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Die Erfindung betrifft eine Trommelbremse mit einem Bremsträgerblech und einer Bremstrommel und ein Fahrzeug mit einer solchen Trommelbremse.
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Trommelbremsen sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt und werden für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, als kostengünstige und robuste Alternative zu Scheibenbremsen eingesetzt. Grundsätzlich sind nahezu alle bekannten Trommelbremsen sehr ähnlich zueinander aufgebaut, nämlich aus einer gemeinsam mit dem zu bremsenden Rad umlaufenden Bremstrommel und einem relativ zur Bremstrommel feststehenden Bremsträgerblech, an dem die weiteren Komponenten der Trommelbremse befestigt sind. Dies sind insbesondere Bremsbacken und Bremsbeläge, die während des Bremsvorgangs von innen gegen die Umfangswand der Bremstrommel gedrückt werden, sodass Reibungskräfte zwischen den Bremsbelägen und der Bremstrommel entstehen, welche sodann die Bremswirkung erzielen. Das Bremsträgerblech ist dabei eine sich senkrecht zur Drehachse erstreckende Struktur, die im Normalfall einen kreisrunden Umfang aufweist. Die Bremstrommel besteht im Regelfall aus einer ebenfalls zu der Drehachse senkrechten Stirnwand sowie einer Umfangsseite bzw. Mantelfläche, die ringförmig ausgestaltet ist und die Bremstrommel nach radial außen hin abschließt.
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Die Reibung zwischen den Bremsbelägen und der Bremstrommel führt zu Abrieb, dem sogenannten Bremsstaub. Dieser Bremsstaub kann sich zum einen innerhalb der Bremstrommel ablagern und zum anderen aus der Trommelbremse in die Umgebungsluft entweichen. Dieser Vorgang ist besonders für die kleinsten Partikel wahrscheinlich, sodass herkömmliche Trommelbremsen Ursache für eine Feinstaubbelastung der Luft sein können. Hierbei werden Partikel mit einer Größe von 2 µm oder kleiner als am kritischsten eingestuft.
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Es ist bekannt, bei anderen Bremsarten, beispielsweise bei Scheibenbremsen, Vorrichtungen zum Auffangen bzw. zum Filtern von Bremsabrieb vorzusehen. So beschreibt beispielsweise die
DE 20 2007 000 246 U1 eine Bremsstaubaufnahmevorrichtung für Kraftfahrzeuge, die zumindest eine Lüfterschaufel aufweist, welche einen Luftstrom generiert, der in Richtung auf die Staubsammeleinrichtung hin geleitet wird. Dabei können über den Umfang verteilt mehrere Lüfterschaufeln angeordnet sein, die gemeinsam mit einem Lüfterring ein Lüfterrad bilden. Dieses Lüfterrad kann drehfest mit oder auch relativ zur Radfelge drehbar mit der Radfelge verbunden sein. Durch die Drehung des Lüfterrads wird Luft von der Bremsscheibe weg in Richtung der Staubsammeleinrichtung beschleunigt, in der dann Abrieb der Bremsbeläge gesammelt wird.
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Aus der
DE 196 43 869 C2 ist ebenfalls eine Bremsstaubaufnahmevorrichtung für eine Fahrzeug-Radbremse bekannt, welche als Saugvorrichtung ausgeführt ist, die einen Staubaufnehmer umfasst, dessen der Bremsscheibe zugewandtes Ende eine Saugöffnung aufweist und dessen anderes Ende über eine Saugleitung mit einem Sammelbehälter zur Aufnahme des Bremsstaubs verbunden ist. Der Sammelbehälter ist mit einem in dem Fahrzeug vorhandenen Verbrennungsmotor verbunden. Dieser erzeugt eine Saugwirkung, so dass die entstehenden Bremsstaub von der Bremse absaugen soll.
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Die
US 5,772,286 offenbart einen Staubfilter, der in axialer Richtung an der Außenseite einer Scheibenbremse angeordnet werden kann, um Bremsstaub aus Luftströmen, die die Bremsscheibe passieren, zu entfernen. Der Filter ist dabei im Wesentlichen deckungsgleich mit der Bremsscheibe ausgeführt und umfasst mehrere Filtersegmente, die in teilkreisförmigen Aufnahmen von einem Trägerelement gehalten werden.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur Vermeidung von Freisetzungen und Ablagerungen von Bremsstaub sind relativ aufwendig und darüber hinaus nur für Scheibenbremsen geeignet. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Trommelbremse der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, dass die Abgabe von Bremsstaub und insbesondere von Feinstaub an die Umgebungsluft minimiert wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine gattungsgemäße Trommelbremse, die ein in einem Grenzbereich zwischen der Bremstrommel und dem Bremsträgerblech angeordnetes Filterelement aufweist. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Fahrzeug mit einer solchen Trommelbremse.
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Der Grenzbereich zwischen dem Bremsträgerblech und der Bremstrommel ist typischerweise der primäre Weg, auf dem Bremsstaub, insbesondere Feinstaub, aus dem Inneren der Bremstrommel entweicht. Da die beiden Bauteile im Betrieb eine Drehbewegung relativ zueinander ausführen, ist es nicht möglich, hier eine hermetisch dichte Verbindung zu schaffen. Der Grenzbereich, der insbesondere einem Spalt zwischen der Bremstrommel und dem Bremsträgerblech entsprechen kann, ist entsprechend bei herkömmlichen Trommelbremsen geeignet, um eine Luftströmung aus dem Inneren der Trommelbremse heraus entweichen zu lassen. Das erfindungsgemäße Filterelement, das eben in diesem Grenzbereich angeordnet ist, sorgt dafür, dass Bremsstaub und insbesondere Feinstaubpartikel aus dem entweichenden Luftstrom entfernt werden.
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Das Filterelement kann dabei auf die zu erwartenden Staubkorngrößen angepasst sein. Es kann beispielsweise aus Keramik, Papier, Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff bestehen oder als Vlies, insbesondere als Stahlvlies, ausgestaltet sein. Wenn der Grenzbereich als Spalt zwischen der Bremstrommel und dem Bremsträgerblech ausgestaltet ist, kann das Filterelement den Spalt überdecken oder auch zumindest teilweise in den Spalt hineinragen. Bevorzugt ist das Filterelement entsprechend der Art angeordnet, dass ein aus dem Grenzbereich entweichender Luftstrom aufgrund der Massenträgheit der Luftteilchen sowie der von dem Luftstrom transportierten Staubteilchen auf das Filterelement auftrifft.
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Bevorzugt ist das Filterelement ein ringförmig umlaufendes Filterelement. Mit anderen Worten ist das Filterelement dann ringförmig ausgestaltet und umschließt die Bremstrommel und oder das Bremsträgerblech. Der Durchmesser des Filterelements entspricht dabei in etwa dem Durchmesser der Bremstrommel, kann aber auch etwas größer als der Durchmesser der Bremstrommel sein. Es wird so erreicht, dass jeder Teilluftstrom unabhängig von der Winkelkoordinate des Austrittsorts aus dem Grenzbereich zwischen Bremstrommel und Bremsträgerblech auf das Filterelement trifft. Mit anderen Worten kann das Filterelement ringförmig ausgestaltet sein und am Umfang der Bremstrommel und/oder des Bremsträgerblechs angeordnet sein.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist an dem Bremsträgerblech eine Trägerstruktur angeordnet, die das Filterelement trägt. Die Trägerstruktur kann insbesondere das Bremsträgerblech in radialer Richtung nach außen verlängern und/oder einen senkrecht zum Bremsträgerblech verlaufenden Trägerwandabschnitt aufweisen, der gemeinsam mit einer Umfangswand der Bremstrommel einen Hohlraum definiert, in dem das Filterelement angeordnet sein kann. Zwischen der Umfangswand der Bremstrommel und dem Trägerwandabschnitt besteht also in radialer Richtung ein Abstand von beispielsweise 5 mm bis 20 mm, wobei der Trägerwandabschnitt radial außen angeordnet ist. Das Filterelement kann in die Trägerstruktur eingepresst, eingeklemmt, eingeklebt, eingeclipst oder mit dieser vernietet sein. Vorzugsweise ist die Verbindung derart ausgestaltet, dass das Filterelement auf einfache Art und Weise ausgetauscht werden kann.
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Um die Filtereffizienz zu steigern, kann die Trägerstruktur derart ausgestaltet sein, dass zumindest 75 %, bevorzugt 90 % und besonders bevorzugt 100% einer radial nach innen weisenden Oberfläche des Filterelements nicht von der Trägerstruktur überdeckt werden. Ebenfalls ist es in Alleinstellung oder auch in Kombination mit dem zuvor beschriebenen Merkmal möglich, dass die Trägerstruktur derart ausgestaltet ist, dass zumindest 75 %, bevorzugt 90 % und besonders bevorzugt 100% einer in axialer Richtung zu der Bremstrommel hin weisenden Oberfläche des Filterelements nicht von der Trägerstruktur überdeckt werden. Mit anderen Worten kann das Trägerelement derart ausgestaltet sein, dass es bevorzugt lediglich die dem auf das Filterelement auftreffenden Luftstrom abgewandten Seiten des Filterelements überdeckt. Es wird dann ein besonders großer Anteil des Luftstroms in das Filterelement geleitet, sodass entsprechend nur ein geringerer Anteil des Luftstroms an dem Filterelement vorbeiströmen kann und somit ungefiltert aus der Trommelbremse entweicht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung überdeckt das Filterelement in radialer Richtung einen zwischen dem Bremsträgerblech und der Bremstrommel bestehenden Spalt. Auch in dieser Ausgestaltung ist das Ziel, einen möglichst großen Anteil des aus der Bremstrommel entweichen Luftstroms durch das Filterelement zu leiten. Zweckmäßigerweise ist dabei das Filterelement am radial äußeren Ende des Spalts angeordnet.
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Hierzu kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Bremstrommel in radialer Richtung luftdurchlässige Abschnitte aufweist. Mit anderen Worten kann die Bremstrommel und dabei insbesondere die Umfangswand der Bremstrommel Durchgangslöcher und/oder Ausnehmungen aufweisen, durch die Luft aus dem Inneren der Bremstrommel nach außen strömen kann. Die Durchgangslöcher und/oder die Ausnehmungen können dabei derart angeordnet sein, dass der erzeugte, nach außen gerichtete Luftstrom direkt zu dem Filterelement geleitet wird. Hierzu ist das Filterelement bevorzugt derart angeordnet, dass es die Durchgangslöcher und/oder die Ausnehmungen überdeckt. Weiterhin kann das Filterelement derart angeordnet sein, dass es in radialer Richtung nur einen geringen Abstand, beispielsweise weniger als 3 mm, weniger als 2 mm oder weniger als 1 mm, von der Umfangswand der Bremstrommel und insbesondere von den Durchgangslöchern und/oder den Ausnehmungen aufweist.
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Entsprechend können die luftdurchlässigen Abschnitte in einer Umfangswand der Bremstrommel angeordnet sein. Weiterhin können die luftdurchlässigen Abschnitte in radialer Richtung an ihrer achsfernen Seite von dem Filterelement überdeckt werden.
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Bevorzugt sind die Ausnehmungen in axialer Richtung zum Bremsträgerblech hin offen ausgestaltet. Es entsteht dann eine zinnenartige oder zahnradartige Struktur der zum Bremsträgerblech gerichteten Seitenfläche der Umfangswand der Bremstrommel. Die erzeugten Luftströme, die aus dem Inneren der Bremstrommel nach außen fließen, werden so entlang des Bremsträgerblechs nach außen und zum Filterelement hin geleitet.
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Bevorzugt ist die Trommelbremse derart ausgestaltet, dass eine Drehbewegung der Bremstrommel einen Luftstrom von radial innen nach radial außen erzeugt, der zumindest teilweise zu dem Filterelement hin gelenkt wird. Dies kann beispielsweise mit den beschriebenen luftdurchlässigen Abschnitten in Form von Öffnungen, Durchgangsbohrungen oder Ausnehmungen in der Stirnseite der Umfangswand der Bremstrommel erreicht werden. Die Umfangswand der Bremstrommel kann dabei auch als Mantelfläche bezeichnet werden, da sie, wenn man die Bremstrommel als geometrischen Zylinder ansieht, dessen Mantelfläche entspricht.
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Eine weitere Verbesserung der Größe des Teil Luftstroms, der durch das Filterelement geleitet wird, kann durch eine Lippendichtung, die einen Spalt zwischen der Bremstrommel und dem Bremsträgerblech abdichtet, erreicht werden. Die Lippendichtung kann dabei an dem Filterelement und/oder an dem Trägerelement, das das Filterelement trägt, angeordnet und befestigt sein.
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Es kann von Vorteil sein, nicht nur sicherzustellen, dass ein entweichender Luftstrom von dem Filterelement gefiltert wird, sondern auch die Stärke des Luftstroms, der die Bremstrommel verlässt, möglichst klein zu halten. Mit anderen Worten kann dann erreicht werden, dass nur ein schwacher Luftstrom aus der Bremstrommel entweicht, sodass auch nur eine geringe Menge an Bremsstaub aus der Bremse austritt. Eine diesbezüglich bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Trommelbremse sieht vor, dass ein Spalt zwischen der Bremstrommel und dem Bremsträgerblech als Labyrinthdichtung ausgestaltet ist. Es steht der Luft somit kein geradliniger Weg aus dem Inneren der Bremstrommel in die Umgebung frei, sodass die effektiv austretende Luftmenge reduziert wird. Mit dem gleichen Ziel kann der Spalt zwischen der Bremstrommel und dem Bremsträgerblech im Rahmen der möglichen Fertigungsgenauigkeit möglichst klein bzw. eng ausgestaltet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Trommelbremse in einer geschnittenen Ansicht.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Trommelbremse 2 in einer geschnittenen Ansicht. Die Trommelbremse 2 besteht im Wesentlichen aus einer Bremstrommel 4 und einem Bremsträgerblech 6, wobei sich die Bremstrommel 4 gemeinsam mit dem nicht dargestellten zu bremsenden Rad dreht, wohingegen das Bremsträgerblech 6 nicht drehbar am ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeug fixiert ist.
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Am in radialer Richtung äußeren Randbereich des Bremsträgerblechs 6 ist das Filtergehäuse 10 angeordnet. Das Filtergehäuse 10 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem umlaufenden Trägerprofil mit grob L-förmigem Querschnitt. In dem Filtergehäuse 10 ist der Bremsstaubfilter 12 angeordnet. Er ist dabei an der radialen Wand 16 des Filtergehäuses 10 befestigt. Zwischen der axialen Wand 14 und dem Bremsstaubfilter 12 hingegen besteht ein wenige Millimeter breiter Freiraum 13.
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Die Bremstrommel 4 weist weiterhin eine Achsöffnung 18 sowie Durchgangsöffnungen 20 für Schrauben auf, so dass die Bremstrommel 4 an dem nicht dargestellten Rad befestigt werden kann.
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Wenn sich die Bremstrommel 4 gemeinsam mit dem Rad dreht wird die Luft im Bereich der Ausnehmungen 24 aufgrund von Zentrifugalkräften radial nach außen gefördert. Der Spalt 8 wird in Richtung nach radial außen im Wesentlichen gradlinig durch den Freiraum 13 fortgesetzt. Dabei besteht zwischen der Umfangswand 5 der Bremstrommel 4 und dem Filterelement 12 ebenfalls ein Abstand, sodass auch hier ein Spalt 15 vorhanden ist. Dieser verläuft im rechten Winkel zu dem Spalt 8 und stellt einen weiteren möglichen Weg für die entweichende Luft dar.
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Auch in axialer Richtung besteht zwischen einer sich in radialer Richtung erstreckenden Flanke 19 der Bremstrommel 4 und dem Bremsstaub Filter 12 ein kleiner Abstand in Form des Spalte 17. Es wird so ein labyrinthartiger Luftweg, der aus dem Spalt 8, dem Spalt 15 und dem Spalt 17 besteht, geschaffen, der grob S-förmig ausgestaltet ist.
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Weiterhin weist die Bremstrommel 4 an ihrer zum Bremsträgerblech 6 weisenden Stirnseite 22 zum Bremsträgerblech 6 hin offene Ausnehmungen 24 auf. Durch diese Ausnehmungen 24 kann ebenfalls Luft aus dem Innenraum 26 der Bremstrommel 4 nach außen hin entweichen. Die Ausnehmungen 24 werden zu einer gezielten Entlüftung des Innenraums 26 verwendet, wobei die Luft nach dem durchqueren der Ausnehmungen 24 bzw. der aus den Ausnehmungen 24 zusammen mit dem Bremsträgerblech 6 gebildeten Kanäle auf Bremsstaub Filter 12 trifft, wodurch enthaltene Staubpartikel aus der entweichenden Luft herausgefiltert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Trommelbremse
- 4
- Bremstrommel
- 5
- Umfangswand
- 6
- Bremsträgerblech
- 8
- Grenzbereich
- 10
- Gehäuse
- 12
- Bremsstaubfilter
- 13
- Freiraum
- 14
- axiale Wand
- 15
- Spalt
- 16
- radiale Wand
- 17
- Spalt
- 18
- Nabe
- 19
- Flanke
- 20
- Durchgangsöffung
- 22
- Stirnseite
- 24
- Ausnehmung
- 26
- Innenraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007000246 U1 [0004]
- DE 19643869 C2 [0005]
- US 5772286 [0006]
