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Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe, insbesondere für eine Kraftfahrzeugbremse, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Die Erfindung beschreibt Maßnahmen, mit welchen die Kühlung von innenbelüfteten Bremsscheiben verbessert werden kann. Solche Bremsscheiben finden zum Beispiel in Radbremsen von Kraftfahrzeugen oder als Bremselement zum Beispiel in mechanischen Getrieben oder Kupplungen übliche Verwendung. Viele Fahrzeuge weisen üblicherweise Bremsen mit solchen Bremsscheiben auf. Diese sind üblicherweise aus Stahl bzw. Stahlguss bzw. einem AI- oder Keramikwerkstoff oder aus CFK hergestellt.
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Innenbelüftete Bremsscheiben für Scheibenbremsen, bei denen mehrere, radial oder gekrümmt verlaufende Stege zwischen zwei axial zueinander beabstandeten Reibscheiben verlaufende Kühlkanäle begrenzen, sind bereits bekannt. Die Form der Stege und deren Anordnung bestimmen unter anderem den spezifischen Durchsatz an Kühlluft bzw. die erzielbare Kühlleistung, sowie die erforderliche Steifigkeit und Festigkeit der Bremsscheibe. Dies beschreibt die
DE 43 23 782 C2 , in der Bremsscheiben mit radial oder gekrümmt verlaufenden Stegen dargestellt sind.
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Außerdem beschreibt die
DE 10 2014 008 488 A1 eine Bremsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Bremsscheibe, wobei die mindestens eine Bremsscheibe mindestens eine Reibfläche und im Bereich der mindestens einen Reibfläche mehrere Ausnehmungen aufweist, wobei die Bremsvorrichtung eine Reinigungseinrichtung zum Reinigen der Ausnehmungen besitzt, mit mindestens einer Düse zum Ausblasen der Ausnehmungen, welche auf die mindestens eine Reibfläche der Bremsscheibe gerichtet ist. Zum Ausblasen der Ausnehmungen kann beispielsweise Luft oder Wasser aus der Düse in die jeweils unter der Düse befindliche Ausnehmung geblasen werden, so dass diese Ausnehmung vom Bremsstaub befreit wird. Anstatt mehrerer Düsen kann auch eine schlitzförmige Düse, welche sich im Wesentlichen über die gesamte radiale Breite der Reibfläche erstreckt, eingesetzt werden. Der Düsenträger ist angrenzend zu dem Bremssattel angeordnet, an dem er gehalten werden kann. Zusätzlich zur Reinigungswirkung, durch das Ausblasen der Ausnehmungen, bewirkt das Ausblasen von Luft oder Wasser aus den Düsen eine Kühlung der Bremsscheibe, wodurch die Lebensdauer der Bremsscheibe und die erzielte Bremswirkung verbessert werden kann. Der Düsenträger kann sowohl an einer innenliegenden, als auch an einer außenliegenden Reibfläche angeordnet sein und somit die Bremsscheibe von beiden Seiten aus kühlen oder reinigen. Dies ist auch bei innenbelüfteten Bremsscheiben vorgesehen, wo die Ausnehmungen sich nicht durch die gesamte Dicke der Bremsscheibe erstrecken, sondern nur von der Reibfläche aus bis zu einem inneren Belüftungskanal der Bremsscheibe. Bei solch einer Bremsscheibe, wo die Ausnehmungen an der innenliegenden Seite der Bremsscheibe und die Ausnehmungen an der außenliegenden Seite der Bremsscheibe nicht zueinander fluchten, ist dann eine Reinigung der Ausnehmungen lediglich von einer Seite der Bremsscheibe nicht ausreichend.
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Was Bremsscheiben ganz allgemein betrifft, ergibt sich nach dem Stand der Technik deren erforderliche Masse hauptsächlich anhand der absoluten Wärmekapazität, die zur Aufnahme von Reibungswärme in einem Bremsfall erforderlich ist. Dabei ist diese sowohl durch die maximale Werkstofftemperatur, als auch durch die massenspezifische Wärmekapazität des Werkstoffs begrenzt. Zur Aufnahme großer Reibungswärmemengen, wie dies in leistungsstarken, schweren Fahrzeugen erforderlich ist, ist daher vor allem die Masse der Bremsscheiben erhöht.
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Damit ist nicht nur die Fahrzeugmasse nachteilig erhöht, sondern, insbesondere im Fall konventioneller Radbremsen, auch die fahrdynamisch zu federnde bzw. die zu dämpfende Masse.
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Weiterhin besteht, insbesondere bei Batteriespeicher - Elektrofahrzeugen, ein besonderer Massenachteil darin, dass die mechanischen Bremsscheiben innerhalb eines überwiegenden Anteils der Fahrzeugbetriebszeit bzw. der Fahrzeugnutzungsdauer nicht benötigt werden, vor allem infolge der zur Fahrzeugverzögerung genutzten Rekuperation von Bewegungsenergie mittels des Elektro-Antriebs im Generatorbetrieb. Die Bremsen werden hier nur für starke Verzögerungen benötigt, die das vorhandene Rekuperationsvermögen übersteigen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine innenbelüftete Bremsscheibe bereitzustellen, die aufgrund von Flüssigkeitskühlung oben genannte Nachteile nicht besitzt, insbesondere hinsichtlich der Gesamtfahrzeugmasse, der dynamischen Massen im Fahrwerksbereich, mit besonderer Bedeutung auch für Batteriespeicher Elektrofahrzeuge oder Hochleistungsfahrzeuge.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Weitere Ausbildungen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.
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Nach der Erfindung ist eine Bremsscheibe mit einer Kühleinrichtung, die wenigstens eine Einrichtung zum Benetzen der Bremsscheibe mit wenigstens einer Flüssigkeit umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe innenbelüftet ist, mit zwei benachbart zueinander angeordneten Reibscheiben, die durch Stege miteinander verbunden sind, deren Zwischenräume Kühlkanäle ausbilden, in die die Kühleinrichtung wenigstens die Flüssigkeit einbringt.
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Wenn eine Flüssigkeit durch die Kühleinrichtung so in die Bremsscheibe geführt wird, dass sie in einem Innenbereich der Stege auf die Bremsscheibe trifft, oder wenn die durch die Kühleinrichtung eingebrachte Flüssigkeit mit der durch die Kühlkanäle der Bremsscheibe vom radial innen gelegenen zum radial außen gelegenen Bereich der Bremsscheibe strömenden Luft geführt wird, erwärmt sich diese oder verdampft, und kühlt dabei die Bremsscheibe.
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Durch eine solche, gezielt mittels der Flüssigkeit, gekühlte Bremsscheibe, wobei die von der Flüssigkeit aufgenommene Wärme wie eine virtuelle Erhöhung Wärmespeicherkapazität der Bremsscheibe wirkt, kann die erforderliche Wärmespeicherkapazität der Bremsscheibe mittels einer deutlich geringeren Scheibenmasse realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann durch eine solche gekühlte Bremsscheibe insgesamt eine deutlich erhöhte Bremsenergie aufgenommen werden. Dadurch werden die Nachteile vor allem hinsichtlich der Gesamtfahrzeugmasse, der dynamischen Massen im Fahrwerksbereich aufgehoben, besonders vorteilhaft auch für Fahrzeuge mit batteriegespeistem Elektroantrieb oder Hochleistungsfahrzeuge. Bei einer Flüssigkeitskühlung einer innenbelüfteten Bremsscheibe über die Kühlkanäle im Inneren wird die Bremswirkung nicht durch auf den Reibflächen befindliche Flüssigkeit nachteilig beeinflusst. Es ist eine Massenreduktion bei der Bremsscheibe möglich, durch gleichzeitige Erhöhung ihrer Wärmeaufnahmekapazität durch die Kühlung, unter Beibehaltung ihrer geometrischen Außenabmessungen, also mit Volumen-, Form- und Interface-Konstanz.
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Bevorzugte Ausführungen der Kühleinrichtung sehen vor, dass diese die Flüssigkeitsmenge zur Benetzung der Bremsscheibe wenigstens in Anhängigkeit von der Temperatur der Bremsscheibe bestimmt, was den Verbrauch von Flüssigkeit verringert und so das Vorhalten einer bezüglich des Fahrzeuggewichts vorteilhaft geringeren Vorratsmenge erlaubt. Aus diesem Grund kann die Kühleinrichtung die Flüssigkeit vor dem Auftreffen auf die Bremsscheibe auch mit zur Kühlung der Bremsscheibe vorgesehener Luft vermischen, wobei vorteilhafterweise die Kühleinrichtung die Flüssigkeit zur Benetzung der Bremsscheibe so versprüht oder zerstäubt, dass diese wenigstens teilweise durch einen Flüssigkeitssprühnebel benetzt wird.
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Besonders bevorzugt kommt als Flüssigkeit Wasser zum Einsatz, das insbesondere in einem Vorratstank der Kühleinrichtung im Kraftfahrzeug bereitgehalten wird.
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Auch kann die Zufuhr von Wasser im Rahmen einer Zulassung hinsichtlich fahrsicherheitskritischer Vorgaben dann zur wirksamen Vermeidung eines Verlustes von Bremsvermögen infolge Überhitzung herangezogen werden, sobald die situative Verfügbarkeit von Wasser sichergestellt ist. Das Aufbringen des Wassers erfordert vorteilhafterweise keine erhöhten Reinheitsanforderungen an das Wasser selbst. So ist z.B. kein demineralisiertes Wasser erforderlich, sondern es kann nicht qualitätsgesichertes Wasser auch aus quasi beliebigen Herkunftsquellen genutzt werden, wodurch die zeitliche und quantitative Verfügbarkeit signifikant erhöht ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einer Kühleinrichtung für eine innenbelüftete Bremsscheibe ist in der beigefügten Zeichnung schematisch auf das Wesentliche beschränkt dargestellt. Es zeigen:
- 1: einen Schnitt mit teilweise dargestellter erfindungsgemäßer Kühleinrichtung in der Umgebung einer innenbelüfteten Bremsscheibe,
- 2: eine weitere Ausführungsform der Erfindung ebenfalls in einem Schnitt gemäß 1 und
- 3: eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung ebenfalls in einem Schnitt gemäß 1.
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1 zeigt einen Querschnitt einer innenbelüfteten Bremsscheibe mit Bremsscheibentopf 1 und Reibscheibenpaar 2, 2', verbunden durch Stege 3 mit zwischen diesen befindlichen Kühlkanälen 4. In diese wird durch zwei Einspritzdüsen 5 einer weiter nicht gezeichneten Kühleinrichtung für die Bremsscheibe, aus einem im Kraftfahrzeug befindlichen Vorratsbehälter Wasser eingespritzt, angedeutet dargestellt durch Pfeile 6. Die Wassereinspritzung kann zur sensitiven oder latenten Kühlung stattfinden, das heißt, abhängig von der Temperatur der Bremsscheibe oder zeitgesteuert und erfolgt so, dass das Wasser 6 zwischen den Reibscheiben 2, 2' von deren Innendurchmesser 7 hin zu deren Außendurchmesser 8 strömt und das Reibscheibenpaar 2, 2' innerhalb der Kühlkanäle 4 benetzt und dabei wenigstens teilweise verdampft oder in flüssiger Form radial außen aus den Kühlkanälen 4 austritt.
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Zusätzlich zu der Darstellung in 1 besitzt die Bremsscheibe der Ausführung nach 2 in den Kühlkanälen 4 ausgebildete Wassertaschen 9 zur latenten Wasserkühlung, die sich radial erstrecken und nach innen geöffnet sind. Durch eine Mehrzahl von Wassertaschen 9, in denen sich eingesprühtes Wasser 6 gezielt fängt und dort verdunstet, wird das Wasser 6 besonders gut ausgenutzt.
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Das Ausführungsbeispiel nach 3 hat zusätzlich zur Ausführung nach 1 eine hochkapillare Beschichtung oder eine kapillare Netz- oder Rillenstruktur 10 an der Oberfläche der Kühlkanäle 4, die das Wasser 6 zu dessen verbesserter Erwärmung bis zur Verdampfung kurz hält, danach wenigstens teilweise verdampft.
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In allen drei Ausführungsformen der Erfindung werden keine Reinheitsanforderungen an das zur Kühlung der Bremsscheibe verwendete Wasser 6 gestellt, wodurch eine einfache, zuverlässige Funktion gewährleistet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4323782 C2 [0002]
- DE 102014008488 A1 [0003]
