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Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, aufweisend eine Bremsscheibe mit einem Bremsentopf und einem Reibring, der in einem Einbauzustand von Außenluft umgeben ist, und einen Radträger zur Halterung einer Rad-Reifen-Kombination, wobei die Bremsscheibe mit dem Bremsentopf an dem Radträger befestigbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Scheibenbremsenkühlvorrichtung mit einer derartigen Bremsvorrichtung gemäß dem Anspruch 3.
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Es ist im Stand der Technik bekannt, Brennkraftmaschinen in stationären Anwendungen einzusetzen, um Fluide zu erwärmen, die in verfahrenstechnischen Prozessen benötigt werden. Zur Erwärmung der Fluide werden üblicherweise Wärmetauscher verwendet.
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Auf Ölfeldern werden häufig Wärmequellen zur Erzeugung von Dampf oder Wärmefracking-Fluiden benötigt. Dabei kommen sowohl Wärmequellen mit Flammen als auch flammenlose Wärmequellen zum Einsatz, die einen Verbrennungsmotor beinhalten können.
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Beispielsweise beschreibt die
US 7,614,367 B1 ein System und ein Verfahren zum flammenlosen Erhitzen, Konzentrieren oder Verdampfen eines Fluids durch Umwandeln von kinetischer Rotationsenergie in Wärme, indem das Fluid in einem Heizsubsystem mit einer rotierenden Heizeinrichtung wie einem Wasserbremsendynamometer, erwärmt und dann das gesamte Fluid oder ein Teil des Fluids in einem Verdampfungssubsystem verdampft und/oder das Fluid in einem Konzentrationssubsystem konzentriert wird.
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Das Verfahren enthält die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Antriebsmaschine, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, die angepasst ist, um kinetische Rotationsenergie und thermische Energie zu erzeugen; Koppeln eines Dynamometers mit der Antriebsmaschine, so dass kinetische Rotationsenergie auf das Dynamometer übertragen wird; Zirkulieren eines ersten Fluids durch das Dynamometer, um dem Fluid Wärmeenergie zu übermitteln; Zirkulieren des ersten Fluids durch mindestens einen Wärmetauscher, der angepasst ist, um Wärmeenergie der Antriebsmaschine auf das Fluid zu übertragen; Zirkulieren des Fluids durch mindestens einen zweiten Wärmetauscher; Leiten eines zweiten Fluids durch den mindestens zweiten Wärmetauscher, um Wärmeenergie von dem ersten Fluid auf das zweite Fluid zu übertragen, wodurch das zweite Fluid erwärmt wird; Trennen des zweiten Fluids in seine Dampf- und Flüssigkeitsphase; Bereitstellen eines Aufnahmetanks, der angepasst ist, um die Flüssigkeits- und Dampfphase des zweiten Fluids aufzunehmen; Vorsehen eines Fluid-Luft-Kondensators in Fluidverbindung mit dem Tank zum Kondensieren eines Teils des zweiten Fluiddampfes durch Leiten von Luft durch den Kondensator, um Wärmeenergie von dem Dampf auf die Luft zu übertragen; und Bereitstellen einer Verdampfungskammer in Fluidverbindung mit dem Tank zum Verdampfen eines Teils der zweiten Fluidflüssigkeit mit der erwärmten Luft.
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Aus dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, den Kraftstoffverbrauch von Brennkraftmaschinen wie etwa Verbrennungsmotoren insbesondere bei einem Kaltstart zu verringern, indem die Brennkraftmaschine und weitere Komponenten eines Antriebstranges in möglichst kurzer Zeit oder sogar schon vor Inbetriebnahme auf ihre jeweilige Betriebstemperatur gebracht werden. Dazu sind sowohl Lösungen vorgeschlagen worden, die von der Brennkraftmaschine selbst erzeugte Abwärme nutzen, als auch solche Lösungen, bei denen von außen zusätzliche Energie zugeführt wird. Die rasche bzw. vorzeitige Erwärmung von Betriebs- und Schmierstoffen des Antriebstranges führen zu geringeren Reibungsverlusten und/oder erhöhtem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine.
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Die im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen sind an die jeweilige Ausgestaltung der Brennkraftmaschine angepasst.
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So beschreibt etwa die
US 2012 0125278 A1 ein stationäres Verfahren zum Erwärmen von Motor- und/oder Getriebeöl eines Hybridfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, wobei das Motor- und/oder das Getriebeöl mittels der Abwärme eines Ladegerätes für wenigstens eine Batterie und/oder der Abwärme der wenigstens einen Batterie erwärmt wird. Während des Aufladens der Batterie fällt dabei am Ladegerät und an der Batterie Abwärme an. Die Abwärme am Ladegerät liegt dabei im Bereich von einigen 100 Watt bis zu mehreren kW, je nachdem wie schnell die Batterie aufgeladen wird. Dabei kann ein Zwischen-Fluidkreislauf thermisch mittels eines Wärmetauschers mit dem Ladegerät und der Batterie als Wärmequellen gekoppelt sein. Dadurch kann die Abwärme des Ladegerätes und der Batterie auf Kühlflüssigkeit des Zwischen-Fluidkreislaufes übertragen werden.
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An einen M-Wärmetauscher kann ein Fluidkreislauf mit Motoröl angeschlossen sein. Der Fluidkreislauf mit dem Motoröl wird von einer Umwälzpumpe umgewälzt. Dadurch kann die Wärme in der Kühlflüssigkeit des Zwischen-Fluidkreislaufes auf das Motoröl mittels des M-Wärmetauschers übertragen werden. In analoger Weise kann der Zwischen-Fluidkreislauf auch an einen G-Wärmetauscher angeschlossen sein. Ein weiterer Fluidkreislauf mit Getriebeöl, der von einer Umwälzpumpe umgewälzt wird, kann somit durch den G-Wärmetauscher strömen. An dem G-Wärmetauscher kann somit Wärme von dem Kühlmittel des Zwischen-Fluidkreislaufes auf das Getriebeöl übertragen werden zur Erwärmung des Getriebeöles.
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Die
DE 103 32 497 A1 stellt ein Verfahren bereit zur Verkürzung der Warmlaufphase eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor, mindestens einem Getriebe sowie zugeordneten Ölkreisläufen und mit einem elektrischen Bordnetz, bestehend aus Starter, Generator und Speicher. In dem Verfahren werden die Ölkreisläufe mit dem Bordnetz entnommener elektrischer Energie beheizt.
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Die elektrische Energie zur Beheizung kann beispielsweise nur während einer Schub- oder Bremsphase des Kraftfahrzeuges aus dem Bordnetz entnommen werden. Damit erreicht man den Vorteil, dass dem Bordnetz keine zusätzliche Energie entnommen wird, die durch eine Erhöhung der Motorleistung kompensiert werden müsste. Derselbe Vorteil kann erreicht werden, wenn die elektrische Energie zur Beheizung nur bei voller oder „übervoller“ Batterie entnommen wird.
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In dem Fachartikel von Debbie Sniderman „Using Waste Engine Heat in Automobile Engines“ (verfügbar unter https://www.asme.org/topics-resources/content/using-waste-engine-heat-in-automobile-engines), 29. Mai 2012, ist beschrieben, wie in einem Verbrennungsmotor Antriebsöle schnell erwärmt und ohne zusätzliche Hydraulikleistung bei einer etwas höheren Temperatur betrieben werden können. Dabei wurde festgestellt, dass die Nutzung der Abwärme mit einer optimalen Regelung konstant höhere Öltemperaturen und deutlich kürzere Aufwärmzeiten liefert. Dies führte zu Kraftstoffeinsparungen von fast 4% im Vergleich zu herkömmlichen Wärmemanagementstrategien. Die größten Effizienzgewinne treten beim Heizen von Öl nach einem Kaltstart auf, und ungefähr die Hälfte der Verbesserung stammt vom Antriebsstrang und von der Getriebeseite.
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Ferner ist aus der
US 7,077,776 B2 ein Wärmetauscher bekannt, der in die Getriebeölwanne integriert ist, und Wärme von Abgasen stromabwärts des Katalysators auf das Getriebeöl überträgt. Einlass- und Auslasskanäle leiten das Abgas zwischen dem Wärmetauscher und einem Abgasrohr, das sich stromabwärts des Katalysators befindet. Das Auspuffrohr enthält ein Steuerventil, das den Abgasstrom während der Aufwärmphase zum Wärmetauscher oder während des stationären Betriebs zum Auspuffrohr umleitet. Eine Steuerfunktion ist vorgesehen, um die Getriebeöltemperatur und die Motorbetriebsbedingungen zu überwachen und die Betätigung des Ventils zu steuern. Der Haupteingangsparameter für die Steuerfunktion ist die Getriebeöltemperatur.
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Getriebefluid kann im Getriebe in einem Hydrauliksystem unter dem von einer Hydraulikpumpe erzeugten Druck zirkulieren, vom Gehäuse zu einem externen Ölkühler fließen, der dem Fluid Wärme entzieht, und vom Kühler zur Ölwanne zurückkehren. Die Wärme des Getriebefluids kann im Kühler hauptsächlich durch Konvektion mit Luft ausgetauscht werden, die mit hoher Geschwindigkeit zwischen Rippen strömt, die von den Leitungen ausgehen, die das Fluid durch den Kühler befördern, und durch Leitung zum umgebenden Fluid.
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Die
US 9,174,612 B2 schlägt für den speziellen Fall einer Ölbadbremse eine Lösung vor, die ein Fahrzeugverfahren mit den folgenden Schritte beinhaltet: ein Erwärmen eines Fluids mit kinetischer Fahrzeugenergie durch Betätigen einer Ölbadbremse (Viskobremse) über ein Ventil, das durch eine Steuerung mit nichtflüchtigen Anweisungen, die in einem Speicher gespeichert sind, ohne ein Betätigen von Reibungsbremsen eingestellt ist, in Reaktion auf eine Fahrzeugbremsanforderung unterhalb eines Schwellenwertes und einer Antriebstemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur; ein Betätigen der Fahrzeugreibungsbremsen, wenn die Fahrzeugbremsanforderung größer als der Schwellenwert ist; und ein Zuleiten des erhitzten Fluids zu einer Antriebsstrangkomponente. Die Ölbadbremse kann eine Nasskupplung beinhalten. Die Nasskupplung kann dazu vorgesehen sein, Antriebsstrang-, Motor- und/oder Getriebeschmieröl zu erwärmen. Die Nasskupplung kann durch ein Fluid geschmiert werden, und wenn die Nasskupplung betätigt wird, um die Drehung der Achse zu reduzieren, kann die Nasskupplung das Schmierfluid scheren, wodurch das Fluid erwärmt wird. Demnach fungiert die Nasskupplung als ein Ölbadbrems- und Fluiderwärmungsmechanismus. Das durch die Nasskupplung erwärmte Schmierfluid kann zu einem Wärmetauscher geleitet werden. Der Wärmetauscher kann Wärme vom erwärmten Fluid auf andere Antriebsstrang- oder Kraftübertragungskomponenten übertragen. Zum Beispiel kann der Wärmetauscher Getriebefluid, das zum Schmieren des Getriebes verwendet wird, Differenzialfluid des Differenzials und/oder Schmieröl erwärmen, das zu anderen Antriebsstrangkomponenten geleitet wird. In einigen Ausführungsformen kann das Fluid von der Nasskupplung stromabwärts gelegene Antriebsstrangkomponenten ohne einen zwischengeschalteten Wärmetauscher direkt erwärmen.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet das Gebiet der Verringerung eines Kraftstoffverbrauchs bzw. eines Energieverbrauchs einer Kraftmaschine insbesondere bei Kaltstart durch Erwärmen von Komponenten des Antriebstranges noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zumindest zum Erwärmen zumindest einer Komponente eines Antriebstranges eines Kraftfahrzeugs, beinhaltend zumindest eine Kraftmaschine und ein Getriebe, bereitzustellen, die ohne eine von außerhalb des Kraftfahrzeugs zugeführte Energie auskommt und mit der auf eine Entnahme von Wärmeenergie aus einem Kühlmittelsystem der Kraftmaschine und auf eine Entnahme von elektrischer Energie aus einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs verzichtet werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Bremsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch eine Scheibenbremsenkühlvorrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 3 gelöst.
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Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die abhängigen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs beinhaltet eine Bremsscheibe mit einem Bremsentopf und einem Reibring, der in einem Einbauzustand von Außenluft umgeben ist, sowie einen Radträger zur Halterung einer Rad-Reifen-Kombination, wobei die Bremsscheibe mit dem Bremsentopf an dem Radträger befestigbar ist. Dabei weist die Bremsscheibe zumindest einen vollständig in einem Inneren der Bremsscheibe verlaufenden Kanal zur Führung einer Kühlflüssigkeit mit zumindest einer Einlassöffnung und zumindest einer Auslassöffnung auf. Zudem weist der Radträger zumindest zwei separate Kanäle auf, die zwischen einer Stirnseite des Radträgers und einem Außenumfang des Radträgers fluidtechnische Verbindungen bereitstellen, wobei im Einbauzustand jeweils einer der Kanäle mit der zumindest einen Einlassöffnung bzw. der zumindest einen Auslassöffnung in fluidtechnischer Verbindung steht.
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Unter einem „Kraftfahrzeug“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Sattelschlepper oder ein Kraftomnibus verstanden werden.
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Es ist eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, dass in Kraftfahrzeugen die größten momentanen Leistungsumsätze in den Bremssystemen stattfinden, die durch die vorgeschlagene Bremsvorrichtung zumindest zum Erwärmen zumindest einer Komponente eines Antriebstranges eines Kraftfahrzeugs genutzt werden können. Die beim Bremsvorgang entstehende Wärmeenergie, die in konventionellen Bremsvorrichtungen an vorbeiströmende Luft abgegeben wird und somit verloren ist, kann mittels der vorgeschlagenen Bremsvorrichtung am Ort ihrer Entstehung, nämlich an dem Reibring der Bremsscheibe, abgeführt und an einem von Enden der zwei Kanäle am Außenumfang des Radträgers bereitgestellt werden. Bekanntermaßen können beim Bremsvorgang an der Bremsscheibe Temperaturen von mehreren 100°C entstehen, so dass das Temperaturniveau der beim Bremsvorgang entstehenden Wärmeenergie für eine effektive Übertragung ausreichend sein kann. Das Erwärmen zumindest einer Komponente eines Antriebstranges eines Kraftfahrzeugs kann auf diese Weise ohne jegliche von außerhalb des Kraftfahrzeugs zugeführte Energie erfolgen und ist auch nicht auf eine Entnahme elektrischer Energie aus einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs angewiesen.
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Als Nebeneffekt kann die betreffende Bremsscheibe durch das Abführen der beim Bremsvorgang entstehenden Wärmeenergie wirksamer als durch die konventionelle Luftkühlung gekühlt werden, wodurch sich Möglichkeiten einer kompakteren Auslegung des Scheibenbremssystems eröffnen können.
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Bevorzugt weist die Bremsscheibe eine Vielzahl von vollständig im Inneren der Bremsscheibe verlaufenden Kanälen zur Führung der Kühlflüssigkeit mit jeweils zumindest einer Einlassöffnung und zumindest einer Auslassöffnung auf. Ferner ist der Radträger an einer Stirnseite mit zwei umfänglich verlaufende Rillen ausgestattet, die im Einbauzustand einerseits mit der Vielzahl von Kanälen und andererseits mit den zumindest zwei separaten Kanälen des Radträgers in fluidtechnischer Verbindung stehen. Unter dem Begriff „Vielzahl“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Anzahl von zumindest zwei verstanden werden. Auf diese Weise kann die beim Bremsvorgang in der Bremsscheibe entstehende Wärmeenergie besonders gleichmäßig und vollständig abgeführt und an einem der Enden der zwei Kanäle am Außenumfang des Radträgers bereitgestellt werden.
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Bevorzugt sind die Kanäle in einer Umfangsrichtung der Bremsscheibe gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Weiterhin bevorzugt beträgt eine Anzahl der Vielzahl von Kanälen zwischen zwei und zehn, wodurch ein günstiger Kompromiss zwischen einem geräte- und herstellungsmäßigen Aufwand und einer gleichmäßigen Abführung der Wärmeenergie von der Bremsscheibe erreicht werden kann.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Scheibenbremsenkühlvorrichtung eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Die Scheibenbremsenkühlvorrichtung ist mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung ausgestattet und weist ferner eine Dichtungseinheit mit zwei voneinander getrennten Dichtungskammern auf. Die Dichtungseinheit ist in abdichtender Weise an dem Außenumfang des Radträgers am Ort der fluidtechnischen Verbindungen zu deren fluidtechnischen Trennung anordenbar. Weiterhin weist die Dichtungseinheit zumindest zwei fluidtechnische Anschlüsse zur Zu- und Abführung der Kühlflüssigkeit auf, die jeweils mit einer der Dichtungskammern in fluidtechnischer Verbindung stehen. Dadurch kann auf konstruktiv einfache Weise bei einem bewegten Radträger Kühlflüssigkeit zur Bremsscheibe zugeführt und, getrennt davon, die erwärmte Kühlflüssigkeit von der Bremsscheibe abgeführt werden.
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Die vorgeschlagene Scheibenbremsenkühlvorrichtung kann vorteilhaft in Kraftfahrzeugen Anwendung finden, deren Antriebstrang zumindest eine Kraftmaschine beinhaltet, die als Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) oder als Elektromotor ausgebildet ist, womit auch Hybrid-Elektrofahrzeuge („Hybrid Electric Vehicle“, HEV)) und Elektroautos („Battery Electric Vehicle“, BEV) eingeschlossen sind.
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In bevorzugten Ausführungsformen beinhaltet die Scheibenbremsenkühlvorrichtung eine Kühlmittelpumpe, eine fluidtechnische Verbindung zwischen der Kühlmittelpumpe und einer der fluidtechnischen Anschlüssen der Dichtungseinheit und eine zumindest wärmeübertragende Verbindung zu einem Schmierölkreislauf und/oder zu einem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs. Dabei ist die Kühlmittelpumpe dazu vorgesehen, Kühlflüssigkeit durch den zumindest einen im Inneren der Bremsscheibe verlaufenden Kanal bzw. durch die Vielzahl der Kanäle, die zumindest zwei separaten Kanäle des Radträgers und die eine zumindest wärmeübertragende Verbindung zu fördern. Unter dem Begriff „dazu vorgesehen“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere speziell dafür ausgelegt oder angeordnet verstanden werden.
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Auf diese Weise kann die an einem der Enden der zwei Kanäle am Außenumfang des Radträgers bereitgestellte Wärmeenergie zumindest einer Komponente eines Antriebstranges eines Kraftfahrzeugs zugeführt werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Scheibenbremsenkühlvorrichtung ist die Kühlflüssigkeit von Schmieröl gebildet. Ferner ist die eine zumindest wärmeübertragende Verbindung als fluidtechnische Verbindung zum Schmierölkreislauf des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Durch die Wärmeübertragung, die mittels Stoffübertragung in Form des Schmieröls erfolgt, können auf konstruktiv besonders einfache Weise während des Betriebs und insbesondere bei einem Kaltstart der Kraftmaschine des Kraftfahrzeugs Reibungsverluste aufgrund einer hohen Viskosität des Schmieröls wesentlich reduziert und somit ein Kraftstoffverbrauch bzw. ein Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs reduziert werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Scheibenbremsenkühlvorrichtung ist die Kühlflüssigkeit von Getriebeöl gebildet. Ferner ist die eine zumindest wärmeübertragende Verbindung als fluidtechnische Verbindung zu einem Getriebegehäuse des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Durch die Wärmeübertragung, die mittels Stoffübertragung in Form des Getriebeöls erfolgt, können auf konstruktiv besonders einfache Weise während des Betriebs und insbesondere bei einem Kaltstart der Kraftmaschine des Kraftfahrzeugs Reibungsverluste aufgrund einer hohen Viskosität des Getriebeöls wesentlich reduziert und somit ein Kraftstoffverbrauch bzw. ein Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs reduziert werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Scheibenbremsenkühlvorrichtung ist die Kühlflüssigkeit von einem Hochtemperatur-Kühlmittel oder von Schmieröl gebildet. Ferner ist die eine zumindest wärmeübertragende Verbindung als Hochtemperaturseite eines Wärmetauschers mit indirekter Wärmeübertragung, d.h. ohne Stoffaustausch, ausgebildet. Auf diese Weise kann eine Übertragung der Wärmeenergie aus der Bremsscheibe während des Betriebs und insbesondere bei einem Kaltstart der Kraftmaschine des Kraftfahrzeugs auch auf Fluide übertragen werden, die zu dem bei der Abführung der Wärmeenergie aus der Bremsscheibe verwendeten Hochtemperatur-Kühlmittel oder Schmieröl stofffremd sind.
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Hochtemperatur-Kühlmittel sind kommerziell erhältlich und dem Fachmann auch unter den Bezeichnungen Wärmeträgeröl oder Thermoöl geläufig. Sie können beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, auf Silikonölbasis hergestellt sein.
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Wenn die Kühlflüssigkeit von einem Hochtemperatur-Kühlmittel gebildet und eine Niedertemperaturseite des Wärmetauschers mit dem Schmierölkreislauf des Kraftfahrzeugs mit einer fluidtechnischen Verbindung verbindbar ist, können zur Abführung der Wärmeenergie aus der Bremsscheibe anstelle von Schmieröl vorteilhaft Kühlflüssigkeiten eingesetzt werden, deren thermische Eigenschaften hinsichtlich einer Wärmeübertragung bei den zu erwartenden Temperaturen denen von Schmieröl überlegen sind.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Scheibenbremsenkühlvorrichtung ist die Kühlflüssigkeit von einem Hochtemperatur-Kühlmittel oder von Schmieröl gebildet. Ferner ist eine Niedertemperaturseite des Wärmetauschers mit dem Getriebegehäuse des Kraftfahrzeugs mit einer fluidtechnischen Verbindung verbindbar. Auf diese Weise können zur Abführung der Wärmeenergie aus der Bremsscheibe anstelle von Getriebeöls vorteilhaft Kühlflüssigkeiten eingesetzt werden, deren thermische Eigenschaften hinsichtlich einer Wärmeübertragung bei den zu erwartenden Temperaturen denen von Getriebeöl überlegen sind.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Scheibenbremsenkühlvorrichtung ist die Kühlflüssigkeit von einem Hochtemperatur-Kühlmittel oder von Schmieröl gebildet. Ferner ist eine Niedertemperaturseite des Wärmetauschers mit dem Kühlkreislauf einer Kraftmaschine des Kraftfahrzeugs mit einer fluidtechnischen Verbindung verbindbar. Auf diese Weise kann auf konstruktiv einfache Weise die Dauer einer Kaltstartphase einer Kraftmaschine des Kraftfahrzeugs verkürzt und die Kraftmaschine oft eine optimale Betriebstemperatur gebracht werden, wodurch ein Kraftstoffverbrauch bzw. ein Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs reduziert werden kann.
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Es ist anzumerken, dass es im Rahmen der Erfindung ebenfalls angedacht ist, dass die Niedertemperaturseite des Wärmetauschers mehrere, stofflich voneinander getrennte Bereiche aufweist, die mit unterschiedlichen Komponenten des Antriebsstranges verbindbar sind. Beispielsweise kann ein Bereich der Niedertemperaturseite Schmieröl enthalten und mit dem Schmierölkreislauf des Kraftfahrzeugs mit einer fluidtechnischen Verbindung verbindbar sein, und ein anderer, stofflich getrennter Bereich der Niedertemperaturseite kann Hochtemperatur-Kühlmittel enthalten und mit dem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs mit einer fluidtechnischen Verbindung verbindbar sein.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Scheibenbremsenkühlvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs in einem Einbauzustand in einer geschnittenen, seitlichen Teilansicht,
- 2 ein Blockschaltbild der Scheibenbremsenkühlvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung gemäß der 1,
- 3 ein Blockschaltbild einer alternativen Ausführungsform einer Scheibenbremsenkühlvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung gemäß der 1,
- 4 ein Blockschaltbild einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Scheibenbremsenkühlvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung gemäß der 1, und
- 5 ein Blockschaltbild einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Scheibenbremsenkühlvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung gemäß der 1.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer Scheibenbremsenkühlvorrichtung 10 mit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 12 eines Kraftfahrzeugs in einem Einbauzustand in einer geschnittenen, seitlichen Teilansicht. Die Bremsvorrichtung 12 ist im Bereich des linken Hinterrades des Kraftfahrzeugs montiert, das als Personenkraftwagen (nicht dargestellt) ausgebildet ist und beispielsweise eine von einer Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) gebildete Kraftmaschine aufweisen kann. Die 1 zeigt einen Teil der Bremsvorrichtung 12, der sich oberhalb einer Hinterachslinie 72 des Kraftfahrzeugs befindet. Eine spiegelbildliche Ausführung der Bremsvorrichtung 12 (nicht dargestellt) ist im Bereich des rechten Hinterrades montiert. Selbstverständlich kann die Bremsvorrichtung auch an den Vorderrädern, also zusätzlich zu der Bremsvorrichtung an den Hinterrädern oder alleinig, vorgesehen sein. Im Folgenden wird auf die dargestellte Bremsvorrichtung eingegangen, wobei diese Beschreibung in analoger Weise auf die Ausgestaltung für die Bremsvorrichtung an den Vorderrädern sowie des rechten Hinterrades übertragbar ist.
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Die Bremsvorrichtung 12 beinhaltet eine Bremsscheibe 14 mit einem Bremsentopf 16 und einem Reibring 18, der in dem dargestellten Einbauzustand von Außenluft umgeben ist. Aus Übersichtsgründen ist der üblicherweise vorhandene Bremssattel mit den zu beiden Seiten des Reibrings 18 angeordneten und an dessen kreisringförmigen Reibflächen anpressbaren Bremsbelägen in der 1 weggelassen.
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In horizontaler Richtung und quer zu einer Fahrzeuglängsachse, die in der 1 senkrecht auf der Zeichenebene steht, erstreckt sich ein Radträger 26, der zur Halterung einer Rad-Reifen-Kombination (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Die Bremsscheibe 14 ist in an sich bekannter Weise mit dem Bremsentopf 16 mittels nicht dargestellter Schraubverbindungen an einer Stirnseite 28 des Radträgers 26 befestigt.
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Die Bremsscheibe 14 weist eine Vielzahl von vollständig im Inneren der Bremsscheibe 14 verlaufenden Kanälen 20 zur Führung einer Kühlflüssigkeit 52 mit jeweils zumindest einer Einlassöffnung 22 und zumindest einer Auslassöffnung 24 auf. Jeder der Kanäle 20 führt von der betreffenden Einlassöffnung 22, die in einem zentralen Bereich des Bremsentopfs 16 auf einer dem Radträger 26 zugewandten Seite angeordnet ist, abwechselnd in radialer bzw. axialer Richtung und parallel zu einer Außenfläche des Bremsentopfs 16 bis in den Reibring 18 und, parallel und beabstandet zu diesem Weg, wieder zurück zu dem zentralen Bereich des Bremsentopfs 16, wo der betreffende Kanal 20 an der Auslassöffnung 24 endet, die in radialer Richtung weiter von der Hinterachslinie 72 beabstandet ist als die Einlassöffnung 22. In anderen Ausführungsformen können die Positionen von Einlass- und Auslassöffnung vertauscht sein.
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Beispielsweise können sechs Kanäle 20 vorgesehen sein, wobei die sechs Kanäle 20 in einer Umfangsrichtung der Bremsscheibe 14 gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sein können, und wobei einer der Kanäle 20 in der Zeichenebene der 1 liegt.
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Der Radträger 26 ist an seinem Außenumfang 30 mittels eines Wälzlagers 70, das wie in der 1 dargestellt als doppelreihiges Kugellager ausgeführt sein kann, an einem Achszapfen 68 der Hinterachse gelagert, so dass die Rad-Reifen-Kombination mit dem Radträger 26 und der daran befestigten Bremsscheibe 14 um die Hinterachslinie 72 rotieren kann.
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Der Radträger 26 ist an der Stirnseite 28 mit zwei umfänglich verlaufenden, konzentrischen, radial voneinander beabstandeten Rillen mit gleichmäßiger Tiefe ausgestattet (nicht dargestellt). Des Weiteren weist der Radträger 26 zwei separate Kanäle 32, 34 auf, die an der Stirnseite 28 des Radträgers 26 zwischen jeweils einer der Rillen und dem Außenumfang 30 des Radträgers 26 eine fluidtechnische Verbindung bereitstellen. In dem in der 1 gezeigten Einbauzustand steht jede der beiden Rillen einerseits mit der Vielzahl von Kanälen 20 in der Bremsscheibe 14 und andererseits mit einem der zwei separaten Kanäle 32, 34 des Radträgers 26 in fluidtechnischer Verbindung.
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Die Scheibenbremsenkühlvorrichtung 10 ist mit einer Dichtungseinheit 36 ausgestattet, die zwei voneinander getrennte Dichtungskammern 38, 40 aufweist. Die Dichtungseinheit 36 ist in abdichtender Weise an dem Außenumfang 30 des Radträgers 26 am Ort der fluidtechnischen Verbindungen derart zu deren fluidtechnischen Trennung angeordnet, dass je eine der fluidtechnischen Verbindungen am Außenumfang 30 des Radträgers 26 in eine der Dichtungskammern 38, 40 mündet. Die Dichtungseinheit 36 weist zwei fluidtechnische Anschlüsse 42, 44 zur Zu- und Abführung der Kühlflüssigkeit 52 auf. Die beiden fluidtechnischen Anschlüsse 42, 44 stehen jeweils mit einer der Dichtungskammern 38, 40 in fluidtechnischer Verbindung.
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2 zeigt ein Blockschaltbild der Scheibenbremsenkühlvorrichtung 10 mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 12 gemäß der 1. Die Scheibenbremsenkühlvorrichtung 10 ist mit einer Kühlmittelpumpe 50 und mit fluidtechnischen Verbindungen ausgestattet. Die fluidtechnischen Verbindungen können beispielsweise als Schlauchverbindungen ausgebildet sein, verbinden die Kühlmittelpumpe 50 mit einem der fluidtechnischen Anschlüsse 42, 44 der Dichtungseinheit 36 (1) und stellen eine stoff- und wärmeübertragende Verbindung 46 (2) zu einem Schmierölkreislauf 62 der Kraftmaschine 74 des Kraftfahrzeugs bereit.
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Die Kühlmittelpumpe 50 ist dazu vorgesehen, die von Schmieröl gebildete Kühlflüssigkeit 52 durch die im Inneren der Bremsscheibe 14 (1) verlaufenden Kanäle 20, die beiden separaten Kanäle 32, 34 des Radträgers 26 und die stoff- und wärmeübertragende Verbindung 46 (2) in den Schmierölkreislauf 62 der Kraftmaschine 74 des Kraftfahrzeugs und aus diesem heraus zu fördern.
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Bei der Ausführungsform der Scheibenbremsenkühlvorrichtung 10 gemäß der 2 könnte die Kühlflüssigkeit 52 auch von Getriebeöl gebildet sein, und die fluidtechnischen Verbindungen könnten die Kühlmittelpumpe 50 mit einem der fluidtechnischen Anschlüsse 42, 44 der Dichtungseinheit 36 (1) verbinden und eine stoff- und wärmeübertragende Verbindung 46 (2) zu einem Getriebegehäuse 64 des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Für diesen Fall ist die Kühlmittelpumpe 50 dazu vorgesehen, die von Getriebeöl gebildete Kühlflüssigkeit 52 durch die im Inneren der Bremsscheibe 14 (1) verlaufenden Kanäle 20, die beiden separaten Kanäle 32, 34 des Radträgers 26 und die stoff- und wärmeübertragende Verbindung 46 (2) in das Getriebegehäuse 64 des Kraftfahrzeugs und aus diesem heraus zu fördern.
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3 zeigt ein Blockschaltbild einer alternativen Ausführungsform einer Scheibenbremsenkühlvorrichtung 80 mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 12 gemäß der 1.
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Zur Vermeidung von Wiederholungen werden im Folgenden nur Unterschiede der alternativen Ausführungsform der Scheibenbremsenkühlvorrichtung 80 zu der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibenbremsenkühlvorrichtung 10 gemäß den 1 und 2 beschrieben.
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Bei der alternativen Ausführungsform der Scheibenbremsenkühlvorrichtung 80 ist die Kühlflüssigkeit 52 von einem Hochtemperatur-Kühlmittel oder von Schmieröl gebildet, und die zumindest wärmeübertragende Verbindung 46 ist als Hochtemperaturseite 56 eines Wärmetauschers 54 mit indirekter Wärmeübertragung, d.h. ohne Stoffaustausch, ausgebildet.
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Hierbei ist die Kühlmittelpumpe 50 dazu vorgesehen, die von dem Hochtemperatur-Kühlmittel oder dem Schmieröl gebildete Kühlflüssigkeit 52 durch die im Inneren der Bremsscheibe 14 (1) verlaufenden Kanäle 20, die beiden separaten Kanäle 32, 34 des Radträgers 26 und die Hochtemperaturseite 56 (3) des Wärmetauschers 54 zu fördern.
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Bei der in der 3 dargestellten Ausführungsform der Scheibenbremsenkühlvorrichtung 80 ist die Kühlflüssigkeit 52 von dem Hochtemperatur-Kühlmittel gebildet, und die Niedertemperaturseite 58 des Wärmetauschers 54 ist mit dem Schmierölkreislauf 62 der Kraftmaschine 74 des Kraftfahrzeugs mit einer fluidtechnischen Verbindung verbunden. Die Wärmetauscher-Flüssigkeit 76 auf der Niedertemperaturseite 58 ist von Schmieröl gebildet und wird mit einer separaten Pumpe 60 vom Schmierölkreislauf 62 der Kraftmaschine 74 des Kraftfahrzeugs durch die Niedertemperaturseite 58 des Wärmetauschers 54 und zurück gefördert.
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In einer weiteren alternativen Ausführung der Scheibenbremsenkühlvorrichtung 90 gemäß der 4 ist die Kühlflüssigkeit 52 von Hochtemperatur-Kühlmittel oder Schmieröl gebildet, und die Niedertemperaturseite 58 des Wärmetauschers 54 ist mit dem Getriebegehäuse 64 des Kraftfahrzeugs mit einer fluidtechnischen Verbindung verbunden. Die Wärmetauscher-Flüssigkeit 76 auf der Niedertemperaturseite 58 ist von Getriebeöl gebildet und wird mit einer separaten Pumpe 60 vom Getriebegehäuse 64 des Kraftfahrzeugs durch die Niedertemperaturseite 58 des Wärmetauschers 54 und zurück gefördert.
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In einer weiteren alternativen Ausführung der Scheibenbremsenkühlvorrichtung 100 gemäß der 5 ist die Kühlflüssigkeit 52 von Hochtemperatur-Kühlmittel oder Schmieröl gebildet, und die Niedertemperaturseite 58 des Wärmetauschers 54 ist mit einem Kühlkreislauf 66 der Kraftmaschine 74 des Kraftfahrzeugs mit einer fluidtechnischen Verbindung verbunden. Die Kühlflüssigkeit 76 auf der Niedertemperaturseite 58 ist von einem Wasser-Glykol-Gemisch gebildet und wird mit einer separaten Pumpe 60 vom Kühlkreislauf 66 der Kraftmaschine 74 des Kraftfahrzeugs durch die Niedertemperaturseite 58 des Wärmetauschers 54 und zurück gefördert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Scheibenbremsenkühlvorrichtung
- 12
- Bremsvorrichtung
- 14
- Bremsscheibe
- 16
- Bremsentopf
- 18
- Reibring
- 20
- Kanal
- 22
- Einlassöffnung
- 24
- Auslassöffnung
- 26
- Radträger
- 28
- Stirnseite
- 30
- Außenumfang
- 32
- Kanal
- 34
- Kanal
- 36
- Dichtungseinheit
- 38
- Dichtungskammer
- 40
- Dichtungskammer
- 42
- fluidtechnischer Anschluss
- 44
- fluidtechnischer Anschluss
- 46
- wärmeübertragende Verbindung
- 50
- Kühlmittelpumpe
- 52
- Kühlflüssigkeit
- 54
- Wärmetauscher
- 56
- Hochtemperaturseite
- 58
- Niedertemperaturseite
- 60
- Pumpe
- 62
- Schmierölkreislauf
- 64
- Getriebegehäuse
- 66
- Kühlkreislauf
- 68
- Achszapfen
- 70
- Wälzlager
- 72
- Hinterachslinie
- 74
- Kraftmaschine
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Bezugszeichenliste
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- 76
- Wärmetauscher-Flüssigkeit
- 80
- Scheibenbremsenkühlvorrichtung
- 90
- Scheibenbremsenkühlvorrichtung
- 100
- Scheibenbremsenkühlvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7614367 B1 [0004]
- US 20120125278 A1 [0008]
- DE 10332497 A1 [0010]
- US 7077776 B2 [0013]
- US 9174612 B2 [0015]
