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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bremsstaubpartikelfilter, welcher zum Rückhalten von Partikeln, die bei einem Bremsvorgang durch Abrieb an einer Bremsscheibe und/oder Bremsbelägen entstehen, geeignet ist. Ferner wird eine Scheibenbremsenanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Bremsstaubpartikelfilter vorgeschlagen. Weiter wird die Verwendung von Filtermitteln zur Verringerung von Bremsstaubemissionen an Scheibenbremsen, sowie Verfahren zum Filtern von Bremsstaubpartikeln vorgeschlagen.
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Stand der Technik
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Bremsstaubpartikelfilter mit ringsegmentförmigen Filtergehäusen und nach innen ragenden Zungen zur Stützung des eingesetzten Filtermediums sind aus der
WO2019/048374 bekannt.
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DE198 46 887 A1 offenbart eine Bremsanlage mit Staubkanälen, die bremsstaubbeladene Luft in einen Staubsammler führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, verbesserte Maßnahmen zur Reduktion von Bremsstaubemissionen an Scheibenbremsenanordnungen zur Verfügung zu stellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Bremsstaubpartikelfilter für eine Scheibenbremsenanordnung mit einer Bremsscheibe und einem Bremssattel vorgeschlagen. Der Bremsstaubpartikelfilter umfasst:
- ein Filtergehäuse mit einer ersten Seitenwand und einer zweiten gegenüberliegenden Seitenwand, zwischen denen sich ein Innenraum des Filtergehäuses erstreckt, und
- einen Steg, der sich mit einer Radialkomponente in dem Innenraum erstreckt und einen der ersten Seitenwand gegenüberliegenden ersten Kantenabschnitt und einen der zweiten Seitenwand gegenüberliegenden zweiten Kantenabschnitt aufweist,
- wobei die Bremsscheibe derart in dem Filtergehäuse aufnehmbar ist, dass der Steg axial zwischen der Bremsscheibe und der ersten Seitenwand verläuft, und
- wobei der Steg derart angeordnet ist, dass zwischen dem ersten Kantenabschnitt und der ersten Seitenwand ein freier Querschnitt gebildet ist.
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Der Steg kann als ein Störelement dienen, welches Luft, die entlang der Bremsscheibe strömt, umleitet. Mithilfe des Stegs werden insbesondere gezielte Verwirbelungen der Luft im Nahbereich des Stegs induziert. Mit dem Steg kann die Luft, die an der Bremsscheibe entlang strömt, in Richtung der ersten Seitenwand umgeleitet werden. Dadurch können die Partikel, die beim Bremsen zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe entstehen, effizient durch den Bremsstaubpartikelfilter abgeschieden werden.
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Das bei dem Bremsstaubpartikelfilter eingesetzte Filtergehäuse kann in Ausführungsformen ein ringsegmentförmiges, beispielsweise bananenförmiges oder helmförmiges Filtergehäuse sein. Der Innenraum des Filtergehäuses ist dabei der Bremsscheibe zugewandt.
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Die Angaben „radial“, „axial“ und „tangential“ beziehen sich insbesondere auf eine Ausrichtung im montierten Zustand, in dem der Bremsstaubpartikelfilter in der Scheibenbremsenanordnung montiert ist. Die Ausrichtungen „radial“, „axial“ und „tangential“ sind in dem Fall bezogen auf die Bremsscheibe zu verstehen. Im nicht-montierten Zustand bezeichnen „radial“, „axial“ und „tangential“ drei sich voneinander unterscheidende Ausrichtungen.
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Der Steg ist beispielsweise parallel zur ersten und/oder zweiten Seitenwand angeordnet. Insbesondere ist der Steg distanziert von der ersten und/oder zweiten Seitenwand angeordnet, so dass er die ersten und/oder zweite Seitenwand nicht berührt.
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Dass der Steg sich mit einer Radialkomponente im Innenraum erstreckt, bedeutet insbesondere, dass der Steg eine Erstreckung entlang einer Radialrichtung aufweist. Bei der Radialkomponente kann es sich um die Haupterstreckungsrichtung des Stegs handeln. Der Steg kann länglich ausgebildet sein. Der erste und der zweite Kantenabschnitt des Stegs können parallel zueinander verlaufen. Der erste Kantenabschnitt kann parallel zur ersten Seitenwand verlaufen. Der zweite Kantenabschnitt kann parallel zur zweiten Seitenwand verlaufen. Die Kantenabschnitte können den Steg axial abgrenzen.
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Zwischen dem Steg und der ersten Seitenwand kann (insbesondere in axialer Richtung) ein freier Querschnitt gebildet sein. Der freie Querschnitt dient vorzugsweise der Durchströmung mit Luft. Insbesondere ist der freie Querschnitt frei von Bauteilen, insbesondere frei von Stegen, Seitenwänden, Gehäuseteilen und/oder Filtermaterialien.
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Das Filtergehäuse kann einteilig ausgebildet sein. Das Filtergehäuse ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das den verhältnismäßig hohen Temperaturen bei einem Scheibenbremsvorgang widerstehen kann. Vorzugsweise ist das Filtergehäuse bei typischen Betriebstemperaturen von Scheibenbremsanordnungen, beispielsweise zwischen -20°C und 700°C, beständig. Geeignete Materialien für das Filtergehäuse umfassen beispielsweise Stahl. Der Steg kann aus dem gleichen Material wie das Filtergehäuse gefertigt sein, kann jedoch auch aus einem anderen Material bestehen, insbesondere einem hitzebeständigen Kunststoff.
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Es ist denkbar, ein Filtermedium im Filtergehäuse vorzusehen, welches aus einem Material gefertigt ist, das den verhältnismäßig hohen Temperaturen bei einem Scheibenbremsvorgang widerstehen kann. Das Filtermedium ist geeignet Bremsstaubpartikel zu binden oder rückzuhalten.
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In Ausführungsformen umfasst das Filtermedium ein flächiges Material mit Metallfasern, Glaskeramik und/oder temperaturbeständigen Kunststoffen. Vorzugsweise ist das eingesetzte Filtermaterial bei typischen Betriebstemperaturen von Scheibenbremsanordnungen, beispielsweise zwischen -20°C und 700°C, beständig. Bekannt sind Metallfaservliese, die als Filtermaterial eingesetzt werden können. Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass Filtermaterialien, die in Filteranordnungen für Kurbelwellengehäuseentlüftungen eingesetzt werden, als Filtermaterial in Bremsstaubpartikelfiltern geeignet sind.
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Der vorgeschlagene Bremsstaubpartikelfilter ist für beliebige Anwendungen bei Scheibenbremsen geeignet. Dabei kann der Bremsstaubpartikelfilter für stationäre oder mobile Anwendungen verwendet werden. Als mobile Anwendungen kommen beispielsweise Kraftfahrzeuge, wie Pkw, Lkw, Busse, Schienenfahrzeuge oder dergleichen, in Frage. Stationär können Wellenbremsen, wie sie in Wind- oder Wasserkraftanlagen eingesetzt werden, mit entsprechenden Bremsstaubpartikelfiltern ausgestattet werden.
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In Ausführungsformen des Bremsstaubpartikelfilters ist das Filtergehäuse eingerichtet, die Bremsscheibe zwischen den Seitenwänden über einen Ringsegmentabschnitt zu umschließen. Im Montagezustand des Bremsstaubpartikelfilters verläuft insbesondere eine Reibfläche der Bremsscheibe zwischen den Seitenwänden. Man kann sagen, dass die Seitenwände im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
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Der sich ergebende Ringsegmentabschnitt kann beispielsweise einen Winkelbereich von 90° oder mehr umfassen. In Ausführungsformen ergibt sich ein Ringsegmentwinkel von 40° bis 270°. Um den Bauraum, insbesondere bei einer Kfz-Bremsanordnung günstig auszunutzen, haben sich Ringsegmentwinkel zwischen 45° und 180° als geeignet erwiesen. Geeignete Ausführungsformen umfassen insbesondere einen Winkelbereich von 70° bis 130°, bevorzugt 80° bis 120°.
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Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der Steg ferner mit einer Tangentialkomponente in dem Innenraum.
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Die Tangentialkomponente erstreckt sich insbesondere senkrecht zur ersten und/oder zweiten Seitenwand. Dass der Steg eine Tangentialkomponente aufweist, bedeutet insbesondere, dass er im Winkel zur Axialrichtung angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Seitenwand und die zweite Seitenwand mit Hilfe eines zumindest teilumfänglich verlaufenden Umfangswandabschnitts und/oder einer Stirnwand miteinander verbunden, wobei sich ein Innenraum des Filtergehäuses von einer dem Bremssattel zugewandten, insbesondere offenen, Seite entlang der Seitenwände und/oder des Umfangswandabschnitts zu der Stirnwand erstreckt.
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Die Seitenwände können über einen Umfangswandabschnitt, welcher auch als eine Umfangswand ausgebildet sein kann, miteinander verbunden sein. Der Umfangswandabschnitt liegt im montierten Zustand insbesondere einer Umfangskante der Bremsscheibe gegenüber. Der Steg kann sich von dem Umfangswandabschnitt in den Innenraum des Filtergehäuses erstrecken. Der Steg kann dabei senkrecht zum Umfangswandabschnitt angeordnet sein. Der Steg kann am Umfangswandabschnitt befestigt sein, z.B. durch eine Steckverbindung und/oder eine Klebverbindung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Filtergehäuse einen dem Umfangswandabschnitt radial gegenüberliegenden Innenumfangswandabschnitt, wobei der Innenumfangswandabschnitt von der ersten Seitenwand in Richtung der zweiten Seitenwand hervorsteht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Steg eine flache Querschnittsform mit einer langen Achse und einer kurzen Achse auf. Insbesondere weist der Steg eine im Wesentlichen rechteckförmige Querschnittsform auf.
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Insbesondere gibt es mindestens eine Schnittfläche, die den Steg so schneidet, dass sich eine flache Querschnittsform mit einer langen Achse und einer kurzen Achse ergibt. Diese Querschnittsform kann rechteckig sein. Die Schnittfläche kann senkrecht zur ersten Seitenwand verlaufen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die kurze Achse entlang des ersten und/oder zweiten Kantenabschnitts.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der Steg so in dem Innenraum, dass die lange Achse des Stegquerschnitts im Montagezustand entlang einer axialen Richtung verläuft oder in einem spitzen Winkel zur axialen Richtung angestellt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der Steg zwischen dem Umfangswandabschnitt und dem Innenumfangswandabschnitt und/oder verbindet den Umfangswandabschnitt und den Innenumfangswandabschnitt miteinander.
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Der Steg kann am Umfangswandabschnitt und/oder am Innenumfangswandabschnitt befestigt sein, z.B. durch eine Steckverbindung und/oder eine Klebverbindung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Querschnittsfläche des Stegs entlang einer Schnittfläche, die sich entlang des Stegs und/oder senkrecht zur ersten Seitenwand erstreckt, kleiner als eine Fläche des freien Querschnitts entlang der Schnittfläche, insbesondere mindestens zweimal kleiner als die Fläche des freien Querschnitts, insbesondere mindestens viermal kleiner als die Fläche des freien Querschnitts.
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Ein Querschnittsverhältnis zwischen dem Steg und dem freien Querschnitt kann derart gewählt werden, dass ein Filtern des Bremsstaubs optimiert wird. Insbesondere ist die Größe des Stegs im Vergleich zum freien Querschnitt klein genug (beispielsweise weniger als die Hälfte des freien Querschnitts), um den Luftstrom nicht zu stark abzubremsen, aber groß genug (beispielsweise mindestens ein Sechstel der Fläche des freien Querschnitts), um eine effiziente Umleitung und/oder Umwirbelung der Luft zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Filtergehäuse mehrere Stege, die bevorzugt in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind.
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Die Umfangsrichtung kann im montierten Zustand die Tangentialrichtung bezeichnen. Die Stege können hinsichtlich ihrer Geometrien alle identisch zueinander ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, zumindest einen Teil der Stege unterschiedlich zueinander zu gestalten, z.B. um die Luftströmung zu optimieren. Mehrere Stege vorzusehen vervielfältigt insbesondere die Vorteile des Einzelstegs. Alle zuvor und im Folgenden beschriebenen Eigenschaften eines Stegs sind auch auf mehrere Stege anwendbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist im Innenraum des Gehäuses ferner ein zusätzlicher Steg mit einer Radialkomponente angeordnet, der einen der ersten Seitenwand gegenüberliegenden dritten Kantenabschnitt und einen der zweiten Seitenwand gegenüberliegenden vierten Kantenabschnitt aufweist,
wobei das Filtergehäuse geeignet ist, die Bremsscheibe derart aufzunehmen, dass der zusätzliche Steg axial zwischen der Bremsscheibe und der zweiten Seitenwand verläuft, und
wobei der Steg derart angeordnet ist, dass zwischen dem vierten Kantenabschnitt und der zweiten Seitenwand ein zusätzlicher freier Querschnitt gebildet ist.
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Der zusätzliche Steg kann im Wesentlichen wie der (erste) zuvor beschriebene Steg ausgebildet sein. Die Geometrie des zusätzlichen Stegs kann mit der des ersten Stegs identisch sein. Insbesondere unterscheidet sich der zusätzliche Steg nur durch seine Anordnung von dem ersten Steg. Der zusätzliche Steg ist insbesondere auf der Seite der zweiten Seitenwand angeordnet (und nicht auf der Seite der ersten Seitenwand, wie der erste Steg es ist). Der zusätzliche Steg kann die gleichen Vorteile wie der erste Steg mit sich bringen. Alle zuvor und im Folgenden beschriebenen Eigenschaften des (ersten) Stegs sind auch auf den zusätzlichen Steg anwendbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Steg über eine Schweißverbindung, Steckverbindung, Schraubverbindung, Nietverbindung, Biegeverbindung und/oder eine Bördelverbindung mit dem Filtergehäuse, insbesondere mit dem Umfangswandabschnitt und/oder dem Innenumfangswandabschnitt, verbunden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Scheibenbremsenanordnung mit einer Bremsscheibe, einem Bremssattel und Bremsstaubpartikelfilter gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts vorgeschlagen, wobei die Bremsscheibe teilumfänglich in dem Filtergehäuse aufgenommen ist, und wobei die Bremsscheibe zwischen dem zweiten Kantenabschnitt und der zweiten Seitenwand des Stegs verläuft.
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Das Filtergehäuse überdeckt dabei eine wenigstens abschnittsweise eine Reibfläche der Bremsscheibe in radialer Richtung entlang der Umfangsrichtung. Die Bremsscheibenanordnung kann auch einen oder mehrere an dem Bremssattel angeordnete Bremsbeläge aufweisen.
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Beim Bremsvorgang entstehen Bremsstaubpartikel im Wesentlichen an der Reibfläche und an den auf diese einwirkenden Bremsbeläge. Daher ist der Bremsstaubpartikelfilter mit seinem Filtergehäuse an der offenen Seite möglichst nahe an den Bremssattel angeordnet. Es ergibt sich beispielsweise eine Montagesituation, in der die Umfangwand einer Bremsscheibenumfangskante gegenüber verläuft.
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In Ausführungsformen ist die Scheibenbremsenanordnung mit einer innenbelüfteten Bremsscheibe ausgeführt. Eine innenbelüftete Bremsscheibe weist eine Bremsscheibenkante mit radialen Ausströmöffnungen auf. Im Inneren der Bremsscheibe verlaufen Luftkanäle zur Kühlung der Bremsscheibe, so dass die erhitzte kühlende Luft an den Ausströmöffnungen im Wesentlichen radial austritt. Es kann von Vorteil sein, die Umfangswand gegenüber der Bremsscheibenkante (bei außenbelüfteten Bremsscheiben) oder gegenüber den radialen Ausströmöffnungen luftdicht auszuführen.
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Gemäß einer Ausführungsform liegt zwischen dem zweiten Kantenabschnitt des Stegs und der Bremsscheibe ein Spalt vor, wobei der Spalt eine geringere Breite hat als der freier Querschnitt zwischen dem ersten Kantenabschnitt des Stegs und der ersten Seitenwand des Filtergehäuses.
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Der Spalt zwischen dem Steg und der Bremsscheibe ermöglicht die Relativbewegung der Bremsscheibe zum Steg, z.B. während der Fahrt eines Fahrzeugs. Der Spalt wird insbesondere so klein wie möglich ausgebildet, um die Rotation der Bremsscheibe zwar nicht zu hindern, aber mit dem Steg eine Umlenkung der Luft möglichst nahe an der Bremsscheibe zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Steg geeignet, entlang einer rotierenden Bremsscheibe strömende Luft umzuleiten.
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Die Luft umfasst insbesondere Bremsstaubpartikel, die bei einem Bremsvorgang durch Abrieb an einer Bremsscheibe und/oder Bremsbelägen entstehen. Die Luft rotiert beispielsweise tangential. Der Steg leitet die Luft beispielsweise radial nach außen um, insbesondere in Richtung der zugehörigen Seitenwand.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Verwendung eines Bremsstaubpartikelfilters gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts zum Filtern von entlang einer rotierenden Bremsscheibe strömenden Luft.
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Die Verwendung des Bremsstaubpartikelfilters ist insbesondere für Kraftfahrzeuge im Stadtverkehr geeignet. Es kommen sowohl Scheibenbremsenanordnungen in elektrisch oder hybridbetriebenen Fahrzeugen, wie auch in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor in Frage. Ebenso können Bremsstaubpartikelfilter in oder an Scheibenbremsenanordnungen von Schienenfahrzeugen, wie Zügen oder Straßenbahnen, Verwendung finden.
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Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zum Filtern von mit Bremsstaubpartikeln beladener Luft in oder an einer Scheibenbremsenanordnung, welche eine in eine Drehrichtung drehbaren Bremsscheibe, einen die Bremsscheibe umgreifenden Bremssattel, und mindestens einen Bremsbelag aufweist, insbesondere mit Hilfe eines Bremsstaubpartikelfilters gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts. Das Verfahren umfasst:
- in einem in der Drehrichtung dem Bremssattel nachgelagerten Filtergehäuse, welches die Bremsscheibe randseitig und umfangsseitig umgreift:
- Umlenken eines Luft-Bremsstaubpartikelstroms durch den Steg; und
- Führen des Luft-Bremsstaubpartikelstroms durch einen freien Querschnitt zwischen dem Steg und der ersten Seitenwand.
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Bei dem Verfahren zum Filtern von Bremsstaubpartikeln wird durch ein Umlenken des Luftbremsstaubpartikelstroms innerhalb eines Filtergehäuses der Luftstrom an den inneren Wänden des Filtergehäuses (insbesondere den Seitenwänden), die beispielsweise mit einem Filtermaterial belegt sein können, geführt und verlangsamt. Dadurch erhöht sich die Kontaktzeit zwischen den Staubpartikeln und dem Filtermedium oder den Gehäuseinnenseiten.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer vorgeschlagenen Scheibenbremsenanordnung.
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Die für den Bremsstaubpartikelfilter beschriebenen Merkmale gelten für die Scheibenbremsenanordnung, die Verwendung des Bremsstaubpartikelfilters, das Verfahren zum Filtern sowie das Fahrzeug entsprechend. Merkmale bezüglich der Verwendung des Bremsstaubpartikelfilters oder des Verfahrens zum Filtern von mit Bremsstaubpartikeln beladener Luft sind insbesondere funktionell auf die Eigenschaften des Bremsstaubpartikelfilters übertragbar.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Verfahrensschritte. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigt dabei:
- 1: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Scheibenbremsenanordnung;
- 2: eine seitliche Draufsicht der Scheibenbremsenanordnung gemäß 1;
- 3: eine Schnittansicht der Scheibenbremsenanordnung gemäß 1;
- 4: eine weitere Schnittansicht der Scheibenbremsenanordnung gemäß 1;
- 5: eine seitliche Draufsicht einer Ausführungsform eines Filtergehäuses eines Bremsstaubpartikelfilters für eine Scheibenbremsenanordnung gemäß 1 - 4;
- 6: eine perspektivische Ansicht des Filtergehäuses gemäß 5;
- 7: eine perspektivische Ansicht einer 1. Ausführungsform eines Bremsstaubpartikelfilters für eine Scheibenbremsenanordnung;
- 8: eine perspektivische Ansicht eines Stegs für den Bremsstaubpartikelfilter gemäß 7;
- 9: eine Schnittansicht entlang A-A der 8;
- 10: eine frontale Schnittansicht des Bremsstaubpartikelfilters gemäß 7;
- 11: eine weitere frontale Schnittansicht des Bremsstaubpartikelfilters gemäß 7;
- 12: eine perspektivische Ansicht einer 2. Ausführungsform eines Bremsstaubpartikelfilters für eine Scheibenbremsenanordnung;
- 13A: eine perspektivische Ansicht einer 3. Ausführungsform eines Bremsstaubpartikelfilters für eine Scheibenbremsenanordnung;
- 13B: eine Draufsicht einer Steganordnung im Bremsstaubpartikelfilter gemäß 13A;
- 14: eine frontale Schnittansicht einer 4. Ausführungsform eines Bremsstaubpartikelfilters für eine Scheibenbremsenanordnung;
- 15: eine frontale Schnittansicht einer 5. Ausführungsform eines Bremsstaubpartikelfilters für eine Scheibenbremsenanordnung; und
- 16: eine frontale Schnittansicht einer 6. Ausführungsform eines Bremsstaubpartikelfilters für eine Scheibenbremsenanordnung.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1, 2, 3 und 4 sind verschiedene Ansichten einer Ausführungsform einer Scheibenbremsenanordnung, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, dargestellt. Dabei ist in 1 eine perspektivische Ansicht der Scheibenbremsenanordnung 100, in 2 eine seitlich eine Ansicht und in 3, 4 Schnittansichten parallel zur Drehachse A gezeigt.
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Die Scheibenbremsenanordnung 100 umfasst eine Bremsscheibe 2, die in der dargestellten Ausführungsform mit einer Innenbelüftung ausgestattet ist. Die Bremsscheibe 2 hat einen radial innenliegenden Befestigungsteller 2E, der Befestigungsöffnungen 2F aufweist. In den Figuren ist jeweils nur eine Öffnung 2F mit Bezugszeichen versehen. Über dem Befestigungsteller 2E und die Befestigungsöffnungen 2F wird die Bremsscheibe 2 mithilfe geeigneter Befestigungsmittel, wie beispielsweise Radschrauben, an die Radaufhängung befestigt, so dass eine verdrehsichere Kopplung mit dem hier nicht dargestellten Fahrzeugrad bzw. den Felgen entsteht. An der umlaufenden Bremsscheibenkante 2D (vgl. 3) erkennt man radial nach außen gerichtete Ausströmöffnungen 2C. Aus den Ausströmöffnungen 2C strömt beim Betrieb der Bremse, die in Drehrichtung R rotiert, Luft zur Kühlung der Bremsscheiben 2. Zur Vereinfachung wird im Folgenden ein Bremsvorgang bei einer Vorwärtsfahrt betrachtet. Grundsätzlich lässt sich die Drehrichtung jedoch auch umkehren.
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In den Figuren ist eine Vorwärtsdrehrichtung R entgegen dem Uhrzeigersinn angedeutet. Diese wird im Weiteren als Vorwärtsdrehrichtung R bezeichnet. Die Drehachse A erkennt man in 2, 3 und 4. Durch die Orientierung der Bremsscheibe 2 ergibt sich eine axiale Erstreckungsrichtung AX (vgl. 1, 3 und 4), eine radiale Erstreckungsrichtung RX (vgl. 3) und eine umfängliche Erstreckungsrichtung CX (vgl. 2).
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In 2 ist im Wesentlichen eine Einbausituation der Bremsscheibe 2 und einen die Bremsschreibe 2 umgreifenden Bremssattel 4 angedeutet. Der Bremssattel 4 ist an einen Bremssattelhalter 3 gekoppelt, der ebenfalls die Bremsscheibe 2 umgreift. An dem Bremssattel 4 sind beidseitig der Bremsscheibe 2 Bremsbeläge 5 angeordnet, die mit Hilfe einer Bremshydraulik 8 (vgl. 3, 4) beim Bremsvorgang auf die Reibflächen 2A, 2B gedrückt werden.
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Der Bremssattelhalter 3 sowie der Bremssattel 4 werden über eine schwimmende Lagerung 9 von einem Bremssattelträger 6 gehalten. Durch eine schwimmende Lagerung 9 erfolgt eine automatische Zentrierung des Bremssattels 4 mit den Bremsbelägen 5, bezogen auf die Bremsscheibe 2, die zwischen den Greifarmen des Bremssattels 4 bzw. den beiden Bremsbelägen 5 liegt. In der dargestellten Ausführungsform ist der Bremssattel 4 in Vorwärtsrichtung F vor der Drehachse A angeordnet. Es sind auch Varianten denkbar, in denen der Bremssattel 4 hinter der Achse A vorgesehen ist.
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Da beim Bremsvorgang die Bremsbeläge 5 auf die Reibflächen 2A, 2B der Bremsscheibe 2 drücken, entsteht ein Abrieb an den Bremsbelägen 5 und grundsätzlich auch an der Bremsscheibe 2. Ein Teil dieser Bremsstaubpartikel werden durch die Rotation R der Bremsscheibe in Umfangsrichtung CX mitgerissen. Daher ist zum Auffangen dieses Bremsstaubs oder der Bremsstaubpartikel ein Bremsstaubpartikelfilter 1 in Drehrichtung R nach dem Bremssattel 4 vorgesehen. Detaillierte Seitenansichten und perspektivische Darstellungen des Filtergehäuses 10 des Bremsstaubpartikelfilters 1 sind in 5 und 6 wiedergegeben.
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Das Gehäuse 10 des Bremsstaubpartikelfilters 1 umgreift einen Bereich der Bremsscheibe 2 im Wesentlichen ringsegmentförmig. Dazu weist der Bremsstaubpartikelfilter 1 ein Gehäuse 10 auf. Das Gehäuse 10 hat zwei gegenüberliegende Seitenwände 11A, 11B, die über eine äußere Umfangswand 12 (Umfangswandabschnitt) miteinander zu einem etwa U-förmigen Querschnitt verbunden sind. In der Orientierung der 1, 3 und 4 ergibt sich eine äußere Seitenwand 11A, die im Montagezustand vom Fahrzeug wegweist. Die gegenüberliegende Seitenwand 11B (in der Orientierung der 3, 4 rechtsseitig) wird als innere Seitenwand 11B bezeichnet, da sie zum Fahrzeuginneren weist. Die Bremsscheibe 2 zwischen den beiden Seitenwänden 11A, 11B ist somit teilweise eingehaust.
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In radialer Richtung gegenüber der Umfangswand 12 verlaufen innere Innenumfangswandabschnitte 13A, 13B. Der außenliegende, radial innenliegende und axial außenliegende Innenumfangswandabschnitt ist mit 13A bezeichnet. Der radial innenliegende und axial innenliegende Innenumfangswandabschnitt ist mit 13B bezeichnet.
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Das Filtergehäuse 10 hat zum Bremssattel 4 hin eine Kante mit einer Anschlusskontur 14, so dass zwischen dem Bremssattel 4 und der Gehäusekante bzw. Anschlusskontur 14 ein Spalt 15 vorliegt. Die Gehäusekante 14 bildet eine bremssattelseitige Öffnung des Filtergehäuses 10. Das Filtergehäuse 10 erstreckt sich in Umfangsrichtung CX von der Anschlusskontur bzw. einer geöffneten Seite 14 des Gehäuses 10 hin bis zu einer Stirnwand 16. Die Stirnwand 16 verbindet die äußere Seitenwand 11A, die äußere Umfangswand 12 und die innere Seitenwand 11B miteinander. Zwischen den inneren Innenumfangswandabschnitten 13A, 13B liegt ein ringförmiger Schlitz 17 vor, in den die Bremsscheibe 2 mit ihrer Bremsscheibenkante 2D eingeführt werden kann. Die Gehäusewände 11A, 11B, 12, 13A, 13B, 16 umschließen einen Gehäuseinnenraum 20. In den Gehäuseinnenraum 20 dringt die Bremsscheibe 2 ein bzw. das Filtergehäuse 10 umschließt oder umfasst ein Ringsegment der Bremsscheibe 2. Das Filtergehäuse 10 oder Einbauten im Bremsstaubpartikelfilter 1 berühren die Bremsscheibe 2 nicht.
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In 5 sind mögliche Bemaßungen des Filtergehäuses 10 illustriert. 5 zeigt eine Seitenansicht von der Außenseite der Scheibenbremsenanordnung 100 in axialer Richtung. Man erkennt, dass die Seitenwände, insbesondere die in 5 sichtbare äußere Seitenwand 11A, eine Ringsegmentform hat. Das Filtergehäuse 10 wird von der Drehachse A gesehen radial innen durch die inneren Innenumfangswandabschnitte 13A, 13B (nicht gezeigt) begrenzt und radial außen durch die äußere Umfangswand 12. Dabei kann sich ein Innenradius RI durch den Abstand den inneren Innenumfangswandabschnitten 13A, 13B ergeben und ein äußerer Radius RO durch den Abstand der Umfangswand 12 von der Drehachse A. Die Differenz der Radien RO - RI kann als Höhe H des Filtergehäuses 10 bezeichnet werden. Die Länge des Filtergehäuses ergibt sich durch die Erstreckung entlang des Umfangs zwischen der dem Bremssattel 4 zugewandten offenen Seite 14 und der Stirnseite 16. Eine Breite W des Filtergehäuses 10 ergibt sich in seiner axialen Erstreckung durch den Abstand zwischen den beiden Seitenwänden 11A, 11B (vgl. 4 und 6).
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Beim Betrieb der Scheibenbremsenanordnung 100 und des Bremsstaubpartikelfilters 11 wird durch die Rotation R der Bremsscheibe 2 ein Luftstrom in Umfangsrichtung CX durch das Filtergehäuse 10 entlang der Drehrichtung R der Bremsscheibe 2 erzeugt.
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Im Inneren 20 des Filtergehäuses 10 können sich die Partikel entlang dem Strömungsweg im Filtergehäuse 10 durch Adhäsionskräfte an die Innenwände niederschlagen oder (hier nicht gezeigt) von geeigneten Filtermaterialien gebunden werden.
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Das Filtergehäuse 10 bzw. der Bremsstaubpartikelfilter 1 ist mit einem geeigneten Befestigungsmittel, beispielsweise einer Schraube, an dem Bremssattelhalter 3 befestigt. Man erkennt in 3 und 6 Befestigungsmittel 19.
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Der Bauraum im Bereich der Scheibenbremsenanordnung 100 insbesondere bei einer gelenkten Vorderachse eines Fahrzeugs kann Einfluss auf die Gehäuseform des Bremsstaubpartikelfilters 1 haben. Beispielsweise hat das Filtergehäuse 10 axial innenseitig einen in Richtung zum Inneren 20 des Filtergehäuses 10 gezogenen Bereich 18 zwischen der Stirnseite 16 und der Anschlusskontur 14. Insofern ergibt sich entlang der Umfangsrichtung CX eine veränderliche Breite des Querschnitts des Filtergehäuses 10.
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In 7 bis 16 sind einige Aspekte des eingesetzten Filtergehäuses 10 für Ausführungsformen von Bremsstaubpartikelfiltern erläutert. Die im Weiteren dargestellten Filtergehäuse oder Bremsstaubpartikelfilter sind zum Einsatz in Scheibenbremsenanordnungen 100, wie zuvor beschrieben, vorgesehen. Die im Weiteren verwendeten Bezugszeichen entsprechen den zu 1 bis 6 erläuterten Elementen der Scheibenbremsenanordnung und des Bremsstaubpartikelfilters, wobei auf die jeweiligen Bezugszeichen 100 addiert wurde. Beispielsweise entspricht die Seitenwand 111A des Filtergehäuses 101 aus 7 der Seitenwand 11A, wie sie in 1 bis 6 benannt ist. Insofern werden Scheibenbremsanordnungen gezeigt, die mit Bremsstaubpartikelfiltern 101 gemäß der folgenden Figuren ausgestattet sind.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Bremsstaubpartikelfilters 110 für eine Scheibenbremsenanordnung 100. Im Innenraum 120 des Filtergehäuses 101 ist ein Steg 130 angeordnet. Der Steg 130 ist als ein separates Bauelement ausgebildet und an dem Filtergehäuse 101 befestigt, indem ein Ende 130C des Stegs 130 in einen Befestigungsschlitz 135 im Innenumfangswandabschnitt 113A gesteckt ist. Ein anderes freies Ende 130D des Stegs 130 ist ebenfalls durch eine Steckverbindung an der Umfangswand 112 befestigt.
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Der Steg 130 hat die in 8 gezeigte flache längliche Quaderform. Die längste Kantenlänge des Stegs 130 ist diejenige, die sich entlang der Radialrichtung RX erstreckt, und hat eine Länge L1. Der Steg 130 hat ferner eine Stegweite W1 in axialer Richtung AX. Eine Höhe des Stegs 130 entlang der Umfangsrichtung CX wird ferner mit H1 bezeichnet.
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Wie in 9 gezeigt, ist der Steg 130 im Querschnitt 132 entlang der Schnittlinie A-A der 8 rechteckig. Der rechteckige Querschnitt 132 hat dabei eine kurze Achse 133, die sich entlang der Kantenabschnitte 130A, 130B erstreckt, sowie eine lange Achse 134, die sich entlang der Axialrichtung AX erstreckt.
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Ein erster Kantenabschnitt 130A ist gegenüber von der ersten Seitenwand 111A angeordnet. Ein zweiter Kantenabschnitt 130B ist der zweiten Seitenwand 111B gegenüber angeordnet. Der erste und der zweite Kantenabschnitt 130A, 130B sind parallel zueinander angeordnet und begrenzen den Steg 130 in axialer Richtung AX. In der Ausführungsform der 7 bis 11 erstreckt sich der Steg 130 entlang der Radialrichtung RX.
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Im montierten Zustand (10) verläuft der Steg 130 axial zwischen der Bremsscheibe 2 und der ersten Seitenwand 111A. Die Bremsscheibe 2 verläuft dabei zwischen dem zweiten Kantenabschnitt 130B und der zweiten Seitenwand 111B. Zwischen dem zweiten Kantenabschnitt 130B des Stegs 130 ist ein Spalt 136 vorgesehen, so dass eine Rotation der Bremsscheibe 2 ermöglicht wird.
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Zwischen dem ersten Kantenabschnitt 130A des Stegs 130 und der ersten Seitenwand 111A ist axial ein freier Querschnitt 131 gebildet. In 11 ist der freie Querschnitt 131 schraffiert dargestellt. Der freie Querschnitt 131 ist durch den ersten Kantenabschnitt 130A, der darüberliegenden Seitenwand 111A, der Umfangswand 112 und dem Innenumfangswandabschnitt 113A begrenzt. Der freie Querschnitt 131 erstreckt sich dabei entlang einer Fläche, die senkrecht zur ersten Seitenwand 111A liegt. Eine Querschnittsweite QW entlang der axialen Richtung AX ist in 11 eingezeichnet. Die Querschnittsweite QW ist größer als eine axiale Weite des Spalts 136. Ferner ist die Querschnittsweite QW größer als die Stegweite W1. Die Querschnittsweite QW ist in der vorliegenden Ausführungsform über vier Mal größer als die Stegweite W1.
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Im Einsatz des Bremsstaubpartikelfilters 110 strömt bremsstaubpartikelbeladene Luft entlang der rotierenden Bremsscheibe 2. Diese Luft wird durch den Steg 130, welcher im Strömungsgang der Luft als Störelement dient, umgeleitet. Dabei wird die Luft axial nach außen geleitet, so dass sie in Richtung der Innenseite 120 der ersten Seitenwand 111A strömt. Durch das Umleiten der Luft mit dem Steg 130 wird diese in das Filtergehäuse 101 geführt und verlangsamt. Die Seitenwand 111A ist mit einem Filtermaterial belegt. Durch die Umlenkung durch den Steg 130 erhöht sich die Kontaktzeit zwischen den Staubpartikeln und dem Filtermedium.
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In 12 bis 16 sind weitere unterschiedliche Ausführungsformen eines Bremsstaubpartikelfilters 110 für eine Scheibenbremsenanordnung 100 gezeigt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zur Ausführungsform gemäß 7 bis 11 beschrieben.
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12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Bremsstaubpartikelfilters 110 für eine Scheibenbremsenanordnung 100. Im Filtergehäuse 101 dieser Ausführungsform sind mehrere Stege 130 angeordnet. Die Stege 130 sind alle identisch ausgebildet und erstrecken sich alle entlang der Radialrichtung RX. Die Stege 130 sind entlang der Umfangsrichtung CX nebeneinander angeordnet.
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13A zeigt eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Bremsstaubpartikelfilters 110 für eine Scheibenbremsenanordnung 100. Wie in der ersten Ausführungsform (7 bis 11) ist nur ein einziger Steg 130 vorgesehen. Dieser ist jedoch in einem Winkel θ zur ersten Seitenwand 111A angeordnet. Dabei erstreckt sich der erste Kantenabschnitt 130A nicht parallel zur ersten Seitenwand 111A. Vielmehr erstreckt sich die kurze Achse 133 in einem Winkel θ zur Seitenwand 111A, wie in 13B gezeigt. Zwischen der langen Achse 134 und der Axialrichtung AX wird der spitze Winkel θ gebildet. Durch diesen Winkel θ erhält der Steg 130 eine zusätzliche Tangentialerstreckung entlang der Umfangsrichtung CX. Dadurch kann eine Umlenkung der Luft in der Scheibenbremsenanordnung 100 optimiert werden.
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14 zeigt eine frontale Schnittansicht einer vierten Ausführungsform eines Bremsstaubpartikelfilters 110 für eine Scheibenbremsenanordnung 100. Im Bremsstaubpartikelfilter 110 der 14 ist zusätzlich zum Bremsstaubpartikelfilter 110 der 7 bis 11 ein zusätzlicher Steg 140 im Gehäuse 101 vorgesehen. Der zusätzliche Steg 140 ist auf der anderen Seite der Bremsscheibe 2 als Steg 130 vorgesehen. Dadurch erfolgt eine in Axialrichtung AX symmetrische Luftströmungsumlenkung.
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Der zusätzliche Steg 140 ist identisch zum Steg 130 ausgebildet. Anstelle der ersten und zweiten Kantenabschnitte 130A, 130B weist er jedoch dritte und vierte Kantenabschnitte 140A, 140B auf. Der dritte Kantenabschnitt 140A liegt der ersten Seitenwand 111A gegenüber, während der vierte Kantenabschnitt 140B der zweiten Seitenwand 111B gegenüberliegt. Der zusätzliche Steg 140 erstreckt sich im montierten Zustand axial zwischen der zweiten Seitenwand 111B und der Bremsscheibe 2. Zwischen dem dritten Kantenabschnitt 140A und der Bremsscheibe 2 ist ebenfalls ein Spalt 136 gebildet. Zwischen dem vierten Kantenabschnitt 140B und der zweiten Seitenwand 111B erstreckt sich ein zusätzlicher freier Querschnitt 141, welcher symmetrisch zum (ersten) freien Querschnitt 131 ausgebildet ist und dieselben Eigenschaften aufweist.
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15 zeigt eine frontale Schnittansicht einer fünften Ausführungsform eines Bremsstaubpartikelfilters 110 für eine Scheibenbremsenanordnung 100. Die Stege 130, 140 unterscheiden sich von denen im Zusammenhang mit 14 beschriebenen Stegen 130, 140 dadurch, dass sie anstelle der Steglänge L1 eine kürzere Steglänge L2 haben. Ferner sind sie, so wie der Steg 130 der 13A und 13B, angewinkelt ausgerichtet.
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Die Stege 130, 140 der 15 erstrecken sich von den Innenumfangswänden 113A, 113B in Richtung der Umfangswand 112, ohne diese jedoch miteinander zu verbinden. Zwischen dem Endabschnitt 130D und der Umfangswand 112 ist in Radialrichtung RX ein Abstand d zwischen Steg 130, 140 und Umfangswand 112 vorgesehen. Auch dieser Abstand d kann zur verbesserten Strömungsführung dienen.
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16 zeigt eine frontale Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform eines Bremsstaubpartikelfilters 110 für eine Scheibenbremsenanordnung 100. Die Stege 130, 140 unterscheiden sich von denen im Zusammenhang mit 14 beschriebenen Stegen 130, 140 dadurch, dass eine Breite des Spalts 136 zur Bremsscheibe 2 axial erhöht ist. Dadurch ergibt sich beidseitig eine reduzierte Querschnittsweite QW, die kleiner als die Querschnittsweite QW ist.
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Obwohl die Erfindung vorliegend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar. So können z.B. Aspekte der Stege 130, 140, die im Zusammenhang mit 7 bis 16 beschrieben wurden, beliebig kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremsstaubpartikelfilter
- 2
- Bremsscheibe
- 2A, 2B
- Bremsscheibenreibfläche
- 2C
- Ausströmöffnung
- 2D
- Bremsscheibenkante
- 2E
- Befestigungsteller
- 2F
- Befestigungsöffnung
- 3
- Bremssattelhalter
- 4
- Bremssattel
- 5
- Bremsbelag
- 6
- Bremssattelträger
- 7
- Bremsleitungsanschluss
- 8
- Bremshydraulik
- 9
- schwimmende Lagerung
- 10
- Filtergehäuse
- 11A
- (äußere) Seitenwand
- 11B
- (innere) Seitenwand
- 12
- (äußerer) Umfangswandabschnitt
- 13A
- (innerer außenliegende) Innenumfangswandabschnitt
- 13B
- (innerer innenliegende) Innenumfangswandabschnitt
- 14
- Anschlusskontur
- 15
- Spalt
- 16
- Stirnwand
- 17
- Schlitz
- 18
- nach innen gezogener Gehäusebereich
- 19
- Filterbefestigung
- 20
- Gehäuseinnenraum
- 100
- Scheibenbremsenanordnung
- 101
- Filtergehäuse
- 110
- Bremsstaubpartikelfilter
- 111A
- (äußere) Seitenwand
- 111B
- (innere) Seitenwand
- 112
- (äußerer) Umfangswandabschnitt
- 113A
- (innerer außenliegende) Innenumfangswandabschnitt
- 113B
- (innerer innenliegende) Innenumfangswandabschnitt
- 120
- Innenraum
- 130
- Steg
- 130A
- erster Kantenabschnitt
- 130B
- zweiter Kantenabschnitt
- 130C
- freies Ende
- 130D
- freies Ende
- 131
- freier Querschnitt
- 132
- Querschnittsform
- 133
- kurze Achse
- 134
- lange Achse
- 135
- Befestigungsschlitz
- 136
- Spalt
- 140
- zusätzlicher Steg
- 140A
- dritter Kantenabschnitt
- 140B
- vierter Kantenabschnitt
- 141
- zusätzlicher freier Querschnitt
- A
- Drehachse
- AX
- axiale Erstreckungsrichtung
- CX
- umfängliche Erstreckungsrichtung
- d
- Abstand
- F
- Vorwärtsfahrrichtung
- H
- Höhe
- H1
- Steghöhe
- L1, L2
- Steglänge
- QW, QW'
- Querschnittsweite
- R
- Vorwärtsdrehrichtung
- RI
- Innenradius
- RO
- Außenradius
- RX
- radiale Erstreckungsrichtung
- W
- Weite
- W1
- Stegweite
- θ
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2019/048374 [0002]
- DE 19846887 A1 [0003]
