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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibenbremsanlage für ein Fahrzeug nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Derartige Scheibenbremsanlagen werden im Fahrzeugbau als Standard zur Verlangsamung von Fahrzeugen eingesetzt. Dabei wird eine Bremsscheibe, bestehend aus Bremstopf und scheibenförmigem Reibring, drehfest mit einem zu bremsenden Rad verbunden. Der Reibring hat eine innere und eine äußere Reibfläche und wird abschnittsweise von einem Bremssattel, entweder als Festsattel oder als Schwimmsattel ausgeführt, umgriffen. Der Bremssattel lagert vorzugsweise zwei Bremsbeläge, wobei jeder Bremsbelag zumindest eine Grundplatte und einen darauf aufgebrachten Reibbelag aufweist. Die Bremsbeläge werden bei einer (vorzugsweise hydraulischen) Betätigung des Bremssattels gegen die entsprechende Reibfläche des Reibrings gedrückt. Dabei schleift der Reibbelag über die jeweilige Reibfläche und bremst die Drehgeschwindigkeit der Bremsscheibe insgesamt ab. Durch den schleifenden Kontakt werden staubförmige Partikel vom Reibbelag abgelöst und vom herrschenden Luftsog in die Umwelt getragen. Diese Partikel verschmutzen einerseits die Räder des Fahrzeugs, was in einer optischen Beeinträchtigung resultiert, andererseits stehen sie im Verdacht gesundheitsgefährdend für lebende Organismen zu sein. Durch ihre besonders geringe Größe sind die Partikel als Feinstaub zu klassifizieren, wobei es ein ständiges Bestreben ist, die Feinstaubemissionen im Straßenverkehr zu reduzieren.
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Die gattungsbildende
WO 2014/072234 A2 offenbart dazu eine Scheibenbremsanlage für ein Fahrzeug mit einem Reibring einer Bremsscheibe, einem Bremsbelag mit Reibmaterial, das bei einem schleifenden Kontakt mit dem Reibring staubförmige Partikel absondert, und einer selbsttätig arbeitenden Absaugeinrichtung zum Abführen der Partikel. Die Absaugeinrichtung weist eine Einlassöffnung in unmittelbarer Nähe zum Bremsbelag und zum Reibring, ein Auffangbehältnis zum Aufsammeln der Partikel und ein Sauggebläse, das mittels eines Abrollkörpers mechanisch von dem sich drehenden Reibring angetrieben werden kann, auf. Durch den von dem Sauggebläse erzeugten Unterdruck werden die von dem Reibbelag abgesonderten Partikel durch die Einlassöffnung eingesaugt und in das Auffangbehältnis befördert. Das Sauggebläse wird ohne gesonderten Antrieb ausschließlich mechanisch über die Drehung des Reibrings angetrieben. Allerdings hat dies zur Folge, dass sich das Sauggebläse immer, also auch wenn der Reibbelag gerade nicht über den Reibring schleift und deshalb keine Partikel abgesondert werden, zusammen mit dem Reibring dreht und diesem durch die zusätzliche Reibung und Trägheit der Absaugeinrichtung kontinuierlich Rotationsenergie entzieht. Dies wirkt sich nachteilig auf die Energieeffizienz aus.
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Die
EP 2 522 876 A1 beschreibt eine Scheibenbremsanlage für ein Fahrzeug mit einem Reibring einer Bremsscheibe, der durch die Bewegung des Fahrzeugs in Drehung versetzt werden kann, sowie einen Bremssattel mit Bremsbelägen. Der Reibring wird abschnittsweise von einer Absaugeinrichtung umgriffen, wobei ein Sauggebläse über einen Filter die Partikel absaugt, die bei einem schleifenden Kontakt der Bremsbeläge mit dem Reibring abgesondert werden. Die Partikel gelangen dabei durch die Drehung des Reibring in den von der Absaugeinrichtung erfassten Bereich. Das Sauggebläse wird durch einen elektrischen Antrieb betrieben, wobei der elektrische Antrieb vorzugsweise nur dann aktiv ist, wenn die Bremsbeläge zur Verlangsamung des Fahrzeugs gegen den Reibring gepresst werden. Nachteilig ist, dass die Sauggebläse zur Funktion separate elektrische Antriebe mit einer entsprechenden Steuerung benötigen. Das macht die Absaugeinrichtung insgesamt aufwändiger und teurer.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Scheibenbremsanlage für ein Fahrzeug bereitzustellen, wobei die Scheibenbremsanlage eine Absaugeinrichtung für staubförmige Partikel aufweist, die mechanisch und energieeffizient betrieben wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Eine Scheibenbremsanlage für ein Fahrzeug umfasst eine Bremsscheibe, einen Bremssattel mit mindestens einem Bremsbelag und eine Absaugeinrichtung, wobei die Bremsscheibe sich mit einer Bewegung des Fahrzeugs dreht und einen scheibenförmigen Reibring mit mindestens einer axialen Reibfläche aufweist, wobei der Bremssattel den Reibring abschnittsweise umgreift, so dass der mindestens eine Bremsbelag während eines Bremsvorgangs auf die entsprechende Reibfläche gedrückt wird und wobei die Absaugeinrichtung zumindest ein Antriebsrad und einen Lüfter, die in einem Gehäuse angeordnet sind, und eine durch das Gehäuse ausgebildete Ansaugöffnung aufweist, wobei das Antriebsrad durch ein Abrollen auf der Bremsscheibe in Drehung versetzt werden kann und diese Drehung auf den Lüfter überträgt, wodurch ein Luftsog durch die Ansaugöffnung entsteht, mit dem von dem mindestens einen Bremsbelag abgesonderte Partikel in das Gehäuse der Absaugeinrichtung gesaugt werden und wobei das Antriebsrad nur während des Bremsvorgangs auf der Bremsscheibe abrollt.
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Indem das Antriebsrad der Absaugeinrichtung nur während des Bremsvorgangs auf der Bremsscheibe abrollt, kann die Zeit, in der der Lüfter von dem Antriebsrad gedreht wird, auf die Zeit reduziert werden, in der wegen des Schleifkontakts zwischen dem zumindest einen Bremsbelag und der entsprechenden Reibfläche Partikel von dem Bremsbelag abgerieben werden. Diese Partikel werden von dem Lüfter also nur dann in das Gehäuse der Absaugeinrichtung gesaugt, wenn sie auch tatsächlich entstehen. Die Reibung des auf der Bremsscheibe abrollenden Antriebsrads wird somit auf das erforderliche Minimum reduziert. Gleichzeitig arbeitet die Absaugeinrichtung ausschließlich mit der ohnehin vorhandenen Drehbewegung der Bremsscheibe, um den Lüfter anzutreiben.
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In einer bevorzugten Ausführung ist der Bremssattel als ein Schwimmsattel ausgebildet und das Antriebsrad an die axiale Bewegung des Bremssattels relativ zu den Reibflächen gekoppelt. Der Schwimmsattel zeichnet sich dadurch aus, dass er axial beweglich gegenüber der Bremsscheibe gelagert ist. Der Schwimmsattel hat einen Kolben, der einen Bremsbelag auf die entsprechende Reibfläche der Bremsscheibe drücken kann. Durch den Druck verschiebt sich der Schwimmsattel relativ zur Bremsscheibe derart, dass auch der gegenüberliegende Bremsbelag auf dessen Reibfläche der Bremsscheibe gedrückt wird. Durch eine Rückstellung gelangt der Schwimmsattel nach dem Bremsvorgang wieder in die Ausgangsstellung zurück. Wird das Antriebsrad nun an die axiale Bewegung des Schwimmsattels relativ zur Bremsscheibe gekoppelt, so lässt sich das Antriebsrad besonders einfach nur während des Bremsvorgangs auf die Bremsscheibe drücken.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das Antriebsrad an die axiale Bewegung des zumindest einen Bremsbelags relativ zu der entsprechenden Reibfläche gekoppelt. Der Bremsbelag wird bei einem Bremsvorgang von einem in dem Bremssattel geführten Kolben axial auf die entsprechende Reibfläche der Bremsscheibe gedrückt. Dabei bewegt sich der Bremsbelag in einem gewissen Maße, so dass das Antriebsrad an diese axiale Bewegung gekoppelt werden kann, um seinerseits nur während des Bremsvorgangs gegen die Bremsscheibe gedrückt zu werden.
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In einer bevorzugten Ausführung wird das Antriebsrad von einem Elektromagneten wahlweise auf die Bremsscheibe gedrückt oder wieder von der Bremsscheibe abgehoben. Der Elektromagnet ist individuell ansteuerbar, so dass das Andrücken des Antriebsrads auf die Bremsscheibe genau definiert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das Antriebsrad mit einem Hydraulikzylinder verbunden, wobei der Hydraulikzylinder mit Bremsflüssigkeit aus dem zugeordneten Bremssattel beaufschlagt ist und bei einer durch den Bremsvorgang induzierten Druckerhöhung der Bremsflüssigkeit das Antriebsrad gegen die Bremsscheibe drückt und bei einer Druckverringerung wieder von der Bremsscheibe abhebt. Der Bremssattel ist ein Teil des hydraulischen Bremskreislaufs und wird als solcher mit Bremsflüssigkeit beaufschlagt. Wird der Druck in der Bremsflüssigkeit erhöht, so drücken ein oder mehrere Kolben im Bremssattel die entsprechenden Bremsbeläge axial auf die zugeordneten Reibflächen. Durch den Schleifkontakt zwischen Bremsbelag und Reibfläche des Reibrings wird die Drehgeschwindigkeit der Bremsscheibe bestimmungsgemäß verringert. Indem die Bremsflüssigkeit aus dem Bremssattel in den Hydraulikzylinder der zugeordneten Absaugeinrichtung abgezweigt wird, führt eine Druckerhöhung im Bremssattel zwangsläufig dazu, dass der Hydraulikzylinder das Antriebsrad gegen die Bremsscheibe drückt, so dass dieses aus der Drehbewegung der Bremsscheibe den Lüfter antreiben kann. Sinkt der Druck der Bremsflüssigkeit beim Beenden des Bremsvorgangs wieder ab, so entspannt sich auch der Druck im Hydraulikzylinder und das Antriebsrad wird wieder von der Bremsscheibe abgehoben. Das Antriebsrad und der Lüfter werden nun aufgrund ihrer Trägheit noch ein wenig nachlaufen, bis sie zu einem Halt gelangen. Damit können die am Ende des Bremsvorgangs emittierten Partikel beim Auslaufen des Lüfters abgesaugt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung ist zwischen den Hydraulikzylinder und das Antriebsrad ein mechanisches Getriebe geschaltet. Das mechanische Getriebe bewirkt eine Übersetzung der Bewegung vom Hydraulikzylinder zum Antriebsrad mit definierter Kraft-Weg-Kennlinie.
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In einer bevorzugten Ausführung ist zwischen den Hydraulikzylinder und das Antriebsrad eine Feder zur Kraftbegrenzung geschaltet. Die Feder begrenzt die Anpresskraft, die während des Bremsvorgangs von dem Hydraulikzylinder auf das Antriebsrad ausgeübt wird, auf einen über die Federkennlinie vorgegebenen Höchstwert. Damit werden Schäden am Antriebsrad durch einen unzulässig hohen Druck des Hydraulikzylinders, beispielsweise während einer Gefahrenbremsung mit hohem Druck der Bremsflüssigkeit, vermieden.
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In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Absaugeinrichtung ein Filterelement und/oder ein Auffangbehältnis für Partikel. Das Filterelement wird von der in das Gehäuse eingesaugten Luft durchströmt, wobei das Filtermaterial zumindest einen Teil der von der Luft mitgeführten Partikel zurück hält. Die gereinigte Luft kann an geeigneter Stelle wieder aus dem Gehäuse austreten. Das Filterelement müsste von Zeit zu Zeit, beispielsweise im Rahmen der turnusmäßigen Fahrzeuginspektion, erneuert werden, damit es seine reinigende Wirkung behält. Das Auffangbehältnis kann mit dem Filterelement kombiniert oder alleinstehend verwendet werden. In dem Auffangbehältnis sammeln sich über die Zeit die eingesaugten Partikel an, so dass auch das Auffangbehältnis regelmäßig entleert werden muss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/072234 A2 [0003]
- EP 2522876 A1 [0004]