DE19602839B4

DE19602839B4 - Kühlluftzuführung für die Radbremse eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE19602839B4
Application number: DE19602839A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schölzel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2014-07-28
Also published as: DE4426602A1; DE19602839A1

Abstract

Kühlluftzuführung für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, mit einem koaxial zur Mittelachse der Bremsscheibe (2, 20) angeordneten Lüfterrad (1, 21), das mit dem Fahrzeugrad über eine Einrichtung antriebsmäßig gekoppelt ist, die eine Übersetzung i = (Drehzahl des Fahrzeugrades/Drehzahl des Lüfterrades) < 1 erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (D) des radial innerhalb der Reibringe (7; 8; 22; 23) der innenbelüfteten Bremsscheibe (2; 20) angeordneten Lüfterrades (1; 21) kleiner ist als der Innendurchmesser der Reibringe (7; 8; 22; 23) der Bremsscheibe (2; 20) so dass die Kühlluft aus dem Lüfterrad (1; 21) in Radialrichtung direkt in die Belüftungskanäle (10; 25) der Bremsscheibe (2; 20) überströmen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlluftzuführung für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, mit einem koaxial zur Mittelachse der Bremsscheibe angeordneten Lüfterrad, das mit dem Fahrzeugrad über eine Einrichtung antriebsmäßig gekoppelt ist, die eine Übersetzung
i = (Drehzahl des Fahrzeugrades/Drehzahl des Lüfterrades) < 1 erzeugt.
Die DE 12 25 504 B zeigt eine Bremse, insbesondere für Flugzeuglanderäder, mit diesen Merkmalen, wobei jedoch insbesondere der Felgenabschnitt des Rades mit Kühlluft beaufschlagt wird, nicht jedoch die Bremsscheibe, die bei diesem Stand der Technik nicht innenbelüftet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausführungsform eines Lüftungsrades aufzuzeigen, die eine wirksame Kühlluftzuführung zu einer innenbelüfteten Bremsscheibe eines Fahrzeugs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Versuche haben überraschenderweise ergeben, dass bereits mit sehr einfachen Lüfterrad-Konstruktionen eine wirksame Bremsenkühlung erreicht wird. Halbaxial-Lüfterräder 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 nachgewiesen, dass bei Halbaxial-Lüfterrädern einfach herzustellende, geradlinig in Radialrichtung 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 Luftleitelementen (Eintritts- und Austrittswinkel die Kühlluft je 90°) auftretende Eintrittsstoß der angesaugten Kühlluft verursacht zwar geringfügige Strömungsverluste, die jedoch bei einer Gesamtbetrachtung der Wirksamkeit der Kühlluftzuführung 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.
Mit einem Lüfterrad, das zwei Gruppen von Luftleitelementen (Schaufeln) aufweist, kann zum einem Kühlluft direkt in die Belüftungskanäle der Bremsscheibe gefördert 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 Öffnungen im Fahrzeugrad einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt ist als der innere Reibring. Vorteilhafterweise wird dabei die Kühlluftzuführung für die Belüftungskanäle im Inneren der Bremsscheibe durch ein Halbaxial-Lüfterrad erreicht, wobei auf einer der Außenseiten des Halbaxial-Lüfterrades 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 kompakte Bauweise wird mit geringem Materialaufwand und Platzbedarf bei niedrigen Herstellkosten eine gute Kühlwirkung erzielt.
Bremsenschutzbleche dienen der Abdeckung der Bremsscheibe gegenüber Spritzwasser und Schmutz. Dabei kann ein Strömungskanal zwischen der Außenseite des Reibringes und einem benachbarten Bremsenschutzblech gebildet sein, der die von den zweiten Luftleitelementen 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 den beigefügten 1 bis 3 schematisch dargestellt, wobei 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Querschnitt zeigt und 2 die Vorderansicht des Gegenstands von 1 zeigt, während in 3 ein zweites Ausführungsbeispiel im Querschnitt dargestellt ist.
Ein Lüfterrad 1 ist radial innerhalb einer innenbelüfteten Bremsscheibe 2 angeordnet. Das Lüfterrad 1 ist als Halbaxial-Lüfterrad ausgebildet und setzt sich aus einer vorderen und einer hinteren Ringscheibe 3 bzw. 4 sowie mehreren Luftleitelementen (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 2 dargestellt) bereits sehr gute Kühlleistungen erbringt. Durch die einfache Ausbildung der Schaufeln 5 mit Winkeln und β₁ von β₂ jeweils 90° für den Eintritt bzw. den Austritt der Kühlluft läßt sich das Lüfterrad 1 sehr kostengünstig herstellen. Gute Ergebnisse 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 vorspringenden Bremsscheibentopfes 11 kleiner im Durchmesser als die Scheibe 3. Der Austrittsbereich 12 des Lüfterrades 1 geht direkt in den Eintrittsbereich 13 der Bremsscheibe 2 über, so daß die Kühlluft (symbolisiert durch die Pfeile 14) zwangsläufig aus dem Lüfterrad 1 in die Belüftunngskanäle 10 überströmt.
3 zeigt eine Scheibenbremse 20 in Verbundbauweise, die von einem Lüfterrad 21 in besonders vorteilhafter Weise belüftet wird. Die Bremsscheibe 20 setzt sich aus einem inneren und einem äußeren Reibring 22 bzw. 23 zusammen. Verbindungsstege 24 zwischen den beiden Reibringen 22 und 23 begrenzen die Belüftungskanäle 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 drehzahlerhöhende Einrichtung mit dem Außenring 28 des Radlagers 29 verbunden. Die Einrichtung 32 besteht aus einem Mitnehmer 33, der über Schrauben 34 am Außenring 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 Drehzahl 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. Während die Schaufeln 41 zwischen den beiden Scheiben 39 und 40 angeordnet sind, sind die Schaufeln 42 etwa auf Höhe des Außendurchmessers des Bremsscheibentopfes 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 zusammen mit den Schaufeln 41 einerseits ein Halbaxial-Lüfterrad, andererseits entsteht aus der Ringscheibe 29 mit den daran angebrachten zweiten Luftelementen 42 in Verbindung mit dem als Abdeckscheibe wirkenden Bremsenschutzblech 43 ein Radiallüfter (”Trommelläufer”). Die Schaufeln 42 können beispielsweise 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 Belüftungskanäle 25 der Bremsscheibe 20 über, während der Kühlluftstrom 45 entlang der Außenseite 46 des inneren Reibringes 22 geleitet wird. Die vorteilhafte Wirkung 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

Kühlluftzuführung für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, mit einem koaxial zur Mittelachse der Bremsscheibe (2, 20) angeordneten Lüfterrad (1, 21), das mit dem Fahrzeugrad über eine Einrichtung antriebsmäßig gekoppelt ist, die eine Übersetzung i = (Drehzahl des Fahrzeugrades/Drehzahl des Lüfterrades) < 1 erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (D) des radial innerhalb der Reibringe (7; 8; 22; 23) der innenbelüfteten Bremsscheibe (2; 20) angeordneten Lüfterrades (1; 21) kleiner ist als der Innendurchmesser der Reibringe (7; 8; 22; 23) der Bremsscheibe (2; 20) so dass die Kühlluft aus dem Lüfterrad (1; 21) in Radialrichtung direkt in die Belüftungskanäle (10; 25) der Bremsscheibe (2; 20) überströmen kann.
Kühlluftzuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (21) erste und zweite Luftleiteinrichtungen (41; 42) aufweist, die einerseits dem Inneren der Bremsscheibe (20) und andererseits der Außenseite (46) wenigstens eines der beiden Reibringe (22; 23) der Bremsscheibe (20) Kühlluft zuführen.
Kühlluftzuführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (21) im Bereich der ersten Luftleiteinrichtungen (41) als Halbaxial-Lüfterrad und im Bereich der zweiten Luftleiteinrichtungen (42) als Radial-Lüfterrad ausgebildet ist.