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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung der von einer Reibbremse eines Fahrzeugs emittierten Menge an Feinstaub. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Reibbremse mit reduzierter Feinstaubemission.
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Ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug, umfasst typischerweise ein oder mehrere Reibbremsen, mit denen das Fahrzeug verzögert werden kann. Eine Reibbremse weist dabei einen Bremssattel auf, der eingerichtet ist, Bremsbeläge auf eine Bremsscheibe zu drücken, so dass durch die Reibung zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe eine Verzögerung des Fahrzeugs bewirkt wird.
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Bei der Reibung zwischen Bremsbelägen und Bremsscheibe entstehen typischerweise Bremspartikel, die in die Umgebungsluft einer Reibbremse gelangen können und so, je nach Partikelgröße, zur Feinstaubemission eines Fahrzeugs beitragen können.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, die durch die Reibbremsen eines Fahrzeugs bewirkte Feinstaubemission in effizienter und zuverlässiger Weise zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung, insbesondere eine Filtervorrichtung, für eine Reibbremse beschrieben. Die Vorrichtung umfasst einen Sammelbehälter (z.B. eine Filterkammer oder einen einem Filter nachgelagerten Sammelbehälter). Der Sammelbehälter ist eingerichtet, Bremspartikel aufzunehmen und/oder zu sammeln, die bei dem Betrieb der Reibbremse entstehen.
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Die Vorrichtung ist eingerichtet, Bremspartikel aus einem von der Reibbremse kommenden Luftstrom zu filtern und in dem Sammelbehälter zu sammeln. Mit anderen Worten, bei einer Bremsung entstehende Bremspartikel können in dem Sammelbehälter gesammelt werden. Dabei können insbesondere lungengängige Bremspartikel in dem Sammelbehälter gesammelt werden.
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Die Vorrichtung ist eingerichtet, in dem Sammelbehälter gesammelte Bremspartikel derart zu verarbeiten, dass die Menge bzw. der Anteil von lungengängigen Bremspartikeln aus den gesammelten Bremspartikeln reduziert wird. Es kann insbesondere eine Nachverarbeitung von gesammelten Bremspartikeln erfolgen, um lungengängige Bremspartikel nicht-lungengängig zu machen. So kann in zuverlässiger Weise die Feinstaubemission einer Reibbremse reduziert werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, die gesammelten Bremspartikel mit einer Flüssigkeit und/oder mit einem Bindemittel zu vermischen, um die Menge von lungengängigen Bremspartikeln zu reduzieren und/oder um lungengängige Bremspartikel nicht-lungengängig zu machen.
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Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eingerichtet sein, die gesammelten Bremspartikel einem Druck auszusetzen bzw. zu pressen, um die Menge von lungengängigen Bremspartikeln zu reduzieren und/oder um lungengängige Bremspartikel nicht-lungengängig zu machen. Insbesondere können die gesammelten Bremspartikel zumindest teilweise zu einem Klumpen bzw. Brikett zusammengepresst werden. So kann in besonders effizienter und zuverlässiger Weise die Feinstaubemission einer Reibbremse reduziert werden.
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Des Weiteren wird eine Reibbremse beschrieben, die die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung zur Reduzierung von Feinstaub umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Reibbremse beschrieben, wobei die Reibbremse eine Bremsscheibe und einen, die Bremsscheibe zumindest teilweise umschließenden, Bremssattel mit zumindest einem Bremsbelag umfasst. Die Bremsscheibe und der Bremsbelag sind derart ausgebildet, dass bei der Reibung zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag im Wesentlichen keine lungengängigen Bremspartikel von der Bremsscheibe und/oder dem Bremsbelag emittiert werden. Es kann somit eine Reibbremse bereitgestellt werden, bei der gleich an der Quelle die Emission von Feinstaub vermieden werden.
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Die Bremsscheibe und der Bremsbelag können derart ausgelegt sein, dass bei der Reibung im Wesentlichen keine lungengängigen Bremspartikel und/oder im Wesentlichen nur nicht-lungengängige Bremspartikel erzeugt werden. Insbesondere können die Bremsscheibe und der Bremsbelag zu diesem Zweck aufeinander abgestimmt sein, so dass durch die besondere Kombination von Bremsscheibe und Bremsbelag bewirkt wird, dass im Wesentlichen keine lungengängigen Bremspartikel und/oder im Wesentlichen nur nicht-lungengängige Bremspartikel erzeugt werden.
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Alternativ oder ergänzend können die Bremsscheibe und der Bremsbelag ein Material umfassen, durch das eine Verklumpung (insbesondere bei Festkörpern) und/oder eine Agglomeration (insbesondere bei Gasen) von lungengängigen Bremspartikeln bewirkt wird. Durch die Verklumpung und/oder Agglomeration von lungengängigen Bremspartikeln können aus lungengängigen Bremspartikeln nicht-lungengängige Bremspartikel erzeugt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Straßenkraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Reibbremse und/oder Vorrichtung umfasst.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1a ein beispielhaftes Fahrzeug mit mehreren Reibbremsen;
- 1b eine beispielhafte Reibbremse mit einer Filtervorrichtung;
- 2a eine beispielhafte Filtervorrichtung in einem Betriebszustand bzw. in einem Betriebsmodus; und
- 2b eine beispielhafte Filtervorrichtung in einem Regenerationszustand bzw. in einem Regenerationsmodus.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten Reduzierung der Menge an Feinstaub, die durch die ein oder mehreren Reibbremsen eines Fahrzeugs emittiert wird. In diesem Zusammenhang zeigt 1a ein Fahrzeug 100 mit einer Vorderachse 101 und einer Hinterachse 102, wobei die Achsen 101, 102 jeweils zwei Räder 103 mit jeweils einer Reibbremse 110, 120 aufweisen. Durch eine Reibbremse 110, 120 können ein Bremsmoment auf ein Rad 103 des Fahrzeugs 100 und somit eine Verzögerung des Fahrzeugs 100 bewirkt werden. Die Reibbremsen 110, 120 des Fahrzeugs 100 können mechanisch (insbesondere hydraulisch) und/oder elektrisch durch Betätigung eines Bremspedals und/oder eines Bremshebels des Fahrzeugs 100 betätigt werden. In 1a ist beispielhaft eine Steuereinheit 105 zur Ansteuerung der Reibbremsen 110, 120 dargestellt.
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1b zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Reibbremse 110, 120. Die Reibbremse 110, 120 umfasst eine Bremsscheibe 111 und einen Bremssattel 112. Dabei ist der Bremssattel 112 ausgebildet, von beiden Seiten Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe 111 zu drücken, um ein Bremsmoment auf die Bremsscheibe 111 und das damit verbundene Rad 103 zu bewirken. Wenn die Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe 111 gedrückt werden, entsteht typischerweise ein Abrieb der Bremsbeläge und der Scheibe in Form von mehr oder weniger großen Bremspartikeln.
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Um zu vermeiden, dass insbesondere relativ kleine, lungengängige, Bremspartikel in die Umwelt gelangen und somit zu einer Feinstaubemission eines Fahrzeugs 100 führen, kann eine Reibbremse 110 eine Filtervorrichtung 115 aufweisen, die eingerichtet ist, anfallenden Bremsstaub bzw. anfallende Bremspartikel abzuscheiden. Dabei können die Bremspartikel über einen Absaugkanal 113 von dem Bremssattel 112 und/oder der Bremsscheibe 111 weg zu der Filtervorrichtung 115 gesogen werden. Alternativ oder ergänzend kann die Filtervorrichtung 115 die Bremsscheibe 111 und/oder den Bremssattel 112 zumindest teilweise umschließen.
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2a zeigt eine beispielhafte Filtervorrichtung 115 mit einem (Feinstaub-) Filter 204. Durch ein Unterdruck-Mittel 206 (z.B. durch eine Turbine) kann ein Luftstrom 211 bewirkt werden, der ausgebildet ist, von einer Reibbremse 110 erzeugte Bremspartikel in die Filtervorrichtung 115 zu saugen. Insbesondere kann der Luftstrom 211 durch eine verschließbare Frontwand 201 in die Filtervorrichtung 115 gesogen werden. Die verschließbare Frontwand 201 kann ausgebildet sein, einen Luftstrom 211 von außen in die Filtervorrichtung 115 (dargestellt in 2a durch die Pfeile) zu ermöglichen. Andererseits kann die verschließbare Frontwand 201 ausgebildet sein, einen Luftstrom 211 in entgegengesetzter Richtung (aus der Filtervorrichtung 115 heraus) zu unterbinden. Beispielsweise kann die Frontwand 201 zu diesem Zweck als Rückschlagventil ausgebildet sein.
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Der durch das Unterdruck-Mittel 206 bewirkte Luftstrom 211 kann durch das Filter 204 gesogen werden, so dass an der Oberfläche des Filters 204 Bremspartikel 212 abgeschieden werden. Der aus der Filtervorrichtung 115 austretende, gefilterte, Luftstrom 213 weist somit eine gegenüber dem Luftstrom 211 reduzierte Menge an Bremspartikeln 212 auf. Die herausgefilterten Bremspartikel 212 können in einer durch die Frontwand 211, durch eine Seitenwand 202 und durch das Filter 204 gebildeten Filterkammer 203 (in diesem Dokument auch als Sammelbehälter bezeichnet) gesammelt werden.
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Die Filtervorrichtung 115 kann ferner eine verschließbare Rückwand 205 aufweisen. Die verschließbare Rückwand 205 kann ausgebildet sein, einen Luftstrom 213 aus der Filtervorrichtung 115 heraus (dargestellt in 2a durch die Pfeile) zu ermöglichen. Andererseits kann die verschließbare Rückwand 205 ausgebildet sein, einen Luftstrom 213 in entgegengesetzter Richtung (in die Filtervorrichtung 115 hinein) zu unterbinden. Beispielsweise kann die Rückwand 205 zu diesem Zweck als Rückschlagventil ausgebildet sein.
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2a zeigt die Filtervorrichtung 115 in einem Betriebszustand bzw. in einem Betriebsmodus, bei dem ein Luftstrom 211 von einer Reibbremse 110 durch die Filtervorrichtung 115 gesogen wird, um Bremspartikel 212 aus dem Luftstrom 211 herauszufiltern. In dem Betriebszustand sind sowohl die Frontwand 201 als auch die Rückwand 205 geöffnet, um den Luftstrom 211 durch das Filter 204 zu ermöglichen.
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Im Laufe des Betriebs lagern sich mehr und mehr Bremspartikel 212 an der Oberfläche des Filters 204 ab, wodurch die Wirksamkeit des Filters 204 nach und nach reduziert wird. Alternativ oder ergänzend kann der Druck in der Filtervorrichtung 115 ansteigen, was zu Problemen beim Betrieb der Filtervorrichtung 115 führen kann. Um die Wirksamkeit des Filters 204 zu erhöhen und/oder um Druckprobleme zu vermeiden, können die Bremspartikel 212 von der Oberfläche des Filters 204 und/oder aus der Filterkammer 203 entfernt werden.
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2b zeigt die Filtervorrichtung 115 in einem Regenerationszustand bzw. einem Regenerationsmodus, der es ermöglicht, Bremspartikel 212 aus der Filterkammer 203 zu entfernen. Zu diesem Zweck können die Frontwand 201 und die Rückwand 205 verschlossen werden. Des Weiteren können die ein oder mehreren Seitenwände 202 geöffnet werden, um eine Spülstrom 221 (z.B. aus einem flüssigen oder gasförmigen Spülmedium) durch die Filterkammer 203 hindurch zu leiten. Beispielsweise kann eine erste Seitenwand 202 (z.B. die in 2b oben dargestellte Seitenwand) als Absperrventil ausgebildet sein, das für die Regenerierung der Filtervorrichtung 115 geöffnet werden kann. Eine zweite Seitenwand 202 (z.B. die in 2b unten dargestellte Seitenwand) kann als Absperrventil bzw. als Klappe 207 ausgebildet sein, das bzw. die für die Regenerierung der Filtervorrichtung 115 geöffnet werden kann.
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Wie in 2b dargestellt, kann der Spülstrom 221 ausgebildet sein, die Bremspartikel 212 zu lösen und/oder mitzureißen, so dass ein mit Bremspartikeln 212 angereicherter Spülstrom 222 aus der Filterkammer 203 herausgeführt wird. Somit kann mittels einer Spülung eine Regenerierung bzw. Reinigung des Filters 204 bewirkt werden.
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Bei der Regenerierung bzw. Reinigung des Filters 204 können Bremspartikel 212 und insbesondere relativ kleine, lungengängige, Bremspartikel 212 und somit Feinstaub in die Umgebung des Fahrzeugs 100 gelangen.
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Die Filtervorrichtung 115 kann eingerichtet sein, lungengängigen Bremsstaub in eine nicht-lungengängige Form umzuwandeln. Der Bremsstaub kann zu diesem Zweck gebunden und/oder umgewandelt werden. Nach der Bindung bzw. Umwandlung des Feinstaubs kann der Bremsstaub ausgeschieden, d.h. aus dem Sammelbehälter 203 entfernt bzw. gespült, werden.
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Der Bremsstaub kann, wie in den 2a und 2b dargestellt, in einem Filter- bzw. Sammelbehälter 203 gesammelt werden. Es kann eine Wandlung bzw. Bindung des gesammelten Bremsstaubs erfolgen. Die Wandlung bzw. Bindung des gesammelten Bremsstaubes kann auf verschiedene Arten erfolgen. In einer Ausgestaltung kann eine Flüssigkeit genutzt werden, welche den gesammelten Feinstaub in eine nicht-lungenfähige Form überführt. In einer anderen Ausgestaltung kann der gesammelte Bremsstaub so geformt werden, dass der Bremsstaub nicht mehr lungengängig ist. Beispielsweise kann der gesammelte Bremsstaub unter Druck so verpresst werden, dass eine Art Brikett aus Bremsstaub entsteht.
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Der gebundene bzw. umgewandelte Bremsstaub kann dann ausgeschieden werden. Durch die Leerung des Sammelbehälters 203 kann die erforderliche Größe des Sammelbehälters 203 zur Speicherung von Bremspartikeln 212 reduziert werden. Des Weiteren kann durch die Wandlung bzw. Bindung von Bremsstaub die Menge an emittierten Feinstaub signifikant reduziert werden. Außerdem kann der Wartungsaufwand reduziert werden.
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Wie bereits oben dargelegt, entsteht Bremsstaub durch Abrieb an der Brems scheibe 111 und einem Bremsbelag des Brems sattels 112 im Zuge einer Bremsung. Dabei besteht typischerweise ein wesentlicher Anteil des Bremsstaubs aus Feinstaub.
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Die Bremsscheibe 111 und der Bremsbelag können derart aufeinander abgestimmt und/oder derart gewählt werden, dass bei einer Bremsung eine reduzierte Menge an Feinstaub emittiert wird. Mit anderen Worten, die Bremsscheibe 111 und der Bremsbelag können so gewählt bzw. beschichtet werden (insbesondere können das Material eines Bremsbelags und/oder die Legierung einer Bremsscheibe 111 so gewählt werden), dass während des Reibprozesses zum Erzielen der Bremswirkung hauptsächlich grober Bremsstaub emittiert wird (und nach Möglichkeit kein Feinstaub).
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Alternativ oder ergänzend können die Oberflächenbeschichtung und/oder das Grundmaterial von Bremsbelag und/oder Bremsscheibe 111 ein Material aufweisen, welches zur Verklumpung des abgeriebenen feinen Staubs führt. Dabei werden die Kleinstpartikel 212 durch ein in Bremsbelag und/oder Bremsscheibe 111 befindliches Mittel zu größeren Partikeln gebunden, so dass Feinstaub vermieden werden kann. Bevorzugt ist die Verklumpung der Partikel 212 so ausgeprägt, dass die entstehenden größeren Partikel zu Boden fallen und somit nicht von einem Menschen eingeatmet werden können.
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Durch die Verwendung von abgestimmten Materialien und/oder von Bindemitteln kann die Feinstaubemission einer Reibbremse 110 direkt an der Quelle reduziert werden. So kann auf den Verbau einer Absaugvorrichtung 113 und Filtervorrichtung 115 verzichtet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
