DE19722254C2 - Device for extracting thermal energy from vehicle friction brake systems - Google Patents
Device for extracting thermal energy from vehicle friction brake systemsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auskoppeln von Wär meenergie aus Fahrzeugreibungsbremsanlagen zu Heizzwecken für die Fahrgastzelle, wobei Teile der im Rad- oder Achsbereich angeordneten Betriebsbremsen und mindestens ein Wärmetauscher von einem Wärmeträgermittel durchströmt werden.The invention relates to a device for decoupling heat Energy from vehicle friction brake systems for heating purposes the passenger compartment, with parts of the in the wheel or axle area arranged service brakes and at least one heat exchanger are flowed through by a heat transfer medium.
Bei niedrigen Außentemperaturen beziehen Kraftfahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschinen die Wärme für die Beheizung der Fahrgastzelle in der Regel aus dem erhitzten Motorkühlwasser. In der heutigen Zeit wird der Wirkungsgrad der Verbrennungs kraftmaschinen ständig verbessert, was zur Folge hat, daß die für die Fahrgastzellenbeheizung abfallende Motorwärme abnimmt. Drastisch ist das Problem bei modernen, verbrauchsarmen Die selmotoren mit Direkteinspritzung. Bei diesen Motoren wird nur noch ca. 25% der freigesetzten chemischen Energie im Kraftstoff an das Motorkühlwasser abgegeben. Bei kalter Witterung und im Stop-and-Go-Betrieb reicht die Heizleistung nicht mehr aus, um ein Wohlbefinden der Insassen oder beschlagfreie Fahrzeugschei ben zu gewährleisten. Die fehlende Wärme muß hier durch eine mit fossilem Brennstoff betriebene Standheizung ergänzt werden. Dadurch wird der Kraftstoffverbrauchsvorteil der Verbrennungs kraftmaschine teilweise wieder aufgezehrt.When the outside temperature is low, motor vehicles are included Internal combustion engines use the heat for heating the Passenger cell usually from the heated engine cooling water. Nowadays the efficiency of combustion engines are constantly improving, which has the consequence that the decreasing engine heat for the passenger compartment heating decreases. The problem with modern, low-consumption die is drastic direct injection engines. With these engines only approx. 25% of the chemical energy released in the fuel delivered to the engine cooling water. In cold weather and in Stop-and-go operation, the heating output is no longer sufficient to a well-being of the occupants or fog-free vehicle ticket to ensure ben. The lack of heat must be caused by a auxiliary heating operated with fossil fuel. This makes the fuel economy advantage of combustion engine partially consumed again.
Zusätzlich oder alternativ zur konventionellen Standheizung sind u. a. in Skandinavien und Kanada einige Fahrzeugtypen mit elektrischen Heizvorrichtungen versehen. Diese Vorrichtungen bestehen aus elektrischen Heizstäben, die u. a. im Kühlkreislauf der Motorkühlung angeordnet sind. Sie erwärmen vor Fahrtantritt das Kühlmittel und teilweise auch den Fahrgastinnenraum. Da der Strom für die Heizelemente aus stationären Steckdosen entnommen wird, steht während der Fahrt diese Wärmequelle nicht zur Ver fügung. Außerdem ist hier der Primärenergieverbrauch überdurch schnittlich hoch.In addition or as an alternative to conventional auxiliary heating are u. a. in Scandinavia and Canada with some vehicle types electric heaters. These devices consist of electric heating elements that u. a. in the cooling circuit the engine cooling are arranged. They warm up before starting the journey the coolant and sometimes also the passenger compartment. Since the Electricity for the heating elements is taken from stationary sockets this heat source is not available during the journey addition. In addition, primary energy consumption is excessive here average high.
In wenigen Fahrzeugtypen werden Latentwärmespeicher verwendet. Bei diesem System wird während der Fahrt überschüssige thermi sche Energie des Kühlmittels in Form von Schmelzwärme in einem thermisch isolierten Behälter gespeichert. Beim nächsten Kalt start wird die noch gespeicherte Wärme dem Kühlmittel wieder zugeführt. Für Fahrzeuge mit kleiner Motorleistung ist der Nutzeffekt gering, da zum einen der Speicher bei kürzeren Fahr ten nur unzureichend geladen wird und zum anderen das Zusatzge wicht des relativ schweren Speicherbehälters den Kraftstoffver brauch des Fahrzeugs erhöht.Latent heat storage is used in a few vehicle types. With this system, excess thermi cal energy of the coolant in the form of heat of fusion in one thermally insulated container stored. The next cold the stored heat is returned to the coolant fed. For vehicles with low engine power, the Efficiency low, because on the one hand the memory for shorter trips only insufficiently charged and secondly the additional device importance of the relatively heavy storage tank the fuel consumption need of the vehicle increased.
Andere Wärmelieferanten sind Zusatzbremsen. Sie werden als Dau erbremsen bevorzugt in Nutzfahrzeugen eingebaut. Bei einer Wir belstrombremse wird die Bewegungsenergie über elektrisch indu zierte Wirbelströme in teilweise nutzbare Wärmeenergie umgewan delt. Bei einer hydrodynamischen Bremse - sie ist häufig Be standteil automatischer Getriebe - kann dem Getriebeöl Wärme für Heizzwecke entzogen werden. In der Regel sind die Zusatzbremsen als Wärmelieferant für die Beheizung der Fahrgastzelle ungeeignet, da sie in Personenkraftwagen wegen ihres Gewichtes und ihres Raumbedarfes selten eingebaut werden.Other heat suppliers are additional brakes. They are called dhows Braking preferably installed in commercial vehicles. With a we belstrombrake is the kinetic energy via electrical indu decorated eddy currents converted into partially usable thermal energy delt. With a hydrodynamic brake - it is often Be component of automatic transmission - can heat the transmission oil withdrawn for heating purposes. As a rule, they are Additional brakes as a heat supplier for heating the Passenger cell unsuitable because it is in passenger cars their weight and space requirements are rarely installed.
Aus der FR-PS 2.133.149 ist eine flüssigkeitsgekühlte Schei benbremse für Kraftfahrzeuge bekannt. Hierzu ist die Brems scheibe als Teil der Radnabe ausgebildet. Unmittelbar neben der Bremsscheibe ist ein Wärmetauscher angeordnet. Die Brems scheibe, der mittlere Radnabenbereich und der Kondensator sind durch ein kühlmittelführendes Kanalsystem miteinander verbun den.From the FR-PS 2.133.149 is a liquid-cooled Schei benbremse known for motor vehicles. This is the brake disc formed as part of the wheel hub. Immediately next to the Brake disc is a heat exchanger. The brake disc, the middle wheel hub area and the condenser connected by a coolant-carrying duct system the.
Ferner ist aus der DE 33 08 061 A1 eine Hochleistungsschei benbremse bekannt, deren Bremsklötze als kühlmitteldurchströmte Hohlkörper ausgebildet sind. Das Kühlmittel wird durch einen Wärmetauscher gepumpt. Letzterer gibt seine Wärme im Bedarfs fall als Teil einer Fahrzeuginnenraumheizung ab.Furthermore, DE 33 08 061 A1 is a high-performance ticket benbremse known, the brake pads as coolant flow Hollow bodies are formed. The coolant is through a Pumped heat exchanger. The latter gives its warmth when needed fall off as part of a vehicle interior heater.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der bei standardmäßig ausge statteten Kraftfahrzeugen neben dem Motorkühlmittelkreislauf andere Wärmequellen für die Fahrgastzellenbeheizung nutzbar ge macht werden.The present invention is therefore based on the problem to create a device with which by default equipped motor vehicles in addition to the engine coolant circuit other heat sources usable for the passenger compartment heating ge be made.
Das Problem wird u. a. mit den Merkmalen des Hauptanspruchs ge löst. Es wird Wärmeenergie aus den regulär vorhandenen Fahr zeugreibungsbremsanlagen ausgekoppelt. Hierzu sind Teile einer Bremsscheibe oder einer Bremstrommel mit Kühlrippen ausgestattet, wobei in einem die Kühlrippen umhüllenden Gehäuse Luft als Wärmeträgermittel strömt, die mindestens einen Wärmetauscher und gegebenenfalls einen Filter passiert, oder wobei das umhüllende Gehäuse und mindestens ein weiterer Wärmetauscher von einem flüssigen Wärmeträgermittel im Kühlkreislauf durchströmt werden.The problem may a. with the features of the main claim ge solves. It gets thermal energy from the regular driving Generic brake systems decoupled. For this purpose, parts of a Brake disc or a brake drum with cooling fins equipped, being in a housing enveloping the cooling fins Air flows as a heat transfer medium, the at least one Heat exchanger and possibly a filter passes, or wherein the enveloping housing and at least one other Heat exchanger from a liquid heat transfer medium in the Flow through the cooling circuit.
Die in den konventionellen Reibungsbremsen entstehende Brems wärme wird direkt an der Stelle der Wärmeentstehung ausgekop pelt und mit geringen thermischen Verlusten den Anlagen und Me dien zugeführt, die die Wärme benötigen.The brake created in conventional friction brakes heat is extracted directly at the point where heat is generated pelt and with low thermal losses to the plants and me services that need heat.
Die Bremsenabwärme wird durch konvektionelle Wärmeabfuhr an die Luft nutzbar gemacht. Dazu werden die Bremskörper mit Ausnehmungen, Luftschaufeln und/oder Kühlrippen ausgestattet und mit einer thermisch isolierenden, luftdurchströmten Kapselung umgeben. Hierfür sind innenliegende Scheiben- oder Trommelbremsen besonders geeignet. Die beispielsweise direkt neben dem entsprechenden Achsdifferential liegenden Bremsen können gemeinsam mit dem Differential gekapselt werden. Durch die Kapselung strömt der Fahrtwind. Die durch das Bremsen aufgeheizte Luft wird bei Wärmebedarf über einen Luft/Wasser- Wärmetauscher geleitet.The brake waste heat is dissipated to the convectional heat Air made usable. To do this, use the brake body Recesses, air blades and / or cooling fins equipped and with a thermally insulating, air-flow Encapsulation. For this are inside disc or Drum brakes particularly suitable. For example, directly brakes lying next to the corresponding axle differential can be encapsulated together with the differential. By the encapsulation flows in the wind. The braking heated air is heated via an air / water Heat exchanger directed.
Bei einer zweiten Alternative wird die von den heißen Bremskör pern abgestrahlte Wärmeenergie mit Hilfe eines von einem flüssigen Warmeträgertmittel durchströmten Wärmetauschers aufgenommen.In a second alternative, the hot brake body radiated heat energy with the help of one of a liquid heat transfer medium flowing through the heat exchanger added.
Als weitere Alternative zur Nutzung der Bremsenabwärme wird eine Bremsanlage vorgestellt, bei der der Bremssattel vom Wärmeträgermittel durchströmt wird. Bei dieser Bremsanlage sind die Bremsbeläge beidseitig auf einer mit dem zu bremsenden Rad rotierenden Mitnehmerscheibe angeordnet und werden vom Brems sattel zumindest bereichsweise umgriffen. Im Bremssattel wirken der oder die Bremskolben über einen Anpreßblock auf die Brems beläge. Der mit dem Bremsbelag in Kontakt kommende Bremssattel bereich und der Anpreßblock beinhalten einen Kanal oder ein Ka nalsystem, das Teil eines Wärmeträgermittelkreislaufes mit min destens einem integrierten Wärmetauscher ist.As a further alternative to using the brake waste heat presented a braking system in which the caliper from Heat transfer medium is flowed through. With this brake system are the brake pads on both sides on one with the wheel to be braked rotating drive disc and are arranged by the brake encircled the saddle at least in some areas. Work in the caliper the brake piston or pistons via a pressure block on the brake coverings. The brake caliper coming into contact with the brake pad area and the pressure block contain a channel or a Ka nalsystem, the part of a heat transfer medium circuit with min is an integrated heat exchanger.
Bei dieser Lösung ist der bremseninterne Wärmeträgermittel kreislauf ortsfest gegenüber dem Radträger. Durch eine thermi sche Isolierung der Bremsbeläge gegenüber der Bremsscheibe kann letztere aus einer Leichtmetallegierung oder einem Verbundwerk stoff hergestellt werden, womit sich die zu beschleunigende Radmasse erheblich verringern läßt.In this solution, the internal brake fluid is circuit stationary with respect to the wheel carrier. Through a thermi The brake pads can be insulated from the brake disc the latter made of a light metal alloy or a composite fabric are manufactured, with which the accelerated Can significantly reduce wheel mass.
Weitere Einzelheiten des Anmeldegegenstandes ergeben sich aus den nicht oder nur teilweise zitierten Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mehrerer schematisch dargestellter Ausführungsformen:Further details of the object of registration can be found in the subclaims not or only partially cited and the following description of several schematically shown Embodiments:
Fig. 1: Bremsscheibe mit integriertem Wärmerohr; Fig. 1: brake disc with integrated heat pipe;
Fig. 2: Bremsscheibe mit Direktkühlung durch das Motorkühl mittel. Fig. 2: Brake disc with direct cooling by the engine cooling medium.
Fig. 3: Bremsscheibe mit Strahlungswärmeableitung; Fig. 3: brake disc with radiant heat dissipation;
Fig. 4: Bremssattel mit Direktkühlung. Fig. 4: Brake caliper with direct cooling.
Nach den Fig. 1 und 2 wird über ein Kanalsystem ein flüs siges Wärmeträgermittel zumindest durch den im Fahrbetrieb ro tierenden Bremskörper gepumpt. Die beim Bremsen des Kraftfahr zeugs im Bremskörper entstehende Wärmemenge wird zu einem Heiz körper transportiert. Der Heizkörper ist Teil einer Anlage zur Fahrgastzellenbeheizung.According to FIGS. 1 and 2, a FLÜS Siges heat carrier medium is pumped at least through the animal during driving ro ends brake body via a channel system. The amount of heat generated when braking the motor vehicle in the brake body is transported to a heating body. The radiator is part of a system for heating the passenger compartment.
Bei Bremsanlagen, die zumindest bei jeder Betätigung der Be triebsbremse mit Wärmeträgermittel durchströmt werden, kann der Bremskörper, beispielsweise die Bremsscheibe, durch die erheb liche Herabsetzung der Maximaltemperatur aus einer Leichtme tallegierung hergestellt werden. Die werkstoffbedingte Ge wichtseinsparung gleicht das Zusatzgewicht des Heizkreislaufes teilweise wieder aus. In brake systems that at least each time the Be can flow through the drive brake with heat transfer medium Brake body, for example the brake disc, through the raised reduction of the maximum temperature from a light weight valley alloy. The material-related Ge weight savings equal the additional weight of the heating circuit partially off again.
Wird der die Bremsanlage durchströmende Wärmeträgermittelkreis lauf mit dem Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine ther misch gekoppelt, können beispielsweise bei Langstrecken- oder Bergfahrten die Bremskörper als Kühlkörper für das Motor- oder Getriebeöl verwendet werden. Voraussetzung ist hierfür, daß die Bremskörper zumindest während ihrer Kühlfunktion vom Fahrtwind umspült werden.If the heat transfer medium circuit flowing through the brake system run with the cooling circuit of the internal combustion engine ther mixed coupled, for example in long-haul or Uphill the brake body as a heat sink for the engine or Gear oil can be used. The prerequisite for this is that the Brake body at least during its cooling function from the wind be washed around.
Fig. 1 zeigt einen Teil des Kreislaufes eines flüssigen Wärme trägermittels. In diesem Kreislauf ist mindestens eine Schei benbremse angeordnet. Fig. 1 shows part of the circuit of a liquid heat carrier. At least one disc brake is arranged in this circuit.
Von der Scheibenbremse sind hier die Bremsscheibe (3), der Bremssattel (1) und die Bremsbeläge (2) dargestellt. Die bei spielsweise einteilige Bremsscheibe (3) besteht aus einem Reib ring (11) und dem Scheibentopf (21). Der Reibring (11) und ein Teil des Scheibentopfes (21) sind hohl ausgebildet. Der zusam menhängende Hohlraum bildet ein Wärmerohr (12). Im Scheiben topf (21) befindet sich benachbart zum Wärmerohr (12) ein Wär metauscherkanal (22). Der Trennsteg (23) zwischen dem Wärme rohr (12) und dem Wärmetauscherkanal (22) hat zum Wärme rohr (12) hin eine Heizzone (15) und zum Wärmetauscherka nal (22) hin eine Kühlzone (26).The disc brake ( 3 ), the brake caliper ( 1 ) and the brake pads ( 2 ) are shown here. The one-piece brake disc ( 3 ) consists of a friction ring ( 11 ) and the disc cup ( 21 ). The friction ring ( 11 ) and part of the disc pot ( 21 ) are hollow. The coherent cavity forms a heat pipe ( 12 ). In the disc pot ( 21 ) is adjacent to the heat pipe ( 12 ), a heat exchanger channel ( 22 ). The separating web ( 23 ) between the heat pipe ( 12 ) and the heat exchanger channel ( 22 ) has to the heat pipe ( 12 ) towards a heating zone ( 15 ) and to the heat exchanger channel ( 22 ) towards a cooling zone ( 26 ).
Am Scheibentopf (21) ist im Bereich des Wärmetauscherka nals (22) eine zweikanalige Gleitringdichtung (31) angeordnet. Letztere umfaßt einen Abschlußring (33), drei Bälge (34, 35, 36) mit Gleitdichtungen (37, 38, 39) und einen am nicht darge stellten Rad- oder Bremssattelträger drehstarr gelagerten An schlußring (32). Der Abschlußring (33) ist dreistufig ausgebil det. Der ebenfalls dreifach gestufte Anschlußring (32) liegt in axialer Richtung gegenüber. Die Stufungen der beiden Ringe (32, 33) sind annähernd komplementär zueinander ausgebildet. Zwi schen den Stufungen sind die Bälge (34, 35, 36) konzentrisch angeordnet. Sie sind jeweils auf ihrer rechten Seite am Ab schlußring (33) befestigt. An ihren linken, freien Enden tragen sie die Gleitdichtungen (37, 38, 39), beispielsweise innendich tende Simmerringe.On the disc pot ( 21 ) in the area of the Wärmetauscherka channel ( 22 ) a two-channel mechanical seal ( 31 ) is arranged. The latter includes an end ring ( 33 ), three bellows ( 34 , 35 , 36 ) with sliding seals ( 37 , 38 , 39 ) and a torsionally rigidly mounted on the ring or caliper carrier (not shown) to the connecting ring ( 32 ). The end ring ( 33 ) is ausgebil det three stages. The connecting ring ( 32 ), which is also stepped three times, lies opposite in the axial direction. The steps of the two rings ( 32 , 33 ) are approximately complementary to each other. Between the gradations, the bellows ( 34 , 35 , 36 ) are arranged concentrically. They are each on their right side from the end ring ( 33 ) attached. At their left, free ends, they carry the sliding seals ( 37 , 38 , 39 ), for example inner sealing seals.
Der Anschlußring (32) hat für das Wärmeträgermittel einen Zu- (41) und einen Rücklaufanschluß (42). Der Zulaufanschluß (41) ist über ein Absperrventil (55) mit der Druckseite einer Wärme trägermittelpumpe (51) hydraulisch verbunden. Zwischen der Wär meträgermittelpumpe (51) und dem Absperrventil (55) ist ein Wärmeträgermittelspeicher (52) angeordnet. Der Rücklaufan schluß (42) führt über einen Kondensator (53) in einen Heiz kreislauf (57), dessen Ende an der Saugseite der Wärmeträger mittelpumpe (51) endet. Nach dem Kondensator (53) ist ein fe derbelastetes Rückschlagventil (56) angeordnet, das in Richtung auf den Kondensator (53) sperrt. In Strömungsrichtung vor der Saugseite der Wärmeträgermittelpumpe (51) und nach dem Rück schlagventil (56) ist eine Kurzschlußleitung (58) eingebaut, die über den Kondensator (53) geführt ist. Der Kondensator (53) ist dafür vorgesehen, eventuell verdampftes Wärmeträgermittel zu kondensieren, damit der Druck im Heizkreislauf (57) nicht zu stark ansteigt. Über die Kurzschlußleitung (58) erhält der Kon densator (53) das für die Kondensation erforderliche, nicht überhitzte Wärmeträgermittel.The connecting ring ( 32 ) has an inlet ( 41 ) and a return connection ( 42 ) for the heat transfer medium. The inlet connection ( 41 ) is hydraulically connected via a shut-off valve ( 55 ) to the pressure side of a heat transfer medium pump ( 51 ). Between the heat transfer medium pump ( 51 ) and the shut-off valve ( 55 ), a heat transfer medium store ( 52 ) is arranged. The Rücklaufan circuit ( 42 ) leads via a condenser ( 53 ) into a heating circuit ( 57 ), the end of which on the suction side of the heat transfer medium pump ( 51 ) ends. After the capacitor ( 53 ) is a fe der loaded check valve ( 56 ) is arranged, which blocks in the direction of the capacitor ( 53 ). In the flow direction before the suction side of the heat transfer medium pump ( 51 ) and after the return check valve ( 56 ), a short-circuit line ( 58 ) is installed, which is guided through the condenser ( 53 ). The condenser ( 53 ) is intended to condense any evaporated heat transfer medium so that the pressure in the heating circuit ( 57 ) does not increase too much. Via the short-circuit line ( 58 ) the condenser ( 53 ) receives the heat transfer medium required for the condensation, not overheated.
Das Wärmerohr (12) in der Bremsscheibe (3) dient als effektiver Wärmeüberträger von großen Wärmeströmen. Die durch den Betrieb der Fahrzeugbetriebsbremse entstehende Reibungswärme wird von der Heizzone (15), vorwiegend gespeist aus der Verdampfungs wärme - durch den Trennsteg hindurch - zur Kühlzone (26) trans portiert. Von dort wird sie an ein flüssiges Wärmeträgermittel übertragen, beispielsweise Kühlmittel, Motoren- und/oder Ge triebeöl oder dergleichen.The heat pipe ( 12 ) in the brake disc ( 3 ) serves as an effective heat exchanger for large heat flows. The frictional heat generated by the operation of the vehicle service brake is transported from the heating zone ( 15 ), mainly fed from the evaporation heat - through the separating web - to the cooling zone ( 26 ). From there it is transferred to a liquid heat transfer medium, for example coolant, engine and / or gear oil or the like.
Mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit steigt die Wärmeabfuhr des Wärmerohrs (12), da die zunehmende Fliehkraft die Zirkula tion des Wärmeträgermittels unterstützt. Das an der Kühlzo ne (26) zumindest teilweise verdampfende Wärmeträgermittel wird in einem Kondensator (53) in die Flüssigphase rückgeführt. Der der Pumpe (51) nachgeschaltete Wärmeträgermittelspeicher (52) dient der Pufferung der Druck- und Volumenänderung des Wärme trägermittels. Außerdem sorgt der Wärmeträgermittelspei cher (52) für einen ausreichenden Nachschub von Wärmeträger mittel zum Bremskörper, wenn große Wärmemengen in kurzen Zeit räumen auftreten.With increasing vehicle speed, the heat dissipation of the heat pipe ( 12 ) increases, since the increasing centrifugal force supports the circulation of the heat transfer medium. The heat transfer medium which evaporates at least partially at the cooling zone ( 26 ) is returned to the liquid phase in a condenser ( 53 ). The downstream of the pump ( 51 ) heat transfer medium storage ( 52 ) serves to buffer the pressure and volume change of the heat transfer medium. In addition, the Wärmeträgermittelspei cher ( 52 ) ensures sufficient replenishment of heat transfer medium to the brake body when large amounts of heat occur in a short space of time.
Zur besseren Ausnutzung der Reibungswärme bei kalter Witterung kann die Bremsanlage im Bereich der Bremsscheibe (3) oder Bremstrommel mit einer fahrtwinddichten Kapsel (45) versehen sein. Die Kapsel (45) kann u. a. aus einem thermisch isolieren den Werkstoff bestehen, oder mit einem derartigen Werkstoff be schichtet sein.To make better use of the frictional heat in cold weather, the brake system can be provided with a windproof capsule ( 45 ) in the area of the brake disc ( 3 ) or brake drum. The capsule ( 45 ) can consist of a thermally insulating material, or be coated with such a material.
Um während der wärmeren Jahreszeiten eine konventionelle Fahrt windkühlung der Bremsanlage zu ermöglichen, kann die Kap sel (45) beispielsweise mit mindestens einer schließbaren Öff nung versehen werden.In order to enable conventional cooling of the braking system by wind during the warmer seasons, the capsule ( 45 ) can be provided with at least one closable opening, for example.
Falls die Bremse nur durch den Fahrtwind gekühlt wird, und die Wärmeträgermittelpumpe (51) im Heizkreislauf abgeschaltet ist, muß die Bremsscheibe den beim Bremsen entstehenden Dampfdruck bei maximaler Nenntemperatur standhalten. Bei zu hohem Dampf druck entweicht bei geschlossenem Absperrventil (55) das ver dampfte Wärmeträgermittel über das Rückschlagventil (56). Die Gleitringdichtungen (37, 38, 39) sind temperaturfest. Zusätz lich können die Dichtungen (37, 38, 39) über besondere Bälge (34, 35, 36) thermisch gegenüber dem Abschlußring (33) entkoppelt sein.If the brake is only cooled by the airstream and the heat transfer medium pump ( 51 ) in the heating circuit is switched off, the brake disc must withstand the vapor pressure generated during braking at maximum nominal temperature. If the steam pressure is too high, the evaporated heat transfer medium escapes via the check valve ( 56 ) when the shut-off valve ( 55 ) is closed. The mechanical seals ( 37 , 38 , 39 ) are temperature-resistant. In addition, the seals ( 37 , 38 , 39 ) can be thermally decoupled from the end ring ( 33 ) by means of special bellows ( 34 , 35 , 36 ).
Fig. 2 zeigt einen mit Fig. 1 vergleichbaren Heizkreislauf. Allerdings wird das Wärmeträgermittel direkt durch ein im Reib ring (11) der Bremsscheibe (3) angeordnetes Kanalsystem (13) geleitet. Durch den direkten Kontakt des Wärmeträgermittels mit dem Reibring (11) und den Wegfall einer Wärmeübergangsstelle ist eine stärkere Abkühlung des Bremskörpers im Vergleich zu der in Fig. 1 vorgestellten Lösung erzielbar. Fig. 2 shows a heating circuit comparable to Fig. 1. However, the heat transfer medium is passed directly through a channel system ( 13 ) arranged in the friction ring ( 11 ) of the brake disc ( 3 ). Due to the direct contact of the heat transfer medium with the friction ring ( 11 ) and the omission of a heat transfer point, a stronger cooling of the brake body can be achieved compared to the solution presented in FIG. 1.
Gegebenenfalls kann durch eine abschnittsweise radiale Gestal tung des Kanalsystems (13) die Bremsscheibe (3) als Pumpe be nutzt werden, so daß auf die Pumpe (51) verzichtet werden kann.If necessary, the brake disc ( 3 ) can be used as a pump by a sectionally radial design of the channel system ( 13 ), so that the pump ( 51 ) can be dispensed with.
Fig. 3 zeigt eine Scheibenbremse mit einem zweigeteilten Wär metauscher (61, 62), die die von der Bremsscheibe (3) emit tierte Wärmestrahlung zum Teil absorbieren und ableiten. Dazu ist die Bremsscheibe (3) beispielsweise im inneren Bereich des Reibrings (11) verrippt ausgebildet. Dieser Bereich bildet die Kühlzone. Die Reibringrippen (63) sind konzentrische Ringe, die beidseits am Reibring (11) angeordnet sind. In die ringförmigen Hohlräume zwischen den Reibringrippen (63) ragen ebenfalls ringförmige Wärmetauscherrippen (64) hinein. Die am Radträger oder dem Bremssattelträger angeordneten Wärmetauscherrip pen (64) berühren die Reibringrippen nicht. Zur Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung können die Reibring- (63) und Wärme tauscherrippen (64) mit einer strukturierten Oberfläche verse hen werden. Die Struktur kann z. B. zahn- oder wellenförmig aus gebildet sein, um den Anteil der konvektiven Wärmeableitung durch eine erhöhte Scherströmung zwischen den Rippen zu verbes sern. Fig. 3 shows a disc brake with a two-part heat exchanger ( 61 , 62 ), which absorb and derive the heat radiation emitted by the brake disc ( 3 ) in part. For this purpose, the brake disc ( 3 ) is ribbed, for example in the inner region of the friction ring ( 11 ). This area forms the cooling zone. The friction ring ribs ( 63 ) are concentric rings which are arranged on both sides of the friction ring ( 11 ). Annular heat exchanger fins ( 64 ) also protrude into the annular cavities between the friction ring fins ( 63 ). The heat exchanger ribs ( 64 ) arranged on the wheel carrier or the brake caliper carrier do not touch the friction ring ribs. To increase the heat transfer capacity, the friction ring ( 63 ) and heat exchanger fins ( 64 ) can be provided with a structured surface. The structure can e.g. B. tooth-shaped or wave-shaped to verbes to the portion of the convective heat dissipation by an increased shear flow between the ribs.
Zusätzlich ist die Bremsscheibe (3) mit einem Wärmerohr (12) ausgestattet. Das Wärmerohr (12) dient dem Wärmetransport innerhalb des Reibringes (11) von der heißen Bremszone in die Kühlzone.In addition, the brake disc ( 3 ) is equipped with a heat pipe ( 12 ). The heat pipe ( 12 ) is used to transport heat within the friction ring ( 11 ) from the hot braking zone to the cooling zone.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Wärme kontaktfrei von dem rotierenden Bremskörper (3) auf den stationären Wärmetau scher (61, 62) übertragen. Es gibt hier durch die Wärmeaus kopplung keine Dichtungsprobleme und kaum Reibungsverluste.In this embodiment, the heat is transferred contact-free from the rotating brake body ( 3 ) to the stationary heat exchanger ( 61 , 62 ). Because of the heat extraction there are no sealing problems and hardly any friction losses.
In Fig. 4 wird eine Konstruktion dargestellt, bei der das Wär meträgermittel den nichtrotierenden Bremssattel durchströmt. Bei dieser Konstruktion bilden eine Mitnehmerscheibe (71) mit Isolierhülsen (72) und ein Bremsbelagträger (81) mit Mitnehmer stiften (82) eine Funktionseinheit, die im folgenden Brems scheibe genannt wird. Die beiden Bremsbelagträger (81) sind plane, mitrotierende Ringe, die über Mitnehmerstifte (82) mit einander verbunden sind. Sie sitzen querverschieblich in den Isolierhülsen (72), um die Bewegung des oder der Bremskol ben (93) und einen Belagsverschleiß zu kompensieren. Gegebenen falls werden die Bremsbelagträger (81), z. B. durch mechanische Federn oder Reibgeklemme, mechanisch gegenüber der Mitnehmer scheibe (71) zentriert und schwingungsgedämpft.In Fig. 4, a construction is shown in which the heat transfer medium flows through the non-rotating brake caliper. In this construction, a driver plate ( 71 ) with insulating sleeves ( 72 ) and a brake pad carrier ( 81 ) with driver pins ( 82 ) form a functional unit, which is called the brake disc below. The two brake pad carriers ( 81 ) are flat, co-rotating rings which are connected to one another via driver pins ( 82 ). You sit cross-slidably in the insulating sleeves ( 72 ) to compensate for the movement of the brake piston or the ben ( 93 ) and a lining wear. If necessary, the brake pad carrier ( 81 ), for. B. by mechanical springs or friction clamps, mechanically centered with respect to the driver plate ( 71 ) and damped against vibration.
Ein geringes Spiel zwischen den Mitnehmerstiften (82) und den sie lagernden Isolierhülsen (72) ermöglicht auch eine radiale Bewegung der Bremsbelagträger (81) relativ zu der Mitnehmer scheibe (71), so daß die beim Bremsen auftretenden Wärmedeh nungen nicht zu Verspannungen führen.A slight play between the driving pins ( 82 ) and the insulating sleeves ( 72 ) supporting them also enables radial movement of the brake lining carrier ( 81 ) relative to the driving disk ( 71 ), so that the thermal expansion occurring during braking does not lead to tension.
Die Bremsbelagträger (81) haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit und ein geringes Wärmespeichervermögen. Sie sind durch die Mit nehmerstifte (82) und die Isolierhülsen (72) thermisch von der Mitnehmerscheibe (71) getrennt. Damit kann letztere aus einer Leichtmetallegierung oder aus einem Werkstoff, beispielsweise einem Verbundwerkstoff, mit geringer Temperaturfestigkeit be stehen.The brake pad carriers ( 81 ) have a low thermal conductivity and a low heat storage capacity. They are thermally separated from the drive plate ( 71 ) by the pins ( 82 ) and the insulating sleeves ( 72 ). The latter can be made of a light metal alloy or of a material, for example a composite material, with low temperature resistance.
Der nicht rotierende Teil der Radbremsanlage umfaßt u. a. einen Bremssattel (91), einen Anpreßblock (92) und einen Bremskol ben (93). Zumindest der Bremssattelbereich, der beim Bremsvor gang mit dem Bremsbelag in Berührung kommt, und der Anpreß block (92) bestehen aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleit fähigkeit und hoher Festigkeit. Gegebenenfalls hat der Werk stoff auch ein geringes spezifisches Gewicht. In dem entspre chenden Bremssattelbereich und dem Anpreßblock (92) sind Ka näle (96, 97) eingelassen, die zumindest beim Bremsvorgang von einem Wärmeträgermittel durchspült werden. Die Kanäle (96, 97) sind beispielsweise hintereinander geschaltet.The non-rotating part of the wheel brake system includes a brake caliper ( 91 ), a pressure block ( 92 ) and a Bremskol ben ( 93 ). At least the caliper area, which comes into contact with the brake pad during braking, and the pressure block ( 92 ) consist of a material with high thermal conductivity and high strength. The material may also have a low specific weight. In the corre sponding caliper area and the pressure block ( 92 ) Ka channels ( 96 , 97 ) are embedded, which are flushed through at least during the braking process by a heat transfer medium. The channels ( 96 , 97 ) are connected in series, for example.
Der Bremssattel (91) und der Anpreßblock (92)können auch ring förmig ausgebildet sein, so daß die Reibflächen beim Bremsvor gang an der gesamten Bremsbelagsfläche anliegen. Bei dieser Va riante ergibt sich eine große Wärmeübertragungsfläche, eine gute Wärmeabfuhr, eine symmetrische Bremsscheibenbelastung und eine Verminderung der Bremskräfte. The brake caliper ( 91 ) and the pressure block ( 92 ) can also be ring-shaped, so that the friction surfaces abut the entire brake pad surface when braking. This variant results in a large heat transfer area, good heat dissipation, symmetrical brake disc loading and a reduction in braking forces.
Der Anpreßblock (92) ist im Bremssattel (91) verdrehsicher ge lagert. Er wird beispielsweise durch nicht dargestellte Stifte oder eine Profilierung im Bremssattel (91) am Mitdrehen gehin dert. Außerdem ist er mit dem oder den Bremskolben (93) mecha nisch derart gekuppelt, daß er dem Rückhub des Bremskol bens (93) folgt, um das notwendige Lüftspiel entstehen zu las sen.The pressure block ( 92 ) is stored in the brake caliper ( 91 ) against rotation. He is for example by pins, not shown, or a profile in the brake caliper ( 91 ) prevented from rotating. In addition, it is mechanically coupled with the brake piston (s) ( 93 ) in such a way that it follows the return stroke of the brake piston ( 93 ) in order to produce the necessary clearance.
11
Bremssattel
Brake caliper
22nd
Bremsbeläge
Brake pads
33rd
Bremsscheibe, Bremskörper
Brake disc, brake body
1111
Reibring
Friction ring
1212th
Wärmerohr
Heat pipe
1313
Kanalsystem (Channel system (
Fig.Fig.
22nd
)
)
1515
Heizzone
Heating zone
2121
Scheibentopf
Disc pot
2222
Wärmetauscherkanal
Heat exchanger duct
2323
Trennsteg
Separator
2626
Kühlzone
Cooling zone
3131
Gleitringdichtung
Mechanical seal
3232
Anschlußring
Connecting ring
3333
Abschlußring
End ring
3434
, ,
3535
, ,
3636
Rohre, Bälge
Pipes, bellows
3737
, ,
3838
, ,
3939
Gleitdichtungen
Sliding seals
4141
Zulaufanschluß
Inlet connection
4242
Rücklaufanschluß
Return connection
4545
Kapsel
capsule
5151
Wärmeträgermittelpumpe
Heat transfer medium pump
5252
Wärmeträgermittelspeicher
Heat transfer medium storage
5353
Kondensator
capacitor
5555
Absperrventil
Shut-off valve
5656
Rückschlagventil
check valve
5757
Heizkreislauf
Heating circuit
5858
Kurzschlußleitung
Short-circuit line
6161
, ,
6262
Wärmetauscher
Heat exchanger
6363
Reibringrippen
Friction ring ribs
6464
Wärmetauscherrippen
Heat exchanger fins
7171
Mitnehmerscheibe
Drive plate
7272
Isolierhülsen
Insulating sleeves
8181
Bremsbelagträger
Brake pad carrier
8282
Mitnehmerstifte
Driving pins
8383
Bremsbeläge
Brake pads
9191
Bremssattel
Brake caliper
9292
Anpreßblock
Contact block
9393
Bremskolben
Brake piston
9494
Druckleitung
Pressure line
9696
Kanalsystem in (Channel system in (
9191
)
)
9797
Kanalsystem in (Channel system in (
9292
)
)
Claims (4)
- 1. daß die Bremsbeläge (83) beidseitig auf einer mit dem zu bremsenden Rad rotierenden Mitnehmerscheibe (71) angeordnet sind und von einem Bremssattel (91) zumindest bereichsweise umgriffen werden
- 2. daß die Bremsbeläge (83) gegenüber der Mitnehmerscheibe (71) thermisch isoliert angeordnet sind und
- 3. daß die Bremsbeläge (83) dazu auf einem Bremsbelagträger (81) sitzen, der mit Hilfe von Mitnehmerstiften (82) querver schieblich in der Mitnehmerscheibe (71) gelagert ist.
- 1. that the brake pads ( 83 ) are arranged on both sides on a rotating with the wheel to be braked drive plate ( 71 ) and are encompassed by a brake caliper ( 91 ) at least in some areas
- 2. that the brake pads ( 83 ) are thermally insulated from the drive plate ( 71 ) and
- 3. that the brake pads ( 83 ) sit on a brake pad carrier ( 81 ) which is slidably mounted in the driver plate ( 71 ) with the aid of driver pins ( 82 ).
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- 1997-05-28 DE DE1997122254 patent/DE19722254C2/en not_active Expired - Fee Related
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