rückhaltemöglichkeit. Ohne diese Aussparungen würden die Partikel bei geschlossenen Wandflächen stärker zurückprallen und nur beschränkt eingelagert werden.
In einer besonderen Ausführungsform sind diese Aussparungen konisch bis zu einer engeren Stelle und auf der gegenüberliegenden Seite der Engstelle sich wieder erweiternd ausgeführt. Damit wird ein zusätzlicher Raum geschaffen, aus dem die Partikel schwerlich wieder austreten können. Ein Zurückprallen der Partikel und Wiederaustritt aus dem Filter wird so wirksam verhindert.
Eine Kombination der gezeigten Ausführungsformen und Anordnungen der Filterelemente kann je nach Anwendungsfall und Bauraumverhältnissen vorteilhaft eingesetzt werden. Alle vorgeschlagenen Ausführungen können einzeln oder in beliebigen Kombinationen angeordnet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine Bremsstaubaufnahmevorrichtung an einer Bremsscheibe einer Radbremse;
2 eine Bremsstaubaufnahmevorrichtung an einer Bremsscheibe einer Radbremse;
3 eine Schnittdarstellung der Filterelementaufnahmevorrichtung und des Formfilterelementes;
4 eine Ansicht von der Mitte der Bremsscheibe gesehen radial nach außen;
5 einen vergrößerten Ausschnitt der Bremsstaubaufnahmevorrichtung in der gleichen Ansicht wie in 4;
6 einen Schnitt durch das Filterelement parallel zur Stirnseite der Bremsscheibe;
7 eine isometrische Ansicht eines Filterelementes mit stufenartiger abgesetzter Wandfläche;
8 eine Ansicht der Filterelementes mit Aussparungen;
9 in einer Detailansicht bis zu einer Engstelle sich konsich verjüngende Aussparungen;
10 in einer Detailansicht Aussparungen, mit einer Engstelle und einer Kammer.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist eine Bremsstaubaufnahmevorrichtung 1 in der Anordnung an einer Bremsscheibe 2 gezeigt, An einem Bremssattel 3 ist eine Filterelementaufnahme 4 angeordnet, in die ein Formfilterelement 5 einsetzbar ist. Zu Servicezwecken kann das Formfilterelement entnommen und gegen ein neues Formfilterelement ersetzt werden. Die Bremsstaubaufnahmevorrichtung 1 ist zweckmäßigerweise in Drehrichtung D der Bremsscheibe 2 dem Bremsattel 3 nachgeordnet, so dass sich die beim Bremsvorgang entstehenden Bremspartikel in Richtung der Bremsstaubaufnahmevorrichtung 1 bewegen und von dem Filterelement 5 aufgenommen werden. Dargestellt in 2 ist der Zusammenbau aus Bremssattel 3 und Aufnahmebereich 4 mit dem eingesetzten Formfilterelement 5.
Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung der Filterelementaufnahme 4 und des Formfilterelementes 5. Das Filterelement 5 besteht aus zwei Teilbereichen 51, 52. Der bremsscheibennahe Teilbereich 51 weist eine grobe Porosität auf, während der bremsscheibenferne Teilbereich 52 eine kleine Porosität aufweist. Beide Teilbereiche sind in die Filterelementaufnahme 4 eingesetzt. Die Teilbereiche 51, 52 können einstückig als ein Formfilterelement 5 ausgebildet sein oder als zwei einzelne Formfilterelemente in die Aufnahme 4 eingesetzt werden. Die Filterelementaufnahme 4 ist in Drehrichtung der Bremsscheibe 2 bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges hinter dem Bremssattel 3 angeordnet. Die Filterelementaufnahme 4 kann an dem Bremssattel 3 befestigt sein oder/und an einer Trägerstruktur der Fahrwerksaufhängung. Dargestellt ist eine innenbelüftete Bremsscheibe 2, bei der Luft während der Bewegung der Bremsscheibe 2 zwischen den Außenseiten durch einen Innenraum strömt.
4 zeigt in einer Ansicht aus Blickrichtung B (3) die Bremsscheibe 2 gesehen radial nach außen ein Filterelement 5 mit zwei Teilbereichen 51 und 52 unterschiedlicher Porosität, aufgenommen in einer Filteraufnahme 4. Der Bremssattel 3 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Der zur Bremsscheibe hin liegende Teilbereich 51 weist einen konischen Wandverlauf der Wandfläche 6 auf, betrachtet in Umlaufrichtung der Bremsscheibe bei einer Rotation der Bremsscheibe mit der Drehrichtung D um die Mittelachse, so dass sich in Durchlaufrichtung der Bremsscheibe im Bereich des Filterelementes 5 der Spalt zwischen Filterelement 5 und Bremsscheibe 2 verjüngt. Der Spalt kann auf beiden Seiten der Bremsscheibe 2 symmetrisch ausgeführt sein. Alternativ ist eine unterschiedliche Gestaltung des Spaltes auf den gegenüberliegenden Seiten der Bremsscheibe möglich. Beim Eintritt in den Spalt ist so der Luftwiderstand gering, und die Luft strömt leicht in den Spalt ein. Der Teilbereich mit großer Porosität 51 ist in 4 auf der der Bremsscheibe abgewandten Seite mit einem Teilbereich kleinerer Porosität 52 umgeben, um nach einer ersten Grobfiltration die kleineren Partikel in einer Feinabscheidung aus der Luft zu filtern.
Die 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Bremsstaubaufnahmevorrichtung in der gleichen Ansicht wie in 4. Zu erkennen ist der Spalt zwischen der Bremsscheibe und dem Filtermaterial. Das Filtermaterial 5 hat den Abstand A zur Seitenfläche der Bremsscheibe 2 und einen Abstand E zur Umfangsfläche der Bremsscheibe 2. Der Abstand A verläuft mit dem Winkel α konisch zur Seitenfläche der Bremsscheibe 2 und verkleinert sich in Umlaufrichtung der Bremsscheibe. Sowohl Abstand A als auch Abstand E können in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 2 verändert sein. Der Winkel α kann auf beiden Stirnseiten der Bremsscheibe 2 unterschiedlich sein und in Umfangsrichtung verändert sein.
Die 6 zeigt einen Schnitt durch das Filterelement 5 parallel zur Stirnseite der Bremsscheibe 2. Dargestellt ist der sich in Drehrichtung D der Bremsscheibe hin verjüngende radiale Abstand B zwischen der Umfangsfläche der Bremsscheibe 2 und dem Filterelement. (Durch die U-Form des Filterelementes ist die seitliche Wandfläche des Teilbereiches 51 hinter der Bremsscheibe zu erkennen.) Der Bremsscheibe 2 zugewandt ist der Teilbereich 51 des Filterelementes mit einer größeren Porosität. Der Teilbereich 52 ist in radialer Richtung außen an dem Teilbereich 51 angeordnet.
Die 7 zeigt ähnlich wie 8 eine perspektivische Ansicht des Filterelementes 5 in der Filterelementaufnahme 4 in einer Anordnung am Bremssattel 3. Die Bremsscheibe 2 ist zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Wandfläche 6 des Filterelementes im der Bremsscheibe zugewandten Teilbereich 51 weist stufenförmige Absätze auf. Eine stufenförmige Veränderung des freien Querschnitts zwischen Bremsscheibe 3 und Filterelement 5 wird durch die Gestaltung der Wandfläche 6 durch Abstufungen mit zur Bremsscheibe parallelen Flächen oder durch konisch abgewinkelte Stufenflächen bewirkt. Die Möglichkeit der stufenartigen Gestaltung der Wandfläche besteht selbstverständlich auch für die Wandfläche des Filterelementes 5 in radialem Abstand zur Bremsscheibe 2. Zur Verbesserung der Abscheideleistung der Bremsstaubaufnahmevorrichtung 1 sind in der Wandung 10 der Filterelementaufnahme 4 Durchlässe 11 angeordnet, die eine optimierte Durchströmung des Filterelementes 5 ermöglichen.
Eine perspektivische Ansicht des Filterelementes 5 und des Bremssattels 3 ohne Bremsscheibe 2 in einem Schnitt durch das Filterelement 5 zeigt 8. Das Filterelement 5 weist eine Vielzahl von Aussparungen oder Kanälen 7 auf. Diese Aussparungen sind vorzugsweise zylindrische Kanäle, die in der Wandfläche 6 im Bereich der Bremsscheibe 2 angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Aussparungen in tangentialer Grundausrichtung zur Bremsscheibe angeordnet oder in einem Winkel von größerem zu kleinerem Radius verlaufend (nicht dargestellt). Dadurch ergibt sich eine größere Abscheidefläche und/oder eine bessere Rückhaltemöglichkeit für die abgeschiedenen Partikel. Durch die Aussparungen wird verhindert, dass die vom Filterelement aufgenommenen Partikel von der Luftströmung wieder mitgerissen und in die Umgebung emittiert werden. Ohne die Aussparungen besteht die Gefahr, dass die Partikel durch die Wandflächen 6 zurückprallen oder nur beschränkt im Filterelement eingelagert werden.
Die 9 und 10 zeigen besondere Ausführungsformen der Aussparungen 7 im Filterelement 5. Die Aussparungen gemäß 9 zeigen einen bis zu einer Engstelle 8 konisch verlaufenden Kanal 7, der sich in Tangentialrichtung zum Umfang der Bremsscheibe hinter der Entstelle 8 wieder konisch erweitert.
10 sind Aussparungen 7 zu entnehmen, die sich bis zu einer Engstelle 8 verjüngen, sich hinter der Engstelle 8 in Tangentialrichtung zum Umfang der Bremsscheibe wieder erweitern und eine Kammer 9 bilden, aus der die Partikel nicht wieder zurück in Richtung der Bremsscheibe 2 oder der Umgebung gelangen können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009021203 A1 [0002, 0002]
EP 2102522 B1 [0002]

Claims

Bremsstaubaufnahmevorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Aufnahme von Bremsstaub in einer Staubsammeleinrichtung, die ein Filterelement (5) und eine Filterelementaufnahme (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) ein Formfilter ist, wobei der Formfilter zumindest zwei Teilbereiche (51, 52) aufweist, wobei die Teilbereiche (51, 52) unterschiedliche Porositäten des Filtermaterials aufweisen.
Bremsstaubaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) zumindest einen Teilbereich (51) mit großer Porosität und einen Bereich (52) mit kleiner Porosität aufweist.
Bremsstaubaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Wandflächen (6) des Filterelementes (5) senkrecht zur Drehachse der Bremsscheibe in Scheibendrehrichtung konisch verjüngend ausgebildet sind.
Bremsstaubaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Wandflächen (6) des Filterelementes (5) senkrecht zur Drehachse der Bremsscheibe in Scheibendrehrichtung segmentweise konisch oder stufenförmig ausgebildet sind.
Bremsstaubaufnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, das Filterelement (5) zylindrische Aussparungen und/oder Kanäle (7) aufweist.
Bremsstaubaufnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) Aussparungen und/oder Kanäle (7) aufweist, wobei die Aussparungen und/oder Kanäle (7) eine Engstelle aufweisen.
Filterelement zur Aufnahme von Bremsstaub, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) in einer Bremsstaubaufnahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 anordenbar ist.
Filterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) als Formfilter ausgebildet ist und zumindest zwei Teilbereiche (51, 52) aufweist, wobei die Teilbereiche (51, 52) des Filterelementes aus Sintermetall, Keramik oder Metall gebildet sind.