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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Auffangen von Abriebpartikeln einer Reibbremse, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
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Als Betriebsbremsen bei Kraftfahrzeugen werden üblicherweise Reibbremsen wie Scheibenbremsen oder Trommelbremsen eingesetzt. Beim Betrieb einer Reibbremse werden Reibbeläge gegen einen rotierenden Bremskörper gepresst und teilweise abgerieben. Dabei entstehen Abriebpartikeln, welche allgemein als Bremstaub bekannt sind. Neben unerwünschter Verschmutzung der Radfelgen zählt Bremsstaub zu den schädlichen und daher möglichst zu vermeidenden Emissionen eines Fahrzeugs. Es sind verschiedene Systeme bekannt, welche dazu dienen sollen, solche Abriebpartikeln am Fahrzeug aufzusammeln und nicht unkontrolliert in die Umwelt zu entlassen.
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Aus
DE 10 2017 200 406 A1 sind unmittelbar an einer jeweiligen Radbremse angeordnete Vorrichtungen zum Auffangen von Bremsstaubpartikeln bekannt, wobei jede einzelne Vorrichtung eine eigene Unterdruckerzeugungsvorrichtung umfasst. Nachteilig bei derartigen Systemen werden ein erhöhter Raumbedarf im Rad, erhöhte Designanforderungen aufgrund exponierter Anordnung, verbesserungswürdige, durch die benötigte Anlaufzeit bedingte Systemträgheit, hohe Kosten durch mehrere benötigte Unterdruckerzeugungsvorrichtung und hoher Aufwand zur Sicherstellung adäquater Dauerhaltbarkeit der mechanischen Komponenten aufgrund ungünstiger Betriebsbedingungen (starke Temperaturschwankungen, Spritzwasser, Staub, Steinschlag usw.). Die Einbaulagebedingten Gewichts- sowie Bauraumeinschränkungen führen zudem zwangsweise zu Leistungs- und Auffangkapazitätsbegrenzung. Die mechanische Antriebsweise durch die Bremsscheibe ist zudem prinzipbedingt umgekehrt proportional zu Drehgeschwindigkeit der Bremsscheibe und wird daher bei Verzögerung des Fahrzeugs zunehmend ineffektiv.
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Aus
DE 42 40 873 A1 ist eine andere Bremsstaubrückhaltevorrichtung für Kraftfahrzeuge mit Scheibenbremsen mit einem zentralen Sauggebläse und einer unmittelbar daran angeordneten zentralen Filtereinheit zum Sammeln und Aufbewahren des Bremsstaubs bekannt. Der Bremsstaub wird von den einzelnen Radbremsen über gesonderte Leitungen zu dieser gemeinsamen Filtereinheit befördert. Als nachteilig werden bei diesem System ihre hohe Trägheit und ein hoher Energiebedarf angesehen. Denn der Bremsstaub muss über lange Leitungen angesaugt werden, welche wirkbedingt verstopfungsanfällig sind, daher einen vergleichsweisen großen Querschnitt und einen erhöhten Raumbedarf verlangen. Wegen der großen Leitungslänge kann der erforderliche Saugeffekt am Entstehungsort nicht ausreichend kurzfristig, unmittelbar bei einem Bremsvorgang aufgebaut werden. Dadurch muss entweder das Sauggebläse dauerhaft laufen oder eine signifikante Menge der Abriebpartikeln zu Beginn einer Bremsung werden nicht aufgefangen.
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Es stellt sich somit eine Aufgabe, ein verbessertes, hocheffizientes System zum Auffangen von Abriebpartikeln einer Reibbremse vorzuschlagen, welches bei einem verbesserten Bauraumbedarf und verringerten Systemgewicht und Kosten eine geringe Trägheit beziehungsweise hohe Verfügbarkeit sowie eine hohe Auffangkapazität aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System mit der Merkmalskombination des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen zusammen mit der Beschreibung und Figuren.
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Die Erfindung sieht vor, dass das System zum Auffangen von Abriebpartikeln wenigstens eine, der Reibbremse lediglich benachbart, jedoch nicht unmittelbar daran angeordnete Auffangeinheit aufweist, welche mit einer Unterdruckquelle verbunden ist und über einen vergleichsweise kurzen Saugkanal die Abriebpartikeln von ihrem Entstehungsort zugeführt bekommt, sowie wenigstens ein Absperrventil vorhanden ist, welcher den Saugkanal wahlweise öffnet oder sperrt. Vorzugsweise kann die Auffangeinheit an einem Karosserie- oder einem Fahrwerksteil außerhalb der Radfelge angeordnet sein.
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Eine besonders montagefreundliche bevorzugte Ausführungsform sieht dabei vor, dass die Auffangeinheit und das Absperrventil zu einer gemeinsamen Montageeinheit, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sind.
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Mit einer derartigen Konfiguration kann das System stets einsatzbereit gehalten und nur bei tatsächlichem Bedarf aktiv geschaltet werden. Dadurch ist es besonders schnell verfügbar und kann einen hohen Wirkungsgrad bei einem geringen Energieverbrauch ermöglichen. Das verfügbare Volumen zum Lagern von aufgefangenen Abriebpartikeln kann erhöht werden. Wartungsinterwale zum Entleeren der Behältnisse werden dadurch reduziert oder es kann auf diese ganz verzichtet werden. Gleichzeitig wird eine hohe Funktionssicherheit ermöglicht, weil der Bremsstaub nicht über lange Leitungen transportiert werden muss.
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Gemäß der bevorzugten Weiterbildung kann die Unterdruckquelle als eine zentrale Unterdruckquelle zur gleichzeitigen Versorgung von mehr als nur einer Auffangeinheit vorgesehen sein.
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Hierdurch wird der Bauraumbedarf nahe der Bremse reduziert, Systemgesamtgewicht und Kosten eingespart, da auf mehrere dedizierte Unterdruckquellen verzichtet werden kann. Die Unterdruckquelle kann an einem optimal geschützten Ort positioniert werden, so dass Schutzmaßnahmen reduziert und Dauerhaltbarkeit verbessert werden.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dient eine gesonderte, zentrale Unterdruckquelle ausschließlich zur Versorgung von einer oder mehreren Auffangeinheiten, wodurch eine besonders hohe Verfügbarkeit und Funktionssicherheit des erfindungsgemäßen Systems sichergestellt wird.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Unterdruckquelle neben der Versorgung von einer oder mehreren Auffangeinheiten zugleich zur Versorgung von wenigstens einer anderen, nicht zum Auffangen von Abriebpartikeln vorgesehenen Fahrzeugkomponente, insbesondere eines Unterdruckbremskraftverstärker für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage verwendet. Durch Synergieeffekte aufgrund der kooperativen Verwendung ohnehin vorhandener Fahrzeuginfrastruktur für das erfindungsgemäße System werden Bauraum, Kosten, Geräuschemissionen und Montageaufwand signifikant reduziert.
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Bevorzugt kann die Unterdruckquelle als eine elektronisch geregelte, insbesondere elektromotorisch angetriebene und somit von dem Fahrzeugantrieb und Fahrgeschwindigkeit unabhängige Unterdruckpumpe vorgesehen sein.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Unterdruckquelle in synergetisch-kooperativen Weise ein beliebiger, zumindest zeitweise unter einem ausreichenden Unterdruck stehender Kanal, welcher zum Betrieb oder Steuern eines Kraftverbrennungsmotors oder einer seiner Komponenten verwendet wird, seinbeispielsweise ein Ansaugkanal eines Sagmotors, ein Aktuatorsystem zur Steuerung eines Turboladers, ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem, ein Bypass einer Auspuffanlage und Dergleichen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung kann wenigstens eine Auffangeinheit und /oder der Unterdruckbremskraftverstärker als ein Unterdruckspeicher im System vorgesehen sein. Dadurch kann der Unterdruck unmittelbar sofort zur Verfügung gestellt werden. Der Wirkungs- und Reinigungsgrad werden weiter erhöht, weil der Zeitverlust aufgrund des Anlaufens einer Unterdruckpumpe vermieden wird. Zusätzlich wird Energie eingespart, weil die Unterdruckquelle nicht permanent mitlaufen muss.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das System wenigstens eine Unterdruckbegrenzungsvorrichtung aufweisen, welche bei einem definierten Unterdruckwert die pneumatische Verbindung zwischen der Unterdruckquelle und der Auffangeinheit, jedoch nicht zwischen der Unterdruckquelle und der anderen von der Unterdruckquelle versorgten Fahrzeugkomponente sperrt.
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Dadurch kann bei Bedarf die Funktionsverfügbarkeit auf Kosten des erfindungsgemäßen Systems zugunsten der für das Fahrzeug wichtigeren Fahrzeugkomponente sichergestellt werden, beispielsweise im Falle eines erhöhten Unterdruckverbrauchs oder einer Leckage.
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Für eine weitere Aufbauvereinfachung und Kostenoptimierung können mehrere, jeweils verschiedenen Radbremsen zugeordnete Auffangeinheiten an eine gemeinsame Unterdruckleitung angeschlossen sind.
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Im Übrigen beansprucht die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, welches mit einem erfindungsgemäßem ein System zum Auffangen von Abriebpartikeln ausgestattet ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zweit Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte Übersicht der Anordnung des Systems in einem Kraftfahrzeug.
- 2 ein stark vereinfachtes Schema einer Ausführungsform des Systems gemäß 1, mit einem in Reihe geschalteten Unterdruckbremskraftverstärker.
- 3 ein stark vereinfachtes Schema einer weiteren Ausführungsform des Systems gemäß 1 mit einem parallel geschalteten Unterdruckbremskraftverstärker.
- 4 eine vereinfachte Ansicht einer anderen Ausführungsform des Systems in einem Kraftfahrzeug.
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Fig. 1
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Die hier stark vereinfacht dargestellte bevorzugte Ausführungsform des Systems 1 zum Auffangen von Abriebpartikeln in einem Kraftfahrzeug umfasst vier, jeder einzelnen Reibbremse 2, 2', 2'', 2''' benachbart angeordnete Auffangeinheiten 3, 3', 3'', 3''', welche über eine gemeinsame Unterdruckleitung 8 an eine einzelne gemeinsame Unterdruckquelle 4 angeschlossen sind und so in einem betriebsbereiten Zustand stets mit Unterdruck beaufschlagt sind. Jede Auffangeinheit 3 verfügt über einen hier nicht gezeigten Innenraum zum Auffangen und Aufbewahren der aufgefangenen Abriebpartikeln.
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Hierbei ist es nicht erforderlich, die Auffangeinheit 3 unmittelbar an einer Radbremse zu platzieren. Vielmehr kann und soll eine Auffangeinheit 3 in einem Abstand zu der Bremse 2 an der Karosserie oder einer Fahrwerkskomponente positioniert sein, wo sie viel einfacher und effektiver vor Umwelteinflüssen geschützt werden kann und zudem keinen strengen Einschränkungen bezüglich Gewichts und Bauraum unterliegt. Ein vergleichsweise kurzer Saugkanal 5 dient zum Transport von Abriebpartikeln von ihrem Entstehungsort in der Bremse 2 in die Auf fangeinheit 3. Der Saugkanal 5 kann beispielsweise eine kurze Leitung umfassen, welche zwischen der Auffangeinheit 3 und dem Kontaktbereich des Reibbelags 13 am Bremskörper 12 oder einem geeigneten internen Kanal in einem Bremsenkorpus 14 (siehe 2;3) wie beispielsweise einem Bremssatte, verlegt ist.
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Ein schaltbares Absperrventil 6 dient zum wahlweisen Öffnen und Sperren des Saugkanals 5. Es kann beispielsweise als ein elektrisch schaltbares, normal geschlossenes Zwei-Wege-Ventil ausgebildet sein, das lediglich während eines Bremsvorgangs gezielt geöffnet wird und den Saugkanal 5 mit dem im System 1 vorliegenden Unterdruck beaufschlagt. Dadurch entwickelt sich im Saugkanal 5 ein Sog, die Abriebpartikeln werden in den Saugkanal 5 eingesaugt, zur Auffangeinheit 3 befördert und darin mittels einer geeigneten, hier nicht gezeigten Abscheidevorrichtung aufgehalten. Unmittelbar nach der Bremsung wird das Absperrventil 6 wieder geschlossen. Das System 1 befindet sich dadurch außerhalb eines Bremsvorgangs, wenn kein Abrieb an der Bremse entsteht, stets in einer passiven betriebsbereiten Wartestellung. Aus der Wartestellung kann das System durch das Öffnen des Absperrventils 6 nahezu augenblicklich in einen aktiven Saugbetrieb versetzt werden. Die Umschaltzeit zwischen den beiden Betriebsmodi ist somit allein durch die Schaltzeit des Absperrventil 6 definiert.
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Als Abscheidevorrichtung kann dabei ein beliebiges geeignetes System verwendet werden wie beispielsweise eine Filtermatte, eine zentrifugaler beziehungsweise Zyklonabscheider und andere.
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Bevorzugt ist die Auffangeinheit 3 und das Absperrventil 6 für eine vereinfachte Handhabung bei Montage in einer einzigen, gemeinsamen Baueinheit beziehungsweise Montageeinheit 5 zusammengefasst ausgebildet. Innerhalb der Erfindung wäre es jedoch ebenfalls zulässig, das Absperrventil 6 beabstandet von der Auffangeinheit 3 zu positionieren, um beispielsweise den Saugkanal 5 in seinem bremsenseitigen Endabschnitt sperren zu können.
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Bevorzugt wird eine im Fahrzeug bereits ohnehin vorhandene Unterdruckquelle 4 neben ihrem Hauptverwendungszweck synergetisch kooperativ zur Versorgung des erfindungsgemäßen Systems 1 eingesetzt, wobei eine gesonderte zentrale Unterdruckquelle zur exklusiven Versorgung des Systems 1 ebenfalls zulässig bleibt.
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In der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist die zentrale Unterdruckquelle 4 als eine elektronisch geregelte Unterdruckpumpe zur Versorgung eines Unterdruckbremskraftverstärkers 7 einer hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage vorgesehen. Hierfür kann beispielsweise die Unterdruckleitung 8 mit einem gesonderten Anschluss an die Unterdruckpumpe oder den Unterdruckbremskraftverstärker angeschlossen, oder lediglich als eine Abzweigung einer Unterdruckverbindung zwischen den beiden Aggregaten gestaltet sein.
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Innerhalb der Erfindung ist es jedoch ebenso vorstellbar, auch andere im Fahrzeug verfügbare Unterdruckquellen zur Versorgung des Systems 1 mit einzusetzen. So wäre es beispielsweise vorstellbar, einen Ansaugkanal eines Sagmotors, ein Aktuatorsystem zur Steuerung eines Turboladers, ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem, ein Bypass einer Auspuffanlage und Dergleichen zu nutzen.
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Um die Hauptfunktion der Unterdruckquelle 4 stets sicherzustellen und deren Hauptverwendungszweck nicht zu gefährden ist im System 1 eine Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 9 vorgesehen.
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Durch die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 9 wird bei einem oder mehreren definierten Grenzwerten für den Unterdruck die pneumatische Verbindung zwischen der Unterdruckquelle 4 und der oder den Auffangeinheiten 3 zwangsweise unterbrochen - das System 1 wird sozusagen von der Unterdruckquelle (4) abgetrennt, so dass diese ausschließlich ihre Hauptfunktion versorgen kann.
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Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn der Unterdruck im Unterdruckbremskraftverstärker 7 nicht mehr für eine Vollbremsung ausreicht oder wenn eine Leckage erkannt wird.
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Die Funktionsfähigkeit des Systems 1 wird dabei als nachgeordnet und verzichtbar in Relation zu der jeweils anderen, von der Unterdruckquelle 4 zu versorgender Fahrzeugkomponente gewertet.
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Die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 9 kann dabei beispielsweise als ein schaltbares Sperrventil oder ein auf ein konstruktiv auf ein bestimmtes Druckwert ausgelegtes Rückschlagventil oder zweckgemäß auf eine andere Weise ausgebildet sein.
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Fig.2
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Die bevorzugte Ausführungsform des Systems 1 gemäß 1 ist in der 2 stark vereinfacht schematisch dargestellt. Als Reibbremsen dienen hierbei Scheibenbremsen mit einer Bremsscheibe als rotierender Bremskörper 12, einem Paar von Reibbelegen 13 und einem Bremssattel als Bremsenkorpus 14. Als Unterdruckquelle 4 dient eine Unterdruckpumpe, welche von einer Antriebseinheit 10 angetrieben wird. Als Antriebseinheit 10 eignet sich insbesondere ein elektronisch geregelter Elektromotor, wobei auch andere Antriebsarten Innerhalb der Erfindung zulässig bleiben.
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Ein Rückschlagventil 11 zwischen der Unterdruckquelle 4 und dem Unterdruckbremskraftverstärker 7 gewähreistet, dass der Unterdruck in dem Unterdruckbremskraftverstärker 7 auch bei einer Ausgeschalteten Unterdruckquelle 4 aufrechterhalten bleibt. Der Unterdruckbremskraftverstärker 7 kann so optional als Unterdruckspeicher für das System 1 verwendet werden, so dass ein erforderliches Unterdruckniveau in der Unterdruckleitung 8 und somit auch in den Auffangeinheiten 3 - 3''' unabhängig vom Betriebszustand der Unterdruckquelle 4 gewährleistet ist.
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Sollte das Unterdruckniveau in dem Unterdruckbremskraftverstärker 7 nicht mehr für einen sicheren Bremsbetreib ausreichen oder eine Leckage auftreten und die Leistung der Unterdruckquelle 4 reicht nicht aus, um gleichzeitig beide Systeme zu versorgen, sperrt die Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 9 die Unterdruckleitung 8, so dass die gesamte Leistung der Unterdruckquelle 4 für den hochsicherheitsrelevanten Unterdruckbremskraftverstärker 7 verwendet werden kann.
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Fig.3
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In der 3 ist eine andere Ausführungsform des Systems 1 dargestellt, welche prinzipiell die gleichen Komponenten umfasst. Im Unterschied zu der Ausführung nach 2 ist jedoch die Unterdruckleitung 8 als eine Abzweigung in der Unterdruckverbindung zwischen der Unterdruckquelle 4 und dem Unterdruckbremskraftverstärker 7 ausgeführt ist. Der Unterdruckbremskraftverstärker 7 steht dadurch nicht mehr als Unterdruckspeicher für das System 1 zur Verfügung.
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Die Funktion des Unterdruckspeichers kann jedoch durch die Auffangeinheiten 3 bis 3''' erfüllt werden. Denn durch die Sperrwirkung der Unterdruckbegrenzungsvorrichtung 9 kann in der Unterdruckleitung 8 und den Auffangeinheiten 3 bis 3''' ein erforderliches Unterdruckniveau dauerhaft aufrechterhalten werden.
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Fig. 4
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Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Systems 1 im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungen eine gesonderte Unterdruckquelle 4, welche ausschließlich zur Versorgung der Auffangeinheiten 3 bis 3''' eingesetzt wird, wodurch eine möglich Nachordnung des Systems 1 ausgeschlossen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System zum Auffangen von Abriebpartikeln
- 2
- Reibbremse
- 3
- Auffangeinheit
- 4
- Unterdruckquelle
- 5
- Saugkanal
- 6
- Absperrventil
- 7
- Fahrzeugkomponente
- 8
- Unterdruckleitung
- 9
- Unterdruckbegrenzungsvorrichtung
- 10
- Antriebseinheit
- 11
- Rückschlagventil
- 12
- Rotierender Bremskörper
- 13
- Reibbelag
- 14
- Bremsenkorpus
- 15
- Montageeinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017200406 A1 [0003]
- DE 4240873 A1 [0004]
