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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Scheibenbremsenanordnung mit einer Bremsscheibe, einem Bremssattel und einem Bremsstaubpartikelfilter mit einem Filtermedium zum Abscheiden von bei einer Betätigung der Scheibenbremsenanordnung entstehenden Bremsstaubpartikeln, wobei der Bremsstaubpartikelfilter in einer Umfangsrichtung der Bremsscheibe bündig an den Bremssattel anschließt und die Bremsscheibe in der Umfangsrichtung zumindest teilweise ringsegmentförmig einhaust.
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Stand der Technik
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Derartige Scheibenbremsenanordnungen sind bekannt. Diese Scheibenbremsenanordnungen können sowohl für mobile Anwendungen als auch für stationäre Anwendungen Verwendung finden. Mobile Anwendungen umfassen dabei beispielsweise Personen- oder Lastkraftfahrzeuge und Schienenfahrzeuge. Stationäre Anwendungen umfassen beispielsweise Wellenbremsen, wie sie bei Windkraftanlagen zum Einsatz kommen.
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Bei einer Betätigung der Scheibenbremsenanordnungen kommt es zu einer Anlage eines Bremsklotzes mit der Bremsscheibe. Dabei entsteht Abrieb an einem Bremsbelag, der auf dem Bremsklotz angeordnet ist. Dieser Bremsabrieb wird in Form von Bremsstaubpartikeln freigesetzt. Diese Bremsstaubpartikel stellen eine Umgebungsluft- und Umweltbelastung dar, falls sie der Scheibenbremsenanordnung ungehindert entweichen können. Der Bremsstaubpartikelfilter dient daher dem Abscheiden und anschließenden umweltschonenden Entsorgen der Bremsstaubpartikel in dem Filtermedium.
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Da der den Bremsabrieb beziehungsweise die Bremsstaubpartikel erzeugende Bremsklotz bzw. Reibbelag mit dem Bremsbelag in dem Bremssattel angeordnet ist, schließt der Bremsstaubpartikelfilter in der Umfangsrichtung der Bremsscheibe bündig an den Bremssattel an und haust die Bremsscheibe in der Umfangsrichtung zumindest teilweise ringsegmentförmig ein. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass eine möglichst große Menge der erzeugten Bremsstaubpartikel in dem Bremsstaubpartikelfilter aufgefangen wird. Dabei weist der Bremsstaubpartikelfilter ein ringsegmentförmiges Gehäuse, beispielsweise bananenförmig und/oder helmförmig, auf, in dem ein Filtermedium zur Abscheidung der Bremsstaubpartikel angeordnet ist. Das Filtermedium ist damit im Inneren des Gehäuses der Bremsscheibe zugewandt angeordnet. Das Gehäuse weist zumindest zwei Gehäuseseitenwände und eine Gehäuseumfangswand auf; die Gehäuseumfangswand verbindet die beiden Gehäuseseitenwände unmittelbar oder mittelbar. In dem Gehäuse ist also die Bremsscheibe zumindest teilweise aufgenommen.
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Allerdings können auf diese Weise nicht vollständig alle erzeugten Bremsstaubpartikel abgeschieden werden. Insbesondere kann es dazu kommen, dass Bremsstaubpartikel an der Bremsscheibe anhaften, in der Rotationsbewegung der Bremsscheibe „mitgenommen“ werden und so an dem Bremsstaubpartikelfilter „vorbei“ transportiert werden. Diese Bremsstaubpartikel folgen sodann der Rotationsbewegung der Bremsscheibe bis sie in Umfangsrichtung auf den Bremssattel treffen. Hier werden die Bremsstaubpartikel dann typischerweise beim „Eintritt“ der rotierenden Bremsscheibe in den Bremssattel von der Bremsscheibe abgelöst beziehungsweise abgeschieden. Derartige Bremsstaubpartikel werden dann in der Scheibenbremsenanordnung freigesetzt und tragen weiterhin zur Verunreinigung der Umgebungsluft beziehungsweise der Umwelt bei.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Scheibenbremsenanordnung bereitzustellen, die effizienter zur Abscheidung von bei einer Betätigung der Scheibenbremsenanordnung entstehenden Bremsstaubpartikeln ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Scheibenbremsenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Scheibenbremsenanordnung weist einen zweiten Bremsstaubpartikelfilter auf.
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Somit können die Bremsstaubpartikel, die nicht in dem Bremsstaubpartikelfilter abgeschieden, sondern mit der Bremsscheibe weitergetragen werden und an dieser anhaften, in dem zweiten Bremsstaubpartikelfilter abgeschieden werden. Es lässt sich die Effizienz der Abscheidung von Bremsstaubpartikeln in der Scheibenbremsenanordnung verbessern. Es wird eine Scheibenbremsenanordnung bereitgestellt, die Verunreinigungen der Umgebungsluft beziehungsweise der Umwelt gering hält. Weiterhin kann der zweite Bremsstaubpartikelfilter einfach an bestehenden Scheibenbremsenanordnungen in mobilen oder stationären Anwendungen nachgerüstet werden.
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Hierin verwendete Richtungs- und Lageangaben wie „axial“, „radial“, „Rotations- oder Drehrichtung“ sind auf die Rotationsachse der Bremsscheibe bezogen. Die Bremsscheibe verfügt über zwei in der Normalenrichtung liegende Reiboberflächen, die in einer Benutzungsanordnung dazu dienen, in Reibkontakt mit einem oder mehreren Reibbelägen zu kommen. Ferner hat die Bremsscheibe einen Außenumfang.
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Dabei ist vorgesehen, dass der zweite Bremsstaubpartikelfilter in der Umfangsrichtung der Bremsscheibe bündig an den Bremssattel anschließt, wobei der Bremsstaubpartikelfilter und der zweite Bremsstaubpartikelfilter an in Umfangsrichtung der Bremsscheibe entgegengesetzten Umfangsenden des Bremssattels angeordnet sind.
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Der zweite Bremsstaubpartikelfilter ist also in einer Rotationsrichtung der Bremsscheibe bei bestimmungsgemäßer Vorwärtsfahrt dem Bremssattel vorgelagert. Wie der Bremsstaubpartikelfilter schließt dabei auch der zweite Bremsstaubpartikelfilter bündig an den Bremssattel an. Der Bremsstaubpartikelfilter ist dabei dann in der Rotationsrichtung der Bremsscheibe bei bestimmungsgemäßer Vorwärtsfahrt dem Bremssattel nachgelagert. Vorwärtsfahrt bezieht sich in einer mobilen Anwendung auf ein Fahrzeug, in dem die Scheibenbremsenanordnung montiert ist. Somit wird eine erste Menge an Bremsstaubpartikeln, die bei dem Bremsvorgang erzeugt werden, in dem Bremsstaubpartikelfilter abgeschieden. Eine zweite Menge an Bremsstaubpartikeln jedoch wird mit der Bremsscheibe mittransportiert und nicht abgeschieden. Diese zweite Menge tritt dann in den zweiten Bremsstaubpartikelfilter ein, der vor dem Bremssattel angeordnet ist. Die zweite Menge an Bremsstaubpartiklen wird in dem zweiten Bremsstaubpartikelfilter abgeschieden. Sollte ein Bruchteil der zweiten Menge an Bremsstaubpartikeln nicht in dem zweiten Bremsstaubpartikelfilter abgeschieden werden, so wird er an dem Bremssattel abgeschieden. Der derartig abgeschiedene weitere Bruchteil der Bremsstaubpartikel kann sodann in dem bündig mit dem Bremssattel angeordneten zweiten Bremsstaubpartikelfilter aufgefangen werden.
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Auch ist vorteilhaft, dass der zweite Bremsstaubpartikelfilter die Bremsscheibe in der Umfangsrichtung zumindest teilweise ringsegmentförmig einhaust, wobei ein Ringsegmentwinkel des Bremsstaubpartikelfilters größer ausgebildet ist, als ein zweiter Ringsegmentwinkel des zweiten Bremsstaubpartikelfilters.
Der Bremsstaubpartikelfilter deckt vorzugsweise einen großen Ringsegmentwinkel der Bremsscheibe ab, um eine hohe Filtrationswirkung zu erzielen. Dabei soll eine möglichst große Menge der erzeugten Bremsstaubpartikel abgeschieden werden. Die in dem Bremsstaubpartikelfilter nicht abgeschiedenen Bremsstaubpartikel stellen einen Rest an verbleibenden Bremsstaubpartikeln dar, der in dem zweiten Bremsstaubpartikelfilter abgeschieden werden kann. Hier kann die Filtrationswirkung auf beide Bremsstaubpartikelfilter aufgeteilt werden. Der zweite Bremsstaubpartikelfilter kann dann in dem zweiten Ringsegmentwinkel folglich kleiner ausgebildet werden. Es ist hier bezüglich einer Drehrichtung der Bremsscheibe der erfindungsgemäßen Scheibenbremsenanordnung in einem Fahrzeug bei Vorwärtsfahrt insbesondere vorteilhaft, wenn der Bremsstaubpartikelfilter, welcher den größeren Ringsegmentwinkel abdeckt, in Rotationsrichtung bei Vorwärtsfahrt an den Bremssattel anschließt und der zweite Bremsstaubpartikelfilter, der den kleineren Ringsegmentwinkel abdeckt, an den Bremssattel in der der Rotationsrichtung bei Vorwärtsfahrt entgegengesetzten Richtung.
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Dabei weist der zweite Bremsstaubpartikelfilter ein ringsegmentförmiges zweites Gehäuse, beispielsweise bananenförmig und/oder helmförmig, auf, in dem ein zweites Filtermedium zur Abscheidung der Bremsstaubpartikel angeordnet ist. Das zweite Filtermedium ist damit im Inneren des zweiten Gehäuses der Bremsscheibe zugewandt angeordnet. Das zweite Gehäuse weist zumindest zwei zweite Gehäuseseitenwände und eine zweite Gehäuseumfangswand auf; die zweite Gehäuseumfangswand verbindet die beiden zweiten Gehäuseseitenwände unmittelbar oder mittelbar. In dem zweiten Gehäuse ist also die Bremsscheibe zumindest teilweise aufgenommen.
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Es ist bevorzugt, dass sich der Ringsegmentwinkel über mindestens 45°, vorzugsweise mindestens 75°, vorzugsweise mindestens 90°, und sich der zweite Ringsegmentwinkel in einem Bereich zwischen 45° und 90°, besonders bevorzugt über 45°, erstreckt. Dabei ist zu beachten, dass bei der Wahl eines Ringsegmentwinkels für die Bremsstaubpartikelfilter ein Zielkonfilkt zwischen dem Anteil an abzuscheidenden Bremsstaubpartikeln sowie der der Scheibenbremsenanordnung zur Verfügung stellbaren Kühlleistung zu lösen ist.
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Bei all dem ist von Vorteil, dass ein Radialspalt zwischen einem Außenumfang der Bremsscheibe und einer Innenkante des Bremsstaubpartikelfilters kleiner ausgebildet ist, als ein zweiter Radialspalt zwischen dem Außenumfang der Bremsscheibe und einer Innenkante des zweiten Bremsstaubpartikelfilters. In Bezug auf den Radialspalt ist mit „Innenkante“ der Bremsstaubpartikelfilter, insbesondere eine der Bremsscheibe zugewandte axial verlaufende Innenkante, gemeint.
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Der kleinere Radialspalt des Bremsstaubpartikelfilters dient dem „Abschaben“ der Bremsstaubpartikel, die in der Nähe der Oberfläche der Bremsscheibe durch deren Rotationsbewegung mittransportiert werden, wobei der Begriff „Abschaben“ jedoch berührungsfrei zu verstehen ist. So kann eine effiziente Abscheidung einer ersten Menge an Bremsstaubpartikeln in dem Bremsstaubpartikelfilter erfolgen. Die verbleibenden Bremsstaubpartikel werden sodann spätestens an dem Bremssattel abgeschieden oder in der Scheibenbremsenanordnung verwirbelt. Diese Bremsstaubpartikel sollen dann in den zweiten Bremsstaubpartikelfilter gelangen. Hierzu ist der größere Radialspalt an dem zweiten Bremsstaubpartikelfilter vorgesehen. Er dient als Eintrittsöffnung für nach dem Bremsstaubpartikelfilter nicht herausgefilterte verbleibende Bremsstaubpartikel.
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Auch ist bei all dem vorteilhaft, dass ein Axialspalt zwischen einer Reiboberfläche der Bremsscheibe und einer Innenkante des Bremsstaubpartikelfilters kleiner ausgebildet ist, als ein zweiter Axialspalt zwischen der Reiboberfläche der Bremsscheibe und einer Innenkante des zweiten Bremsstaubpartikelfilters. In Bezug auf den Axialspalt ist mit „Innenkante“ der Bremsstaubpartikelfilter, insbesondere eine der Bremsscheibe zugewandte radial verlaufende Innenkante, gemeint.
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Der kleinere Axialspalt des Bremsstaubpartikelfilters dient dem „Abschaben“ der Bremsstaubpartikel, die in der Nähe der Oberfläche der Bremsscheibe durch deren Rotationsbewegung mittransportiert werden. So kann eine effiziente Abscheidung einer ersten Menge an Bremsstaubpartikeln in dem Bremsstaubpartikelfilter erfolgen. Die verbleibenden Bremsstaubpartikel werden sodann spätestens an dem Bremssattel abgeschieden oder in der Scheibenbremsenanordnung verwirbelt. Diese Bremsstaubpartikel sollen dann in den zweiten Bremsstaubpartikelfilter gelangen. Hierzu ist der größere Axialspalt an dem zweiten Bremsstaubpartikelfilter vorgesehen. Er dient als Eintrittsöffnung für nach dem Bremsstaubpartikelfilter nicht herausgefilterte verbleibende Bremsstaubpartikel.
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Auch ist bevorzugt, dass der Bremsstaubpartikelfilter und/oder der zweite Bremsstaubpartikelfilter eine Außenseite des Bremssattels, insbesondere eine Umfangs-Außenseite des Bremssattels, zumindest teilweise, insbesondere in der Umfangsrichtung der Bremsscheibe, überdeckt.
In diesem Bereich liegen häufig Öffnungen zur Kühlluftzufuhr und/oder zum Service (Entnahme der Bremsbeläge). In diesem Bereich soll vorzugsweise keine ungefilterte Abströmung der bremsstaubpartikelbeladenen Luft auftreten. Diese „verunreinigte“ Luft soll daher zunächst durch den Bremsstaubpartikelfilter und/oder den zweiten Bremsstaubpartikelfilter gefiltert werden, bevor sie in die Umgebung der Scheibenbremsenanordnug abströmt.
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Ebenso ist vorteilhaft, dass der Bremsstaubpartikelfilter und/oder der zweite Bremsstaubpartikelfilter in seiner Position relativ zu dem Bremssattel ortsfest angeordnet und/oder an dem Bremssattel befestigt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann der Bremsstaubpartikelfilter und/oder der zweite Bremsstaubpartikelfilter auch in seiner Position relativ zu einem Radlagergehäuse und/oder einem Spritzschutz eines Fahrzeugs angeordnet und/oder an dem Radlagergehäuse und/oder dem Spritzschutz des Fahrzeugs befestigt sein. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass der Bremsstaubpartikelfilter und/oder der zweite Bremsstaubpartikelfilter an denselben Befestigungspunkten mit dem Radlagergehäuse verbunden werden kann wie auch der Bremssattel. Dabei sollte jedoch die sicherheitskritische Verschraubung des Bremssattel(halter)s mit dem Radlagergehäuse nicht beeinflusst werden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die in dieser Verschraubung eingesetzten Schrauben im Bereich ihres Schraubenkopfs ein Sacklochgewinde aufweisen, so dass der Bremsstaubpartikelfilter und/oder der zweite Bremsstaubpartikelfilter mit den Schrauben verbindbar ist.
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Schließlich ist bevorzugt, dass der Bremsstaubpartikelfilter und/oder der zweite Bremsstaubpartikelfilter ein Filtermedium aus einem Metall, einem Metallfaservlies, Glas, Keramik und/oder einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff, insbesondere Polyetheretherketon, aufweist und vorzugsweise bei einer Temperatur von mehr als 600 °C beständig ist.
Die Temperaturen in unmittelbarer Umgebung der Scheibenbremsenanordnung können 600 °C und mehr erreichen. Das Filtermedium muss diesen Temperaturen widerstehen können und ist daher vorzugsweise aus den genannten Materialien gebildet. Auch das Gehäuse des Bremsstaubpartikelfilters und des zweiten Bremsstaubpartikelfilters soll vorzugsweise über eine hinreichende Temperaturbeständigkeit verfügen. Zu diesem Zweck kann es aus einem Metallblech, bevorzugt Stahlblech, gebildet sein. Neben der hervorragenden Temperaturbeständigkeit bietet Stahlblech den weiteren Vorteil, dass das (zweite) Gehäuse durch einen einfachen Umformprozess erhalten werden kann, beispielsweise durch Tiefziehen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, Beschreibung und Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:
- 1 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Scheibenbremsenanordnung;
- 2 eine isometrische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Scheibenbremsenanordnung;
- 3 eine isometrische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Scheibenbremsenanordnung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt eine Scheibenbremsenanordnung 1. Die Scheibenbremsenanordnung 1 weist eine Bremsscheibe 2 und einen Bremssattel 3 auf. In einer Rotationsrichtung R nach dem Bremssattel 3 ist ein Bremsstaubpartikelfilter 4 angeordnet, der ein Gehäuse 6 aufweist. Der Rotationsrichtung R folgend, ist vor dem Bremssattel 3 ein zweiter Bremsstaubpartikelfilter 5 angeordnet, der ein zweites Gehäuse 7 aufweist. Der Bremsstaubpartikelfilter 4 beziehungsweise das Gehäuse 6 lässt zwischen einem Außenumfang der Bremsscheibe 2 einen Radialspalt 8 frei. Der zweite Bremsstaubpartikelfilter 5 beziehungsweise das Gehäuse 7 lässt zwischen dem Außenumfang der Bremsscheibe 2 einen zweiten Radialspalt 9 frei. Weiterhin ist zwischen den beiden Reiboberflächen der Bremsscheibe 2 und dem Bremsstaubpartikelfilter 4 beziehungsweise dem Gehäuse 6 ein Axialspalt 10 vorgesehen. Zwischen den beiden Reiboberflächen der Bremsscheibe 2 und dem zweiten Bremsstaubpartikelfilter 5 beziehungsweise dem zweiten Gehäuse 7 ist ein zweiter Axialspalt 11 vorgesehen.
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Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Scheibenbremsenanordnung 1 wird nun anhand von 2 wie folgt beschrieben. Bei einem Bremsvorgang wird ein Bremsklotz mit einem Bremsbelag bzw. Reibbelag in dem Bremssattel 3 an die Bremsscheibe 2 gepresst. Dabei kommt es zu einem Abrieb an dem Bremsbelag, der in Form von Bremsstaubpartikeln freigesetzt wird. Diese Bremsstaubpartikel sind schädlich für die Umwelt und für Menschen, da sie in die Lunge gelangen können, und sollten daher die Scheibenbremsenanordnung 1 nach Möglichkeit nicht verlassen.
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Das Gehäuse 6 des Bremsstaubpartikelfilters 4 ist daher in einer Umfangsrichtung der Bremsscheibe 2 bündig und teilweise überlappend mit dem Bremssattel 3 angeordnet. Das Gehäuse 6 haust die Bremsscheibe 2 zumindest teilweise ringsegmentförmig ein. Die aus dem Bremssattel 3 austretenden Bremsstaubpartikel können also direkt in dem Bremsstaubpartikelfilter 4 abgeschieden werden. Die abgeschiedenen Bremsstaubpartikel werden in einem Filtermedium gesammelt. Der ringsegmentförmige Bremsstaubpartikelfilter 4 weist einen Ringsegmentwinkel a auf, der vorzugsweise größer als 90° ausgebildet ist. Der Bremsstaubpartikelfilter 4 deckt einen möglichst großen Ringsegmentwinkel a ab, um eine möglichst hohe Filtrationseffizienz zu erzielen. Dabei werden die in der Umgebungsluft der Bremsscheibe 2 „mitgezogenen“ Bremsstaubpartikel durch den verhältnismäßig klein ausgebildeten Radialspalt 8 und die ebenso verhältnismäßig klein ausgebildeten Axialspalte 10 gleichsam von der Bremsscheibe 2 „abgeschabt“.
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Allerdings können nicht sämtliche Bremsstaubpartikel mittels des Bremsstaubpartikelfilters 4 abgeschieden werden. Eine geringe Menge an Bremsstaubpartikeln wird durch die Bremsscheibe 2 in der Rotationsrichtung R mittransportiert und verlässt so den Bremsstaubpartikelfilter 4 an seinem dem Bremssattel 3 abgewandten Umfangsende. Diese Bremsstaubpartikel werden nun weiter mit dem Luftstrom oder unmittelbar auf der Bremsscheibe 2 in der Rotationsrichtung R auf den zweiten Bremsstaubpartikelfilter 5 zu transportiert. Sie werden dann spätestens an dem Bremssattel 3 von der Bremsscheibe 2 abgeschieden. Hier werden diese Bremsstaubpartikel dann von dem zweiten Bremsstaubpartikelfilter 5 aufgefangen. Hierzu ist der zweite Bremsstaubpartikelfilter 5 zum einen in einer Umfangsrichtung mit dem Bremssattel 3 überlappend und an diesen bündig anschließend ausgebildet. Zum anderen weist er jedoch auch im Vergleich mit dem Bremsstaubpartikelfilter 4 einen größeren Radialspalt 9 und größere Axialspalte 11 auf. Hierdurch wird den Bremsstaubpartikeln der Eintritt in den zweiten Bremsstaubpartikelfilter 5 erleichtert. Insgesamt ist dabei der zweite Bremsstaubpartikelfilter 5 unter einem kleineren Ringsegmentwinkel b ausgebildet als der Bremsstaubpartikelfilter 4. Dabei ist zu beachten, dass bei der Wahl der Ringsegmentwinkel a, b für die Bremsstaubpartikelfilter 4, 5 ein Zielkonfilkt zwischen dem Anteil an abzuscheidenden Bremsstaubpartikeln sowie der der Scheibenbremsenanordnung 1 zur Verfügung stellbaren Kühlleistung zu lösen ist.
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In 3 ist insbesondere noch einmal der Größenunterschied zwischen dem Radialspalt 8 und dem zweiten Radialspalt 9 sowie dem Axialspalt 10 und dem zweiten Axialspalt 11 deutlich zu erkennen.
