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Vorliegende Erfindung betrifft eine Belüftungsanordnung für eine Bremsscheibe eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit der Belüftungsanordnung.
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Die übliche Radaufhängung eines Straßenfahrzeugs umfasst einen Radträger, der direkt (z.B. ausgebildet als Schwenklager) und/oder über radführende Elemente, wie Lenker oder Spurstangen, mit einem Fahrwerksrahmen oder der Karosserie verbunden ist. Der Radträger bildet somit einen nicht-rotierenden Bereich der Radaufhängung, an dem die rotierenden Elemente, wie Radnabe, Bremsscheibe und Rad, gelagert sind. Der Fahrtwind und/oder die Rotation der rotierenden Elemente führen zu einer die Bremsscheibe kühlenden Luftströmung. Die Luftströmung ist einerseits notwendig, um die Bremsscheibe zu kühlen; kann jedoch andererseits zu einer Erhöhung des Luftwiderstandes des Fahrzeugs führen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Belüftungsanordnung für eine Bremsscheibe eines Fahrzeugs anzugeben, die einerseits eine bedarfsgerechte Kühlung der Bremsscheibe und andererseits einen möglichst energieeffizienten Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Belüftungsanordnung für eine Bremsscheibe eines Fahrzeugs. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein zweispuriges Straßenfahrzeug, vorzugsweise einen Pkw.
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Die Belüftungsanordnung umfasst ein Trägerbauteil. Das Trägerbauteil ist zur Anordnung an einem nicht-rotierenden Bereich der Radaufhängung des Fahrzeugs ausgebildet. Insbesondere ist das Trägerbauteil dazu ausgebildet, um am Radträger der Radaufhängung befestigt zu werden. An dem Radträger ist das Rad des Fahrzeugs über eine Radnabe drehbeweglich gelagert. Die Bremsscheibe ist beispielsweise an der Radnabe befestigt. Durch die Anordnung des Trägerbauteils am Radträger rotiert das Trägerbauteil nicht mit dem Rad, kann aber trotzdem möglichst nahe an der Bremsscheibe angeordnet werden.
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Ferner umfasst die Belüftungsanordnung zumindest ein Verstellelement. Das Verstellelement ist beweglich an dem Trägerbauteil angeordnet. Somit ist das Verstellelement am Trägerbauteil befestigt, kann jedoch gegenüber dem Trägerbauteil bewegt werden. Insbesondere sind mehrere Verstellelemente an dem einen Trägerbauteil vorgesehen.
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Wenn im Folgenden die Ausgestaltung von nur einem Verstellelement beschrieben wird, so ist diese Ausgestaltung vorzugsweise für mehrere oder alle Verstellelemente anzuwenden. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass an einem Trägerbauteil verschiedene Verstellelemente verwendet werden können.
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Des Weiteren umfasst die Belüftungsanordnung zumindest einen Aktuator zum Bewegen des zumindest einen Verstellelements gegenüber dem Trägerbauteil. Dabei kann für jedes Verstellelement ein eigener Aktuator vorgesehen sein. Ferner ist es auch möglich, dass ein Aktuator mehrere Verstellelemente desselben Trägerbauteils bewegt.
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Der Aktuator ist dazu ausgebildet, das Verstellelement in zumindest zwei unterschiedliche Stellungen zu bewegen, um durch Ändern der Stellung eine Luftströmung auf die Bremsscheibe des Fahrzeugs zu ändern. Die Luftströmung auf die Bremsscheibe entsteht dabei durch den Fahrtwind und/oder durch das rotierende Rad. Insbesondere ist zumindest eine Stellung vorgesehen, bei der die Luftströmung auf die Bremsscheibe einen größeren Strömungsdurchmesser und/oder eine größere Strömungsgeschwindigkeit aufweist als in zumindest einer weiteren Stellung.
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Der Aktuator und das Verstellelement befinden sich somit im nicht-rotierenden Bereich der Radaufhängung. Je nach Ausgestaltung des Aktuators ist somit auch eine einfache leitungsgebundene Ansteuerung des Aktuators möglich. Ferner unterliegen diese Baugruppen nicht der Fliehkraft der rotierenden Teile.
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In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass das Trägerbauteil und die auf ihm angeordneten Verstellelemente eine Bremsscheibenabdeckung bilden. Die Bremsscheibenabdeckung wird auch als Bremsenschutzblech oder Kapselung der Bremsscheibe bezeichnet. Allerdings kann das Trägerbauteil und das Verstellelement nicht nur aus Blech, sondern beispielsweise auch aus Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff gefertigt werden.
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Die Bremsscheibenabdeckung wird, wie üblich, fahrzeuginnenseitig der Bremsscheibe an einem nicht-rotierenden Bereich der Radaufhängung montiert. Die Bremsscheibenabdeckung schirmt üblicherweise die nach innen weisende Seite und gegebenenfalls einen Teil der radial äußeren Seite der Bremsscheibe ab. Dabei muss die Bremsscheibenabdeckung nicht als vollumfängliche Scheibe über 360° ausgebildet sein, sondern kann z.B. eine entsprechende Ausnehmung für den Bremssattel aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass zumindest ein Verstellelement schwenkbar am Trägerbauteil angeordnet ist. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest ein Verstellelement linearverschiebbar am Trägerbauteil angeordnet ist. Das Verstellelement kann somit mittels des Aktuators wie eine Klappe gegenüber dem Trägerbauteil verschwenkt oder verschoben werden. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass an einem Trägerbauteil verschiedene Verstellelemente verwendet werden können; beispielsweise ein schwenkbares und ein verschiebbares Verstellelement.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das Trägerbauteil eine Aussparung aufweist und das Verstellelement an dieser Aussparung angeordnet ist. An der Aussparung sorgt das Verstellelement durch Veränderung seiner Stellung für eine Veränderung der durch die Aussparung hindurchführenden Luftströmung. Insbesondere kann das Verstellelement die Aussparung bzw. den durch die Aussparung freigegebenen Querschnitt je nach Stellung öffnen oder schließen. Dabei muss die Aussparung nicht vollständig durch das Verstellelement geschlossen oder geöffnet werden.
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Die Aussparung kann ein Loch mit beliebiger Querschnittsform am Trägerbauteil sein. Alternativ hierzu kann sich die Aussparung auch an der radial äußeren Seite des Trägerbauteils befinden und somit radial nach außen hin offen sein. In beiden Fällen kann an der Aussparung ein Verstellelement angeordnet werden, das je nach seiner Stellung, die Luftströmung in der Aussparung verändert.
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Das Trägerbauteil kann mehrere gleiche oder verschiedene Aussparungen aufweisen. Ferner ist es möglich, mehrere gleiche oder verschiedene Verstellelemente an den einzelnen Aussparungen anzuordnen.
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Ferner ist es vorgesehen, zumindest ein Verstellelement ohne Aussparung am radial äußeren Rand des Trägerbauteils zu verwenden. Dieses Verstellelement ist dabei insbesondere als Luftleitelement ausgebildet und leitet, je nach seiner Stellung, die Luftströmung in unterschiedliche Richtungen.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das Trägerbauteil einen Innenabschnitt einer Scheibe bildet. Zumindest ein Verstellelement, vorzugsweise mehrere Verstellelemente, bilden einen Außenabschnitt der Scheibe. Dieser Außenabschnitt befindet sich zumindest teilweise radial außerhalb des Innenabschnitts. Durch die Außenkante der Verstellelemente, die den Außenabschnitt bilden, wird der Außendurchmesser der Scheibe definiert. Die Verstellelemente sind dabei so angeordnet, dass durch Bewegen der Verstellelemente gegenüber dem Trägerbauteil der Außendurchmesser der Scheibe veränderbar ist.
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Die Verstellelemente können beispielsweise einzelne Segmente der Scheibe bilden. Diese Segmente können dabei überlappend angeordnet sein. Durch ein Verschieben oder Schwenken der Verstellelemente radial nach außen vergrößert sich somit der Außendurchmesser der Scheibe. Die Scheibe kann beispielsweise mit dem größten Außendurchmesser die Bremsscheibe vollständig abdecken wodurch sich ein guter Wert für den Luftwiderstand ergibt. Ist eine größere Kühlung der Bremsscheibe nötig, können die segmentförmigen Verstellelemente radial nach innen verfahren werden, wodurch die Scheibe nicht mehr die vollständige Bremsscheibe abdeckt und eine bessere Anströmung der Bremsscheibe möglich ist.
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Das Trägerbauteil zusammen mit den Verstellelementen muss dabei keine vollumfängliche Scheibe über 360° bilden. Vielmehr kann dabei auch eine Ausnehmung, beispielsweise für den Bremssattel, vorgesehen sein.
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Diese Ausgestaltung der Belüftungsanordnung mit veränderbarem Außendurchmesser kann auch mit den anderen Verstellelementen, die beispielsweise an oder in einer Aussparung angeordnet sind, kombiniert werden.
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Die im Folgenden beschriebenen Aktuatoren können mit jedweder Ausgestaltung der Verstellelemente kombiniert werden. An einem Trägerbauteil können dabei auch mehrere der beschriebenen Aktuatoren gleicher oder unterschiedlicher Ausgestaltung verwendet werden:
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Aktuator ein thermisch expandierendes Medium umfasst, das durch seine thermische Expansion mechanisch das Verstellelement bewegt. Der thermische Einfluss auf das thermisch expandierende Medium wird somit nicht zum Messen einer Temperatur verwendet, sondern die Expansion führt unmittelbar durch eine mechanische Verbindung zu einem Bewegen des Verstellelements. Insbesondere weist das thermisch expandierende Medium einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Trägerbauteil und/oder das Verstellelement auf.
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Insbesondere in dieser Ausgestaltung ist es möglich, den vollständigen Aktuator am Trägerbauteil anzuordnen. Es bedarf dabei keiner Leitungen, beispielsweise zur Kraftübertragung oder Signalübertragung, von anderen Bereichen des Fahrzeugs zum Aktuator.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das thermisch expandierende Medium des Aktuators ein Feststoff ist. Dieser Feststoff ist vorzugsweise ein Metall. Der Feststoff dehnt sich bei entsprechender Erwärmung aus und kann dadurch das Verstellelement bewegen.
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Insbesondere ist der Aktuator ein Metallring, der mit mehreren Verstellelementen verbunden ist. Bei entsprechender Erwärmung des Metallrings, vergrößert der Metallring seinen Durchmesser und kann dadurch die Verstellelemente bewegen.
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Besonders bevorzugt wird eine Bimaterial-Anordnung, insbesondere Bimetall-Anordnung, verwendet, wobei das thermisch expandierende Medium eines der beiden Materialien der Bimaterial-Anordnung ist. Insbesondere ist das thermisch expandierende Medium dabei eine Platte, die mit dem Trägerbauteil und mit dem Verstellelement verbunden ist. Die Platte weist einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Materialien für Trägerbauteil und/oder Verstellelement auf.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das thermisch expandierende Medium eine Flüssigkeit ist. Beispielsweise kann hier ein Öl verwendet werden. Die Flüssigkeit befindet sich vorzugsweise in einer Zylinder-Kolben-Anordnung. Durch Erwärmung der Flüssigkeit kann der Kolben gegenüber dem Zylinder bewegt werden, wodurch eine Bewegung des Verstellelements gegenüber dem Trägerbauteil möglich ist.
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Zusätzlich oder alternativ zu den oben beschriebenen Aktuatoren ist es auch vorgesehen, einen hydraulischen, pneumatischen, elektromechanischen oder elektromagnetischen Aktuator zu verwenden. Dabei ist insbesondere eine Leitung zur Kraftübertragung und/oder Signalübertragung vom Fahrzeug zum Aktuator vorgesehen. Dabei ist es auch möglich, den Aktuator mit einem entsprechenden Steuergerät gezielt, beispielsweise in Abhängigkeit gemessener Temperaturen oder ermittelter Fahrsituationen, anzusteuern.
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Die Erfindung umfasst ferner ein Fahrzeug. Das Fahrzeug umfasst eine Radaufhängung mit einem Radträger. Der Radträger dient zur drehbeweglichen Lagerung einer Radnabe. An der Radnabe wird das Rad angeschraubt. Ferner ist eine Bremsscheibe drehbeweglich gegenüber dem Radträger vorgesehen.
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Das Fahrzeug umfasst zumindest eine Belüftungsanordnung, wie sie vorab beschrieben wurde.
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Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Belüftungsanordnung beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das erfindungsgemäße Fahrzeug.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Belüftungsanordnung an einer Radaufhängung eines Fahrzeugs,
- 2 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Belüftungsanordnung,
- 3 eine Detailansicht zu 2,
- 4 die Belüftungsanordnung des ersten Ausführungsbeispiels in zwei Stellungen,
- 5 eine schematische Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Belüftungsanordnung,
- 6 die Belüftungsanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels in zwei Stellungen, und
- 7 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Belüftungsanordnung.
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1 zeigt die Position einer Belüftungsanordnung 1 gemäß allen Ausführungsbeispielen an einer Radaufhängung 2 eines Fahrzeugs. Die 2 bis 7 zeigen anhand von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen mögliche Ausgestaltungen der Belüftungsanordnung 1. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt die Radaufhängung 2 mit einem Radträger 3. Der Radträger 3 ist direkt und/oder über radführende Elemente mit einem Fahrwerksrahmen oder der Karosserie verbunden. Ferner umfasst die Radaufhängung 2 eine Radnabe 4, an der ein Rad befestigt werden kann. Die Radnabe 4 ist drehfest mit einer Bremsscheibe 5 verbunden, sodass die Radnabe 4 und die Bremsscheibe 5 gegenüber dem Radträger 3 rotierbar sind. Fahrzeuginnenseitig der Bremsscheibe 5 ist die Belüftungsanordnung 1 am Radträger 3 befestigt.
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Die Belüftungsanordnung 1 ist in allen Ausführungsbeispielen als Bremsscheibenabdeckung ausgebildet. Hierzu ist die Belüftungsanordnung 1 scheibenförmig und weist eine Ausnehmung für einen Bremssattel 6 auf.
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Die Figuren zeigen eine Axialrichtung 20, die sich parallel zur Drehachse der Radnabe 4 bzw. des Rades erstreckt. Eine Radialrichtung 21 steht senkrecht zur Axialrichtung 20. Um die Axialrichtung 20 ist eine Umfangsrichtung 22 definiert.
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2 zeigt die Belüftungsanordnung 1 mit einem Trägerbauteil 7 mit mehreren Aussparungen 12, die entlang der Umfangsrichtung 22 des Trägerbauteils 7 verteilt sind. An jeder Aussparung 12 befindet sich ein Verstellelement 8 der Belüftungsanordnung 1.
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Wie insbesondere die Detaildarstellung in 3 zeigt, ist das einzelne Verstellelement 8 über eine Schwenkachse 10 mit dem Trägerbauteil 7 verbunden. Die Schwenkachse 10 erstreckt sich dabei senkrecht zur Axialrichtung 20.
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Die Belüftungsanordnung 1 umfasst ferner einen Aktuator 9, der hier als Metallring ausgebildet ist. An jedem Verstellelement 8 befinden sich zwei parallele Stege 11. Der Metallring verläuft an jedem Verstellelement 8 zwischen den beiden Stegen 11.
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4 zeigt den in 3 gekennzeichneten Schnitt A:A. Dabei ist zu sehen, wie der als Metallring ausgebildete Aktuator 9 zwischen den beiden Stegen 11 der Verstellelemente 8 verläuft. Die linke Darstellung in 4 zeigt, dass das Verstellelement 8 in einer Stellung die Aussparung 12 verschließt. Bei entsprechender thermischer Einwirkung auf den Aktuator 9, dehnt sich dieser aus und vergrößert somit seinen Durchmesser. Dadurch wird das Verstellelement 8 in die Stellung gemäß der rechten Darstellung in 4 bewegt, wodurch ein Luftstrom durch die Aussparung 12 hindurch auf die Bremsscheibe 5 strömen kann.
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5 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Verstellelements 8 und des Aktuators 9. 6 zeigt hierzu den in 5 gekennzeichneten Schnitt B:B, wobei wiederum auf der linken Seite und auf der rechten Seite zwei unterschiedliche Stellungen des Verstellelements 8 dargestellt sind.
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In den 5 und 6 ist pro Verstellelement 8 ein eigener Aktuator 9, ausgebildet als Platte aus Metall vorgesehen. Der Aktuator 9 überlappt dabei mit dem Trägerbauteil 7 und dem jeweiligen Verstellelement 8. Der Aktuator 9 weist einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als das Material des Verstellelements 8. Dadurch bildet der Aktuator 9 zusammen mit dem jeweiligen Verstellelement 8 eine Bimaterial-Anordnung. Die rechte Darstellung in 6 verdeutlicht, dass bei entsprechender thermischer Einwirkung auf das Verstellelement 8 und den Aktuator 9 sich das Verstellelement 8 und der Aktuator 9 verbiegen, wodurch das Verstellelement 8 die Aussparung 12 für die Luftströmung freigibt.
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7 zeigt die Belüftungsanordnung 1, wobei deren Außendurchmesser 23 durch die Aktuatoren 9 veränderbar ist. Gemäß 7 sind auf dem Trägerbauteil 7 mehrere segmentförmige, sich überlappende Verstellelemente 8 angeordnet. Die Außenkanten der Verstellelemente 8 definieren den Außendurchmesser 23 der Belüftungsanordnung 1.
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In 7 sind an den Verstellelementen 8 entsprechende Aktuatoren 9 vorgesehen, die bei Erwärmung die Verstellelemente 8 radial nach innen verschieben, sodass sich der Außendurchmesser 23 verkleinert. Dadurch wird die Bremsscheibe 5 nicht mehr vollständig von der Belüftungsanordnung 1 abgedeckt, wodurch eine erhöhte Luftströmung auf die Bremsscheibe 5 möglich ist. Auch hierzu können entsprechende Aktuatoren 9 mit einem thermisch expandierenden Medium, beispielsweise einem Metall wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen oder einer Flüssigkeit in einer Zylinder-Kolben-Anordnung, verwendet werden.
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Alternativ zu den gezeigten Ausführungsbeispielen ist auch vorgesehen, dass sich am Trägerbauteil 7 zumindest ein Aktuator 9 befindet, der von einem Steuergerät des Fahrzeugs ansteuerbar ist, sodass über das Steuergerät ein bewegen der Verstellelemente 8 möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Belüftungsanordnung
- 2
- Radaufhängung
- 3
- Radträger
- 4
- Radnabe
- 5
- Bremsscheibe
- 6
- Bremssattel
- 7
- Trägerbauteil
- 8
- Verstellelement
- 9
- Aktuator
- 10
- Schwenkachse
- 11
- Stege
- 12
- Aussparung
- 20
- Axialrichtung
- 21
- Radialrichtung
- 22
- Umfangsrichtung
- 23
- Außendurchmesser
