DE19602839A1 - Kühlluftzuführung für die Radbremse eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlluftzuführung für die Radbremse eines Fahrzeugs, insbesondere für eine Scheibenbremse, nach dem Hauptpatent . . . (Patentanmeldung P 44 26 602.2).

Aufgabe der Erfindung ist es, Ausführungsformen von Lüftungsrädern aufzu­ zeigen, die eine wirksame Kühlluftzuführung zur Bremsscheibe eines Fahrzeugs ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 jeweils für sich oder in Kombination gelöst.

Versuche haben überraschenderweise ergeben, daß bereits mit sehr einfachen Lüfterrad-Konstruktionen eine wirksame Bremsenkühlung erreicht wird. Halbaxial- Lüfterräder (Anspruch 1) saugen die Kühlluft in ihrem Mittenbereich axial an. Die Kühlluft wird im Inneren des Lüfterrades umgelenkt und tritt in radialer Richtung wieder aus, wo sie auf die Bremsscheibe trifft. Durch Versuche wurde nachgewie­ sen, daß bei Halbaxial-Lüfterrädern einfach herzustellende, geradlinig in Radial­ richtung verlaufende Luftleitelemente bereits sehr gute Ergebnisse liefern. Eine nennenswerte Verbesserung der Kühlleistung tritt auch bei exakt berechneten und kompliziert geformten Luftleitelementen nicht ein. Der bei radial verlaufenden Luft­ leitelementen (Eintritts- und Austrittswinkel für die Kühlluft je 90°) auftretende Ein­ trittsstoß der angesaugten Kühlluft verursacht zwar geringfügige Strömungsver­ luste, die jedoch bei einer Gesamtbetrachtung der Wirksamkeit der Kühlluftzu­ führung von untergeordneter Bedeutung sind. Des weiteren wurde festgestellt, daß die Anzahl der Luftleitelemente von untergeordneter Bedeutung für die erbrachte Kühlleistung ist.

Somit kann bereits mit einem sehr einfach aufgebauten Lüfterrad mit wenigen, zweidimensional geformten Schaufeln auf kostengünstige Art und Weise eine sehr wirkungsvolle Kühlung der Bremsscheibe eines Kraftfahrzeuges erreicht werden.

Besonders vorteilhaft ist es, das Lüfterrad radial innerhalb des Reibrings der Bremsscheibe anzuordnen, da hierdurch die gesamte Ringfläche des Reibrings von der Kühlluft überstrichen wird. Bei innenbelüfteten Bremsscheiben kann durch die radial innenliegende Anordnung die Kühlluft aus dem Lüfterrad direkt in die Belüftungskanäle überströmen. Hierdurch wird ein erhöhter Luftdurchsatz in den Belüftungskanälen innerhalb der Bremsscheibe erreicht. Ebenso ist es möglich, einen Teil der Kühlluft seitlich an der Bremsscheibe vorbeizuleiten, um auch die Außenseiten der Reibringe mit Kühlluft zu versorgen.

Die Ausgestaltung des Lüfterrades nach Anspruch 2 wurde ebenfalls durch Ver­ suche ermittelt. Hierbei hat sich herausgestellt, daß die radiale Erstreckung des Saugmundes etwa die Hälfte der maximalen Länge der Luftleitelemente betragen sollte, um eine optimale Kühlluftförderung zu erzielen.

Die Ansprüche 3 und 4 beschreiben besonders vorteilhafte Ausführungsformen von Lüfterrädern für innenbelüftete Bremsscheiben.

Mit einem Lüfterrad, das zwei Gruppen von Luftleitelementen (Schaufeln) aufweist, kann zum einem Kühlluft direkt in die Belüftungskanäle der Bremsscheibe geför­ dert werden. Andererseits erzeugen die zweiten Luftleitelemente einen "unabhängigen" weiteren Kühlluftstrom, der die Außenseite zumindest eines der beiden Reibringe der Bremsscheibe mit Kühlluft versorgt. Vorrangig ist hierbei die Kühlluftzuführung an den inneren Reibring, da der äußere Reibring durch Öffnun­ gen im Fahrzeugrad einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt ist als der innere Reibring.

Anspruch 4 beschreibt die Ausführung eines derartigen Lüfterrades. Die Kühlluftzu­ führung für die Belüftungskanäle im Inneren der Bremsscheibe wird durch ein Halbaxial-Lüfterrad erreicht, wobei auf einer der Außenseiten des Halbaxial-Lüfter­ rades die zweiten Luftleitelemente eines Radiallüfters angeordnet sind. Durch diese kombinierte Bauweise können zwei verschiedene Lüfterrad-Bauformen an einem einzigen rotierenden Lüfterrad realisiert werden. Die einzelnen Lüfterrad- Baugruppen können unterschiedliche Schaufelformen aufweisen, gegebenenfalls mit voneinander abweichender Anzahl und Größe der Schaufeln. Durch die kom­ pakte Bauweise wird mit geringem Materialaufwand und Platzbedarf bei niedrigen Herstellkosten eine gute Kühlwirkung erzielt.

Bremsenschutzbleche dienen der Abdeckung der Bremsscheibe gegenüber Spritzwasser und Schmutz. Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 wird ein Strömungskanal zwischen der Außenseite des Reibringes und einem benachbarten Bremsenschutzblech gebildet, der die von den zweiten Luftleitele­ menten geförderte Kühlluft entlang der Außenseite des Reibringes führt. Durch die vorbeiströmende Kühlluft wird eine deutlich höhere Wärmeableitung erreicht als durch reine Wärmeabstrahlung (ohne Belüftung der Reibring-Außenseite).

Mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend in der Zeichnung näher dargestellt und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kühlluftzuführung für eine innen­ belüftete Bremsscheibe im Querschnitt,

Fig. 2 eine Vorderansicht des Gegenstands von Fig. 1 und

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kühlluftzuführung im Quer­ schnitt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Kühlluftzuführung in schemati­ scher Darstellung.

Ein Lüfterrad 1 ist radial innerhalb einer innenbelüfteten Bremsscheibe 2 angeord­ net. Das Lüfterrad 1 ist als Halbaxial-Lüfterrad ausgebildet und setzt sich aus einer vorderen und einer hinteren Ringscheibe 3 bzw. 4 sowie mehreren Luftleitelemen­ ten (Schaufeln) 5 zusammen. Das Lüfterrad 1 ist über einen an die Ringscheibe 4 angeformten Nabenbereich 6 koaxial zur Bremsscheibe 2 gelagert.

Die Bremsscheibe 2 besteht aus einem inneren und einem äußeren Reibring 7 bzw. 8 mit dazwischenliegenden Verbindungsstegen 9. Die beiden Reibringe 7 und 8 und die Stege 9 schaffen im Inneren der Bremsscheibe 2 Belüftungskanäle 10 zur Selbstbelüftung der Bremsscheibe 2. Die Bremsscheibe 2 ist über einen nur angedeuteten Bremsscheibentopf 11 an der nicht dargestellten Radlagerung des Fahrzeugs befestigt.

Versuche haben ergeben, daß das oben beschriebene Halbaxial-Lüfterrad 1 mit radial verlaufenden, zweidimensionalen Schaufeln 5 (wie in Fig. 2 dargestellt) bereits sehr gute Kühlleistungen erbringt. Durch die einfache Ausbildung der Schaufeln 5 mit Winkeln β₁ und β₂ von jeweils 90° für den Eintritt bzw. den Aus­ tritt der Kühlluft läßt sich das Lüfterrad 1 sehr kostengünstig herstellen. Gute Er­ gebnisse werden mit einem Saugmunddurchmesser d_SM erzielt, der etwa dem Mittelwert aus dem Nabendurchmesser d_N und dem Außendurchmesser D des Lüfterrades 1 entspricht. Die Ringscheibe 4 ist wegen des nach innen vorspringen­ den Bremsscheibentopfes 11 kleiner im Durchmesser als die Scheibe 3. Der Aus­ trittsbereich 12 des Lüfterrades 1 geht direkt in den Eintrittsbereich 13 der Brems­ scheibe 2 über, so daß die Kühlluft (symbolisiert durch die Pfeile 14) zwangsläufig aus dem Lüfterrad 1 in die Belüftungskanäle 10 überströmt.

Fig. 3 zeigt eine Scheibenbremse 20 in Verbundbauweise, die von einem Lüfter­ rad 21 in besonders vorteilhafter Weise belüftet wird. Die Bremsscheibe 20 setzt sich aus einem inneren und einem äußeren Reibring 22 bzw. 23 zusammen. Ver­ bindungsstege 24 zwischen den beiden Reibringen 22 und 23 begrenzen die Be­ lüftungskanäle 25 im Inneren der Bremsscheibe 20 in Umfangsrichtung. Die Bremsscheibe 20 ist über Stifte 26 mit dem Bremsscheibentopf 27 verbunden. Der Bremsscheibentopf 27 ist mit dem Außenring 28 eines in seiner Gesamtheit mit 29 bezeichneten Radlagers verschraubt. Der Innenring 30 des Radlagers 28 ist auf einem Lagerzapfen 31 festgelegt.

Das Lüfterrad 21 ist über eine in ihrer Gesamtheit mit 32 bezeichnete drehzahler­ höhende Einrichtung mit dem Außenring 28 des Radlagers 29 verbunden. Die Ein­ richtung 32 besteht aus einem Mitnehmer 33, der über Schrauben 34 am Außen­ ring 28 des Radlagers 29 befestigt ist. Vom Mitnehmer 33 stehen drei gleichmäßig am Umfang verteilte Bolzen 35 ab, die jeweils mit einer Nadelhülse 36 versehen sind. Auf den Nadelhülsen 36 sitzt ein offener Ring 47, über den von einem Außenring 38 und zwei Ringen 37 aus Elastomerwerkstoff die für den gleitfreien Betrieb erforderliche Vorspannung in der Einrichtung 32 aufgebracht wird. Der Außenring 38 ist seinerseits drehfest mit dem Lüfterrad 21 verbunden. Durch die Einrichtung 32 wird erreicht, daß das Lüfterrad 21 mit etwa der 1,85fachen Dreh­ zahl des Fahrzeugrades rotiert.

Das Lüfterrad 21 besteht aus einer vorderen und einer hinteren Ringscheibe 39 bzw. 40 sowie ersten und zweiten Luftleitelementen (Schaufeln) 41 bzw. 42. Wäh­ rend die Schaufeln 41 zwischen den beiden Scheiben 39 und 40 angeordnet sind, sind die Schaufeln 42 etwa auf Höhe des Außendurchmessers des Bremsschei­ bentopfes 27 auf die vordere Scheibe 39 aufgesetzt. Parallel zum inneren Reibring 22 der Bremsscheibe 20 verläuft in geringem Abstand ein Bremsenschutzblech 43. In dieser kompakten Anordnung bilden die beiden Ringscheiben 39 und 40 zu­ sammen mit den Schaufeln 41 einerseits ein Halbaxial-Lüfterrad, andererseits entsteht aus der Ringscheibe 29 mit den daran angebrachten zweiten Luft­ elementen 42 in Verbindung mit dem als Abdeckscheibe wirkenden Bremsen­ schutzblech 43 ein Radiallüfter ("Trommelläufer"). Die Schaufeln 42 können bei­ spielsweise geradlinig radial verlaufen oder gekrümmt ausgeführt sein.

Durch das kombinierte Lüfterrad 21 werden mit äußerst geringem Zusatzaufwand zwei getrennte Kühlluftströme erzeugt, die durch die Pfeile 44 und 45 dargestellt sind und die jeweils unterschiedliche Bereiche der Bremsscheibe 20 mit Kühlluft beaufschlagen: Der Kühlluftstrom 44 geht direkt aus dem Lüfterrad 21 in die Belüf­ tungskanäle 25 der Bremsscheibe 20 über, während der Kühlluftstrom 45 entlang der Außenseite 46 des inneren Reibringes 22 geleitet wird. Die vorteilhafte Wir­ kung des Kühlluftstromes 44 im Inneren der Bremsscheibe 20 wurde bereits im Hauptpatent beschrieben. Durch den Kühlluftstrom 45 entlang der Außenseite 46 des Reibrings 22 wird eine weitere Verbesserung des Abkühlverhaltens der Bremsscheibe 20 erzielt.

Claims (4)

1. Kühlluftzuführung für die Radbremse eines Fahrzeugs, insbesondere für eine Scheibenbremse, mit einem koaxial zur Mittelachse der Bremsscheibe ange­ ordneten Lüfterrad, das mit dem Fahrzeugrad über eine Einrichtung an­ triebsmäßig gekoppelt ist, die eine Übersetzung erzeugt, nach Hauptpatent . . . (Hauptanmeldung P 44 26 602.2), dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (1, 21) als Halbaxial-Lüfterrad mit zumindest annähernd in Radialrichtung verlaufenden Luftleitelementen (5, 41) ausgebildet ist.

2. Kühlluftzuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugmunddurchmesser (d_SM) des Lüfter­ rades (1) etwa dem Mittelwert aus dem Nabendurchmesser (d_N) und dem Außendurchmesser (D) des Lüfterrades entspricht.

3. Kühlluftzuführung für die Radbremse eines Fahrzeugs, insbesondere für eine innenbelüftete Scheibenbremse, mit einem koaxial zur Mittelachse der Bremsscheibe angeordneten Lüfterrad, das mit dem Fahrzeugrad über eine Einrichtung antriebsmäßig gekoppelt ist, die eine Übersetzung erzeugt, wobei der Außendurchmesser des Lüfter­ rades kleiner ist als der Innendurchmesser der Reibringe der Bremsscheibe, nach Hauptpatent . . . (Hauptanmeldung P 44 26 602.2), dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (21) erste und zweite Luftleitein­ richtungen (41 bzw. 42) aufweist, die einerseits dem Inneren der Brems­ scheibe (20) bzw. andererseits der Außenseite (46) wenigstens eines der beiden Reibringe (22, 23) der Bremsscheibe (20) Kühlluft zuführen.

4. Kühlluftzuführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (21) im Bereich der ersten Luft­ leiteinrichtungen (41) als Halbaxial-Lüfterrad und im Bereich der zweiten Luftleiteinrichtungen (42) als Radial-Lüfterrad ausgebildet ist.