-
Technisches Gebiet
-
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 des Bremsstaubpartikelfilters zur Verringerung von Bremsstaubemissionen an Scheibenbremsen, sowie ein Verfahren zum Filtern von Bremsstaubpartikeln vorgeschlagen.
-
Stand der Technik
-
Scheibenbremsen mit einem den Abrieb von Bremsbacken und Bremsscheiben aufnehmenden Filter in einem die Bremsscheibe umgreifenden Gehäuse sind aus
CH 675 899 A5 bekannt. Dort ist in ein mehrschichtiges Filtermedium, welches der außenbelüfteten Bremsscheibe zugewandt ist, eine Einlage mit Leitelementen zum Abführen des Abriebs in das Innere des Filtermediums eingebettet.
-
EP 2 522 876 B1 beschreibt einen Filter für außenbelüftete Scheibenbremsen, bei dem seitlich der geschlossenen Bremsscheibe jeweils eine Verkleidung angebracht ist. Aus einem Spalt zwischen der Bremsscheibe und einer gegenüberliegenden nahen Seitenwand der Verkleidung wird mit Bremsstaub kontaminierte Luft durch ein in der Verkleidung parallel zur Bremsscheibe verlaufendes Filtermaterial gesogen. Zur Kühlung der Bremsscheibe sind in der Verkleidung auf die Reibflächen gerichtete Gebläse vorgesehen.
-
Aus
WO 2012/ 095 273 A1 ist ein Bremsstaubpartikelfilter für eine Scheibenbremsanordnung bekannt, welcher die Scheibenbremsanordnung umfassend eine Bremsscheibe und einen Bremssattel vollumfänglich einhaust. Der Bremsstaubpartikelfilter weist ein Gehäuse auf, welches in einem radial äußeren Bereich Ausströmöffnungen aufweist, die von einem Filtermedium überspannt sind. In einem radial inneren Bereich nahe der Bremsscheibe hat das Gehäuse Einströmöffnungen. Ein Bereich mit Ausströmöffnungen liegt an einer Umfangswand des Gehäuses vor, wobei die Umfangswand in einem Montagezustand radial gegenüberliegend zu Ausströmöffnungen einer innenbelüfteten Bremsscheibe der Scheibenbremsanordnung angeordnet ist.
-
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, verbesserte Maßnahmen zur Reduktion von Bremsstaubemissionen an Scheibenbremsenanordnungen zur Verfügung zu stellen.
-
Diese Aufgabe wird insbesondere durch Bremsstaubpartikelfilter, Bremsanordnungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
-
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Bremsstaubpartikelfilter für eine Scheibenbremsenanordnung mit einer innenbelüfteten Bremsscheibe, welche radiale Luftaustrittsöffnungen umfasst, bereitgestellt. Der Bremsstaubpartikelfilter umfasst dabei ein Filtergehäuse mit einer ersten Seitenwand und/oder einer zweiten gegenüberliegenden Seitenwand, welche mit Hilfe eines zumindest teilumfänglich verlaufenden Umfangswandabschnitts und einer Stirnwand miteinander verbunden sind. Der Umfangswandabschnitt hat mindestens eine sich umfänglich erstreckende Ausströmöffnung, die den Luftaustrittsöffnungen der Bremsscheibe in einem Montagezustand gegenüberliegt. Es ist ferner im Filtergehäuse ein in dem Montagezustand von den Luftaustrittsöffnungen der Bremsscheibe zu der Ausströmöffnung führender radialer Strömungskanal ausgebildet.
-
Der Bremsstaubpartikelfilter umfasst ferner eine luftdurchlässige seitliche Eintrittswand, welche in dem Montagezustand einer Reibfläche der Bremsscheibe zugewandt ist und von der ersten und/oder zweiten Seitenwand beabstandet angeordnet ist. Bevorzugt ist die seitliche Eintrittswand zwischen der ersten und zweiten Seitenwand angeordnet. Von der seitlichen Eintrittswand, der ersten und/oder zweiten Seitenwand und dem Umfangswandabschnitt ist dadurch ein seitlicher Eintrittsabschnitt begrenzt.
-
Der radiale Strömungskanal hat mindestens eine seitliche Öffnung, welche eine Fluidverbindung zu dem seitlichen Eintrittsabschnitt hat, so dass bei einer Durchströmung des radialen Strömungskanals ein Unterdruck in dem seitlichen Eintrittsabschnitt erzeugbar ist.
-
Eine solche seitliche Öffnung ermöglicht die Nutzung des radialen Strömungskanals als Düse, wobei an der seitlichen Öffnung der Kühlluftstrom im Montagezustand ausgehend von den Luftaustrittsöffnungen der Bremsscheibe vorbeiströmt und aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit einen relativen Unterdruck im seitlichen Eintrittsabschnitt hervorruft. Mit relativem Unterdruck ist hierbei ein Unterdruck in dem seitlichen Eintrittsabschnitt gegenüber einem jenseits der seitlichen Eintrittswand liegenden Bereich gemeint. Von dem seitlichen Eintrittsabschnitt gesehen jenseits der seitlichen Eintrittswand liegt, im Montagezustand unmittelbar an die Bremsscheibe angrenzend, ein Einströmabschnitt, der einen Rohluftbereich darstellt. Die Erfindung schafft es nun, zwischen diesem Einströmabschnitt als Rohluftbereich und dem Eintrittsabschnitt als Reinluftbereich ein besonders hohes Druckgefälle herzustellen.
-
In Ausführungen ist die seitliche Eintrittswand mittelbar oder unmittelbar mit einer Seitenwand, dem Umfangswandabschnitt sowie der Stirnwand fluiddicht verbunden, so dass der Eintrittsabschnitt noch besser als Reinluftbereich genutzt werden kann.
-
Hierdurch kann die Durchströmung des Filtermaterials und damit die Abscheideleistung Bremsstaubpartikelfilter verbessert werden. Alternativ kann ein Filtermedium eingesetzt werden, welches eine höhere Abscheideleistung und damit eine geringe Luftdurchlässigkeit bzw. höheren Druckverlust aufweist.
-
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.
-
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 bzw. zwischen seitlichen Eintrittswänden. In Ausführungsformen verlaufen die Seitenwände und die seitlichen Eintrittswände im Wesentlichen parallel zueinander.
-
Der zur Kühlung der Bremsscheibe benutzte Luftstrom (Innenbelüftung), der im Betrieb radial nach außen strömt, wird durch den Strömungskanal nach außerhalb des Filtergehäuses durch die Ausströmöffnung des Umfangwandanschnitts geleitet. Diese Kühlluftströmung kann genutzt werden, um innerhalb des Filtergehäuses Druckverhältnisse einzustellen, damit mit Bremsstaubpartikeln beladene Luft günstig durch ein Filtermedium geführt wird. Es ist insbesondere denkbar, unter Ausnutzung des Bernoulli-Effektes, die Kühlluftströmung innerhalb des Filtergehäuses wie bei einer Saugstrahlpumpe zu führen und so die Druckverhältnisse zwischen der Rohluft- und Reinluftseite im Inneren des Filtergehäuses anzupassen. Dadurch kann vorteilhaft der Abscheidegrad des Bremsstaubpartikelfilters erhöht werden.
-
In Ausführungsformen kann der seitliche Eintrittsabschnitt durch Einbauten im Filtergehäuse in Fluidverbindung mit dem Kühlluftstrom gebracht werden, so dass mit Bremsstaubpartikel beladene Luft in den Bremsstaubpartikelfilter gesogen wird.
-
Die Ausströmöffnung und/oder der radiale Strömungskanal können sich beispielsweise teilumfänglich schlitzförmig erstrecken. In Ausführungsformen können an der Ausströmöffnung Leitelemente vorliegen, welche mit einer Radialkomponente von dem Umfangswandabschnitt abstehen, insbesondere nach radial innen abstehen, wobei bevorzugt die Leitelemente eine Krümmung und/oder Anstellung gegenüber der Axialrichtung aufweisen. Es ist hierdurch möglich neben der radialen Ausströmung der Kühlluft durch Luftleitelemente einen tangentialen oder umfänglichen Strömungsanteil zu realisieren, welcher eine möglichst gute umfängliche Durchströmung des Abströmkanals ermöglicht.
-
Die hier und im Weiteren vorgeschlagenen Ausführungsformen des Bremsstaubpartikelfilters eignen sich für ein Verfahren zum Filtern von mit Bremsstaubpartikeln beladener Luft in oder an einer innenbelüfteten Scheibenbremsenanordnung, welche eine in einer Drehrichtung drehbare Bremsscheibe mit radialen Luftaustrittsöffnungen umfasst. Der Bremsstaubpartikelfilter umfasst dabei in einem in der Drehrichtung einem Bremssattel nachgelagertes Filtergehäuse, welches die Bremsscheibe randseitig und umfangsseitig umgreift. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- radiales Abführen eines von den Luftaustrittsöffnungen austretenden radialen Luftstroms; und
-
Zuführen eines, insbesondere gefilterten, Luft-Bremsstaubpartikelstroms von einer Reibfläche der Bremsscheibe von der Seite in den radialen Luftstrom.
-
Der vorgeschlagene Bremsstaubpartikelfilter ist für beliebige Anwendungen bei Scheibenbremsen mit einer Innenbelüftung 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.
-
In einem Innenraum des Filtergehäuses ist an der seitlichen Eintrittswand ein Filtermaterial angeordnet, wobei bevorzugt das Filtermaterial luftdurchlässige Bereiche der seitlichen Eintrittswand vollständig abdeckt. Das Filtermaterial kann flächig der Reibfläche der Bremsscheibe gegenüber angeordnet sein. Denkbar ist ferner eine Verkleidung der Innenseiten der Seitenwände mit einem Filtermaterial.
-
Durch die luftdurchlässige seitliche Eintrittswand, welche beispielsweise abschnittsweise parallel zu einer der Seitenwände verläuft, wird eine Kammer gebildet, in der mit Bremsstaubpartikel beladene Luft einströmen und abbremsen kann. In Ausführungsformen passiert die Rohluft ein an der Eintrittswand angebrachtes Filtermaterial, so dass die Kammer einen Reinluftbereich bildet. Es wird ermöglicht, dass sich die Bremsstaubpartikel in dem Filtergehäuseinneren, insbesondere im Filtermaterial oder in der Kammer, ablagern und nicht in die Umwelt gelangen. 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 eingerichtet, Bremsstaubpartikel zu binden oder rückzuhalten.
-
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. Das Filtermaterial ist insbesondere flächig und flexibel formbar. Denkbar sind auch selbsttragende, beispielsweise gesinterte, Vliesmaterialien aus einem temperaturbeständigen Fasermaterial. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Filtermedium eine oder mehrere Falten auf und liegt besonders bevorzugt in Form eines Filterbalgs umfassend eine Vielzahl an Falten vor.
-
Als Materialien für das Filtergehäuse und Einbauten, wie luftdurchlässige Zwischenwände, Kanalwände oder Luftleitelemente, kommen beispielsweise geeignete Kunststoffe, Sintermaterialien oder Metall in Frage.
-
Vorzugsweise ist zumindest eine Seitenwand, bevorzugt beide Seitenwände, luftdicht verschlossen, so dass sich ein Innenraum im Filtergehäuse bildet, der durch ein Filtermaterial in einen Rohluft- und einen Reinluftbereich getrennt wird.
-
In Ausführungsformen hat der radiale Strömungskanal einen den Luftaustrittsöffnungen in dem Montagezustand zugewandten offenen radialen Eintrittsabschnitt, welcher von dem seitlichen Eintrittsabschnitt mit Hilfe einer Trennwand abgegrenzt ist, in der die seitliche Öffnung vorliegt. Man kann sagen, dass der radiale Strömungskanal von der Trennwand gebildet wird, die sich radial von der Kante der Bremsscheibe in Richtung der Ausströmöffnung erstreckt.
-
Der radiale Strömungskanal kann sich im Querschnitt von dem radialen Eintrittsabschnitt zu der Ausströmöffnung hin nach außen vergrößern. Insbesondere kann sich der Querschnitt des radialen Strömungskanals stromabwärts der seitlichen Öffnung vergrößern. Eine Stauung von Kühlluft kann dadurch verhindert oder zumindest verringert werden. Ferner stellt die Querschnittserweiterung einen Düseneffekt bereit, der die hierin weiter oben beschriebene Unterdruckwirkung auf den seitlichen Eintrittsabschnitt erhöht. Insofern wird ein guter radialer Abtransport von gereinigter Luft und Kühlluft ermöglicht.
-
In Ausführungen kann sich bezüglich einer Axialrichtung in dem Montagezustand die Seitenwand bzw. die Seitenwände im Wesentlichen in Normalenrichtung erstrecken und/ oder der Umfangswandabschnitt im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken und/ oder die Stirnwand im Wesentlichen in Radialrichtung erstrecken und/oder die seitliche Eintrittswand im Wesentlichen in Normalenrichtung erstrecken.
-
In Ausführungsformen hat der Bremsstaubpartikelfilter einen weiteren Gehäuseabschnitt, welcher zwei gegenüberliegende luftdichte Seitenwände, welche mit einer umfänglich verlaufenden luftdichten Umfangswand miteinander verbunden sind. Die luftdichte Umfangswand umspannt in dem Montagezustand in Ausführungsformen einen Bremssattelhalter, Bremssattel und/oder Bremssattelträger zumindest teilweise umfänglich. Der weitere Gehäuseabschnitt ermöglicht insbesondere eine verbesserte Strömungsführung in Umfangsrichtung innerhalb des Filtergehäuses. Vorzugsweise umschließt der weitere Gehäuseabschnitt teilumfänglich die Bremsscheibe und ist geeignet, radial aus der Bremsscheibe ausströmende Kühlluft zu sammeln und in den in Strömungsrichtung nachgelagert angeordneten Filtergehäuseteil zu leiten. Der weitere Gehäuseabschnitt kann als separates Zusatzteil gefertigt sein.
-
In Ausführungsformen umfasst der Bremsstaubpartikelfilter ein erstes Umfangssegment des Umfangswandabschnitts, das frei von radialen Ausströmöffnungen ist, während ein zweites Umfangsegment mit mindestens einer Ausströmöffnung versehen ist. Durch beispielsweise in Drehrichtung der Bremsscheibe umfänglich nur am Ende vorgesehene Ausströmöffnungen kann eine günstige Druckverteilung im Gehäuseinnenraum erzielt werden.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt über einen Umfang des Umfangswandabschnitts verteilt eine Mehrzahl an Ausströmöffnungen vor, insbesondere in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander.
-
In Ausführungsformen ist die Ausströmöffnung, bevorzugt die Mehrzahl an Ausströmöffnungen, teilumfänglich, insbesondere zum Ausbilden eines in Umfangsrichtung verlaufenden Abströmkanals, radial außenseitig von einem weiteren Umfangswandabschnitt abgedeckt. Dadurch kann die eine umfänglich geführte Strömung am äußeren Randabschnitt des Filtergehäuses erzielt werden. Der Abströmkanal ist vorzugsweise stirnseitig offen. Der weitere Umfangswandabschnitt ist insbesondere radial nach außen von dem (inneren Umfangswandabschnitt) beabstandet.
-
Der weitere Gehäuseabschnitt kann einen in Umfangsrichtung verlaufenden weiteren Kanal umfassen, welcher in den Abströmkanal mündet.
-
Ferner kann der weitere Kanal an seinem dem Abströmkanal fernen Ende eine Luftzuführöffnung aufweisen, die in dem Montagezustand in Vorwärtsfahrtrichtung ausgerichtet ist, so dass dem weiteren Kanal fahrtwindgetrieben ein Luftstrom zuführbar ist.
-
Hierdurch kann der Fahrtwind genutzt werden, um in dem weiteren Kanal des weiteren Gehäuseabschnitts und in der Folge auch in dem Abströmkanal eine Umfangsströmung zu erzeugen, die die Unterdruckerzeugung in dem seitlichen Eintrittsabschnitt des Filtergehäuses aufgrund des Bernoulli-Effekts vermittels einer Strömungsgeschwindigkeitserhöhung unterstützt. Man könnte den weiteren Gehäuseabschnitt daher auch als „Bernoulli-Booster“ bezeichnen, welcher die erfindungsgemäße Erzeugung und Ausnutzung eines relativen Unterdrucks in dem seitlichen Eintrittsabschnitt optimiert und damit dazu beiträgt, eine Durchströmung des Filtermediums auf der seitlichen Eintrittswand zu verbessern.
-
In Ausführungen kann sich der weitere Kanal in Umfangsrichtung verjüngen, insbesondere hinsichtlich seiner Radialerstreckung, wobei sich der weitere Kanal bevorzugt in einer Richtung verjüngt, die einer Vorwärtsdrehrichtung in dem Montagezustand entspricht. Über eine derartige Verengung des Strömungsquerschnitts wird die Effektivität des weiteren Gehäuseabschnitts als „Bernoulli-Booster“ nochmals verbessert, da hierdurch eine der Unterdruckerzeugung zuträgliche Strömungsbeschleunigung erreicht wird.
-
Es kann also durch einen derart ausgebildeten weiteren Gehäuseabschnitt eine erhöhte dem Umfang folgende oder tangentiale Strömungsgeschwindigkeit radial außerhalb des radialen Strömungskanals erzielt werden. Aufgrund des Bernoulli-Effektes wird dann die Mischung aus der Kühlungsluft der Bremsscheibe und der gefilterten Bremsstaubpartikelluft aus dem Innenraum abgesogen.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Scheibenbremsenanordnung mit einer innenbelüfteten Bremsscheibe vorgeschlagen, bei der insbesondere ein Bremsstaubpartikelfilter - wie zuvor und im Folgenden beschrieben ist - eingesetzt wird. Denkbar ist ferner ein Satz aus einer innenbelüfteten Bremsscheibe mit radialen Luftaustrittsöffnungen und einem wie zuvor und im Folgenden beschriebenen Bremstaubpartikelfilter.
-
In einer Ausführungsform der Scheibenbremsenanordnung ist diese mit einer innenbelüfteten Bremsscheibe, welche radiale Luftaustrittsöffnungen umfasst, und mit einem Bremsstaubpartikelfilter versehen, wobei das Filtergehäuse die Bremsscheibe in axialer Richtung überspannt und die Ausströmöffnung den Luftaustrittsöffnungen gegenüber angeordnet ist.
Es wird insofern eine Scheibenbremsenanordnung mit einer innenbelüfteten Bremsscheibe, welche radiale Luftaustrittsöffnungen umfasst, und einem Bremsstaubpartikelfilter vorgeschlagen. Der Bremsstaubpartikelfilter umfasst dabei ein Filtergehäuse mit einer ersten Seitenwand und einer zweiten gegenüberliegenden Seitenwand, welche mithilfe eines zumindest teilumfänglich verlaufenden Umfangswandabschnitts und einer Stirnwand miteinander verbunden sind. Der Umfangswandabschnitt hat mindestens eine sich umfänglich erstreckende Ausströmöffnung, die den Luftaustrittsöffnungen der Bremsscheibe gegenüberliegt. Es ist ferner ein von den Luftaustrittsöffnungen zu der Ausströmöffnung führender radialer Strömungskanal ausgebildet.
-
Beim Bremsvorgang entstehen Bremsstaubpartikel im Wesentlichen an der Reibfläche und an den auf diese einwirkenden Bremsbelägen. Daher ist der Bremsstaubpartikelfilter mit seinem Filtergehäuse an der offenen Seite möglichst nahe an dem Bremssattel angeordnet. Ferner ist der radiale Eintrittsabschnitt möglichst nahe an der Bremsscheibenkante angeordnet.
Die für den vorgeschlagenen Bremsstaubpartikelfilter beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Scheibenbremsenanordnung entsprechend.
-
Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Verwendung des Bremsstaubpartikelfilters gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts zum Filtern von mit Bremsstaubpartikeln beladener Luft in oder an einer Scheibenbremsenanordnung vorgeschlagen. 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. Außerdem können solche Bremsstaubpartikelfilter mit Scheibenbremsen in oder an Zweirädern verwendet werden.
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.
-
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.
-
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.
-
Figurenliste
-
- 1: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Scheibenbremsenanordnung;
- 2: eine seitliche Draufsicht der Scheibenbremsenanordnung gemäß 1;
- 3: eine Frontalansicht der Scheibenbremsenanordnung aus der Fahrtrichtung gemäß 1 und 2;
- 4: eine Schnittansicht der Scheibenbremsenanordnung mit Details des Filtergehäuses gemäß 1 - 3;
- 5: eine perspektivische Ansicht des Filtergehäuses e der Scheibenbremsenanordnung gemäß 1 - 4;
- 6: eine weitere perspektivische Ansicht Filtergehäuses aus 5 mit Teilschnitten.
- 7: eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Scheibenbremsenanordnung;
- 8: eine seitliche Draufsicht der Scheibenbremsenanordnung gemäß 7;
- 9: eine Schnittansicht der Scheibenbremsenanordnung gemäß 7 und 8;
- 10: eine seitliche Schnittansicht der Scheibenbremsenanordnung gemäß 7 - 9.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
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 und 4 Schnittansichten parallel zur Drehachse A der Bremsscheibe gezeigt. 4, 5 und 6 gehen näher auf die Ausführung des Filtergehäuses 101 ein.
-
Die Scheibenbremsenanordnung 100 umfasst eine Bremsscheibe 2 mit einer Innenbelüftung zur Kühlung derselben. Dazu sind im Inneren radial verlaufende (hier nicht sichtbare Kühlungskanale) für Kühluftströme. Die Bremsscheibe 2 hat einen radial innen liegenden Befestigungsteller 2E, der Befestigungsöffnungen 2F aufweist. In den Figuren ist jeweils nur eine Öffnung 2F mit Bezugszeichen versehen. Mit dem Befestigungsteller 2E bzw. den 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 des Fahrzeugs bzw. bei in Drehrichtung R rotierender Bremsscheibe 2, Luft zur Kühlung der Bremsscheibe 2. Zur Vereinfachung wird im Folgenden ein Bremsvorgang bei einer Vorwärtsfahrt betrachtet. Grundsätzlich lässt sich die Drehrichtung jedoch auch umkehren.
-
In den Figuren ist eine Vorwärtsdrehrichtung mit R bezeichnet. Die Drehachse A erkennt man in 2 und 3. Durch die Orientierung der Bremsscheibe 2 ergibt sich eine axiale Erstreckungsrichtung AX (vgl. 1 und 3), eine radiale Erstreckungsrichtung RX (vgl. 2 und 4) und eine umfängliche Erstreckungsrichtung CX (vgl. 2).
-
In 2 ist im Wesentlichen eine Einbausituation der Bremsscheibe 2 mit einem 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 mithilfe einer Bremshydraulik 8 (1) beim Bremsvorgang auf die Reibflächen 2A, 2B gedrückt werden.
-
Der Bremssattelhalter 3 sowie der Bremssattel 4 werden von einem Bremssattelträger 6 gehalten. 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.
-
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 wird 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 umfänglich hinter dem Bremssattel 4 vorgesehen.
-
Es ist wünschenswert, möglichst viele der Bremsstaubpartikel durch in dem Filtergehäuse 10 vorgesehene Filtermedien zurückzuhalten. Bei den erläuterten Ausführungsformen wird durch eine angepasste Filtergehäuseform die radial aus den Luftaustrittsöffnungen 2C der Bremsscheibe 2 austretende Kühlluftströmung genutzt, um mit Bremsstaubpartikeln kontaminierte Luft von den Reibflächen 2A, 2B in das Filtergehäuse 10 wegzusaugen.
-
Eine Seiten- und Schnittansichten des Filtergehäuses 10 sowie perspektivische Darstellungen sind in 3 - 6 wiedergegeben. In 4, 5 und 6 sind Aspekte des in 1 und 2 mit 10 bezeichneten Filtergehäuses 10 näher erläutert. Dabei entsprechen die Bezugszeichen 100, dem Gehäuse 10 und 111A, 111 B den Bezugszeichen 11A, 11 B.
-
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 miteinander zu einem etwa U-förmigen Querschnitt verbunden sind. In der Orientierung der 1 und 2 ergibt sich eine äußere Seitenwand 11A, die im Montagezustand vom Fahrzeug wegweist. Die gegenüberliegende Seitenwand 11 B (in der Orientierung der 3 und 4 rechtsseitig) wird als innere Seitenwand 11 B bezeichnet, da sie zum Fahrzeuginneren weist. Die Bremsscheibe 2 zwischen den beiden Seitenwänden 11A, 11 B ist somit teilweise eingehaust.
-
In radialer Richtung gegenüber der Umfangswand 12 verlaufen innere Umfangskantenabschnitte 13A, 13B. Der außen liegende, radial innen liegende und axial außen liegende Umfangskantenabschnitt ist mit 13A bezeichnet. Der radial innen liegende und axial innen liegende Umfangskantenabschnitt ist mit 13B bezeichnet.
-
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 gewisser 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 Umfangskantenabschnitten 13A, 13B liegt ein ringförmiger Schlitz vor, in den die Bremsscheibe 2 mit ihrer Bremsscheibenkante 2D eingeführt werden kann.
-
Die Gehäusewände 11A, 11B, 12, 13A, 13B und 16 umschließen einen Gehäuseinnenraum mit weiteren Einbauten, die in 4, 5 und 6 näher reläutert sind. 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.
-
In 4 sind Details der Einbauten des Filtergehäuses 10, 101 aus 1 - 3 im Querschnitt dargestellt. Man erkennt die Bremsscheibe 2 mit einem innenliegenden Kühlkanal, durch den ein Kühlluftstrom I (gestrichelter Pfeil) radial durch die kantenseitige Luftaustrittsöffnung 2C, in der Orientierung der 4 nach unten, abströmt. Das Filtergehäuse 101 umfasst axial von außen nach innen zwei Seitenwände 111A und 111B jeweils gegenüberliegende Eintrittswände 117A, 117B, welche im Montagezustand den Reibflächen 2A, 2B der Bremsscheibe 2 gegenüber angeordnet sind. Umfangsseitig sind die beiden Seitenwände 111 A, 111 B über die im Schnitt von einer radialen Ausströmöffnung 112C unterbrochenen Umfangswand 112A, 112B verbunden. Stirnseitig ist eine Stirnwand 116 vorgesehen (vgl. 5 und 6).
-
Die Ausströmöffnung 112C ist dabei den rotierenden Luftaustrittsöffnungen 2C der Bremsscheibe 2 gegenüber vorgesehen und ist in der Art eines Schlitzes entlang des Umfangs (vgl. 5 und 6) ausgeführt. Es wird daher ein radialer, als Blockpfeil angedeuteter Strömungskanal 7 gebildet, der von zwei Seitenwänden oder Trennwänden 118A, 118B, die von einem radialen Eintrittsabschnitt 9 (vgl. 6) zur Ausströmöffnung 112C verlaufen, gegen einen Innenraum 120A, 120B des Filtergehäuses 101 begrenzt ist. Die schlitzförmige Ausströmöffnung 112C ist in einem von der Stirnwand 116 umfänglich verlaufenden Segment des Filtergehäuses 101 gebildet. Das mit einem gestrichtelten Pfeil in 2 markierte Segment ist frei von radialen Ausströmöffnungen.
-
Der radiale Eintrittsabschnitt 9 kann als schlitzförmige Öffnung an der radialen Innenseite direkt gegenüber der Luftausströmöffnungen 2C gebildet sein. Der zwischen der innenseitigen Schlitzöffnung 9 und der radial beabstandeten Ausströmöffnung 112C verlaufenden Strömungskanal 7 hat dabei seitliche Öffnungen 119A, 119B, die eine Fluidverbindung zum Rohluftbereich 121A bzw. 121B schaffen. Der Rohluftbereich 121A, 121B liegt zwischen der jeweiligen Reibfläche 2B der Bremsscheibe 2 und der luftdurchlässigen seitlichen Eintrittswand 117A, 117B.
-
Die seitlichen Eintrittswände 117A, 117B sind als Gitter ausgeführt, wie man in 5 und 6 erkennen kann, und begrenzen zusammen mit der inneren und äußeren Seitenwand 111A, 111B und der Umfangswand 112A, 112B einen jeweiligen seitlichen Eintrittsabschnitt 120A, 120B, der als Reinluftbereich bezeichnet werden kann. An den seitlichen Eintrittswänden 117A, 117B ist ein Filtermedium 125 angebracht, so dass mit Bremsstaubpartikeln beladene Luft beim Durchtritt gereinigt wird. Zwischen den beiden Filtermaterialwänden 125 und der Bremsscheibe 2 liegt insofern ein Rohluftbereich 121A, 121B vor.
-
Rotiert die Bremsscheibe 2, wird radial Kühlluft I durch den Strömungskanal 7 gefördert. Beim Bremsen entstehen im Rohluftbereich 121A, 121B Bremsstaubpartikel in der Luft. Aufgrund des Bernoulli-Effektes ergibt sich wegen der Kühlluftströmung (gestrichelte Pfeile im Strömungskanal 7) an den seitlichen Öffnungen 119A, 119B im Vergleich zum Innenraum 120A, 120B ein Druckabfall. In dem Strömungskanal ist der statische Druck niedrig und der dynamische Druck hoch. Dadurch entsteht zunächst ein axialer Luft-Bremsstaubpartikelstrom (gerade, gestrichpunktete Pfeile), der durch das Filtermaterial 125 tritt. Die gereinigte Luft strömt dann vom Reinluftbereich bzw. Eintrittsabschnitt 120A, 120B weiter zu den seitlichen Öffnungen 119A, 119B in der Trennwand 118A, 118B, was durch die geschwungenen und getrichpunkteten Pfeile angedeutet ist, und wird von dem Kühlluftstrom durch die Ausströmöffnung 112C fortgetragen.
-
Unter Ausnutzung der Kühlluftströmung, welche aufgrund der Filtergehäusegeometrie oder mithilfe der Einbauten entlang einer oder mehrerer Öffnungen, die eine Fluidverbindung zum Bereich hinter dem Filtermaterial schaffen, wird ein Unterdruck erzielt, wodurch mit Bremsstaub beladene Luft von den Reibflächen abgesaugt werden kann. Insgesamt kann dadurch die Filter- bzw. Reinigungswirkung erhöht werden. Die Feinstaubbelastung in der Luft durch Emissionen von Scheibenbremsenanordnungen kann somit reduziert werden.
-
7, 8 und 9 zeigen Weiterbildungen für Bremsstaubpartikelfilter, um die Absaugwirkung durch eine Strömungsführung der Kühlluft von innenbelüfteten Scheibenbremsen weiter zu erhöhen. Im Wesentlichen sind dieselben Bezugszeichen, wie in 1 - 6 verwendet, und im Folgenden sind nur die Unterschiede oder zusätzlichen Elemente näher erläutert.
-
Der Bernoulli-Effekt, und damit der Druckabfall von der Rohlufteinströmung zum Austritt aus dem Filtergeäuseinneren, kann weiter verstärkt werden, indem neben der radialen Abströmung des Kühlluftstroms weitere Luftströmungen zur Erhöhung des dynamischen Drucks an den seitlichen Öffnungen 119A, 119B genutzt werden. Es ist insbesondere denkbar, neben der radialen Kühlluftströmung eine weitere Strömungskomponente in Umfangsrichtung zu schaffen.
-
Die weitere Ausführungsform des Bremsstaubpartikelfilters 101' hat einen zusätzlichen Gehäuseabschnitt 18, der in Umfangsrichtung R vor dem ersten Filtergehäuseabschnitt 10 angeordnet ist. Der weitere oder zusätzliche Gehäuseteil 18 hat dabei zwei Seitenwände 19A, 19B und eine diese U-förmig verbindende Umfangswand 21. Ferner bildet eine Stirnseite 20 den stirnseitigen Abschluss. Der zweite Gehäuseteil umgreift die Bremsscheibe 2 kreissegmentförmig und hat keine radialen Ausströmöffnungen. Im mit dem gestrichtelten Doppelpfeil markierten Segment in 8 ist das gesamte Filtergehäuse 10, 18 frei von radialen Ausströmöffnungen. Entlang der Umfangsrichtung CX bildet der zweite Gehäuseabschnitt 18 einen Kanal 23 aus, durch den eine durch den Fahrtwind induzierte Strömung geleitet und in einen Abströmkanal 22 des ersten Gehäuseteils 10 eingeleitet wird.
-
Der Abströmkanal 22 ist durch eine umfänglich verlaufende Abdeckung 17 des Öffnungsschlitzes 112C gebildet. Dazu ist ein parallel zur Umfangswand 112A, 112B verlaufender radial beabstandeter weiterer Umfangswandabschnitt 17 vorgesehen. Durch die Zusammenschaltung der Kanäle 22 und 23 wird neben der in 9 angedeuteten radialen Strömung (Blockpfeil 7) eine zusätzliche tangentiale Strömung, in 9 aus der Ebene heraus, erzielt und damit der Sog an den Öffnungen 119A, 119B verstärkt.
-
Darüber hinaus sind radiale Luftleitelemente 24 vorgesehen, die von der Umfangswand 112A, 112B abstehen. Solche Leitschaufeln verbessern weiter die Abströmung der aus dem Reinluftbereich 120A, 120B austretenden Luft.
-
Insgesamt wird durch die vorgeschlagenen Maßnahmen eine verbesserte Filterwirkung erzielt, weil die zu filternde Luft gezielt von der Bremsscheibe weg durch das Filtermaterial gesogen wird. Die Weiterbildungsaspekte der radialen Luftleitelemente 24, des zusätzlichen Gehäuseteils 18 und der Abdeckung 17 können unabhängig voneinander implementiert werden. Diese Aspekte wurden lediglich zur Erläuterung an einem Bremsstaubpartikelfilter 101' dargestellt. Sofern es nicht explizit anders angegeben ist, sind die Gehäusewände luftundurchlässig ausgeführt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Bremsstaubpartikelfilter
- 2
- Bremsscheibe
- 2A, 2B
- Bremsscheibenreibfläche
- 2C
- Luftaustrittsöffnung
- 2D
- Bremsscheibenkante
- 2E
- Befestigungsteller
- 2F
- Befestigungsöffnung
- 3
- Bremssattelhalter
- 4
- Bremssattel
- 5
- Bremsbelag
- 6
- Bremssattelträger
- 7
- Kanal
- 8
- Bremshydraulik
- 9
- radialer Eintrittsabschnitt
- 10
- Filtergehäuse
- 11A
- (äußere) Seitenwand
- 11B
- (innere) Seitenwand
- 12
- (äußere) Umfangswand / Umfangswandabschnitt
- 13A
- (innerer außenliegender) Umfangskantenabschnitt
- 13B
- (innerer innenliegender) Umfangskantenabschnitt
- 14
- Anschlusskontur
- 15
- Spalt
- 16
- Stirnwand
- 17
- Abdeckung
- 18
- Gehäuseabschnitt
- 19A
- Seitenwand
- 19B
- Seitenwand
- 20
- Stirnwand
- 21
- Umfangswand
- 22
- Abströmkanal
- 23
- Anströmkanal
- 24
- Leitelement
- 100
- Scheibenbremsenanordnung
- 101
- Filtergehäuse
- 101'
- Filtergehäuse
- 111A
- (äußere) Seitenwand
- 111B
- (innere) Seitenwand
- 112A
- Umfangswandabschnitt
- 112B
- Umfangswandabschnitt
- 112C
- Ausströmöffnung
- 116
- Stirnwand
- 117A
- (äußere) Eintrittswand
- 117B
- (innere) Eintrittswand
- 118A
- (äußerer) Strömungskanalwandabschnitt
- 118B
- (innerer) Strömungskanalwandabschnitt
- 119A
- Öffnung
- 119B
- Öffnung
- 120A
- Eintrittsabschnitt/Reinluftbereich
- 120B
- Eintrittsabschnitt/Reinluftbereich
- 121A
- Innenraum/Rohluftbereich
- 121B
- Innenraum/Rohluftbereich
- A
- Drehachse
- AX
- axiale Erstreckungsrichtung
- CX
- umfängliche Erstreckungsrichtung
- F
- Vorwärtsfahrrichtung
- I
- Kühlluftstrom
- II
- Luft-Bremsstaubpartikelstrom
- R
- Vorwärtsdrehrichtung
- RX
- radiale Erstreckungsrichtung
