DE19736433A1 - Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für ein Kraft­ fahrzeug.

Beim Bremsen wird durch die Reibung zwischen der Scheibe einer Scheibenbremse und den üblichen Bremsklötzen die kinetische Energie des sich bewegenden Fahrzeugs in Wärme­ energie umgewandelt. Die Wärmeenergie wird von der wärmeauf­ nehmenden Masse der Bremsscheibe gespeichert, die gewöhnlich aus Metall wie zum Beispiel Gußeisen hergestellt ist. Die gespeicherte Energie wird durch Konvektion und Strahlung von den Oberflächen der Bremsscheibe an die sie umgebende Luft abgeführt. Beträchtlich hohe Temperaturen können während des Bremsens erzeugt werden, und die Bremsscheibe und die Brems­ klötze müssen in der Lage sein, über einen breiten Tempera­ turbereich (typisch minus 40°C bis 880°C) gut funktionieren, ohne sich infolge von Wärme übermäßig zu verwerfen oder ihre strukturelle Unversehrtheit zu verlieren.

In jüngerer Zeit haben Fahrzeughersteller ein zunehmendes Interesse am Gebrauch dünnerer Scheiben oder leichter Mate­ rialien als Ersatz für die normale Gußeisenbremsscheibe gezeigt. Bei Verwendung von zwei oder vier Scheiben pro Fahrzeug, von denen jede zwischen 3 und 5 Kilo wiegt, kann eine erhebliche Gewichtseinsparung erzielt werden, wenn die herkömmliche Gußeisenscheibe durch eine dünnere Scheibe oder eine Scheibe aus einem leichten Alternativmaterial ersetzt wird.

Die Temperatur ist der begrenzende Faktor bei dünneren Scheiben und bei vielen alternativen Materialien, und leider können die durch das Bremsen eingeleiteten Temperaturen leicht die maximalen Betriebstemperaturen bestimmter alter­ nativer Metalle wie zum Beispiel Aluminiumlegierungen über­ steigen. Keramische Materialien haben zwar ein vermindertes Gewicht, aber die Abfuhr der erzeugten Wärme stellt bei diesen Materialien ein besonderes Problem dar.

Aus der GB-2 142 103 A ist bekannt, einen Hitzeschild um eine Bremsscheibe herum vorzusehen, durch den Luft infolge von zentrifugalkräften strömen muß, wenn sich die Scheibe dreht. Die Wärmemenge, die auf diese Weise abgeführt werden kann, wird durch den Luftstrom, der über die Scheibe hinweg oder durch sie hindurch geleitet werden kann, und durch die maximale Temperatur der Scheibe, die selbst einen herkömm­ lichen Aufbau hat, begrenzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Scheibenbremse bereitzustellen, die es ermöglicht, die Bremsscheibe effektiver als bisher zu kühlen, um dadurch die Verwendung von dünneren Bremsscheiben oder Scheiben aus leichten Materialien zu erleichtern.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Bereitstellung einer Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug gelöst, die einen Scheibenbremssattel und eine Bremsscheibe aufweist, die innerhalb eines Hitzeschildes angeordnet ist, der einen drehbaren Teil, der in der Nähe einer Bremsfläche der Schei­ be zwecks Drehung mit der Scheibe angeordnet ist, und einen feststehenden Teil, der in der Nähe der anderen Bremsfläche der Scheibe an einem feststehenden Teil des Fahrzeugs an­ geordnet ist, aufweist, wobei der drehbare Teil des Hitze­ schildes im wesentlichen radial verlaufende Kanäle aufweist, die einen zentrifugalen Luftstrom durch den drehbaren Hitze­ schildteil bewirken, und der feststehende Hitzeschildteil hohl ist und einen Einlaß, einen Auslaß und einen Strömungs­ kanal für Luft bildet, die während der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs vom Einlaß zum Auslaß strömen muß.

Durch die Zwangsleitung der Luft durch den Hitzeschild kann die von der Scheibe abgestrahlte Wärme wirkungsvoll abge­ führt werden, so daß die Scheibe keine große wärmeaufnehmen­ de Masse benötigt, um die an den Bremsflächen während des Bremsens erzeugte Wärme zu speichern. Infolgedessen kann die Scheibe dünner als bisher gemacht werden, um das Gewicht zu verringern, oder sie kann aus einem leichten Material ge­ macht werden. Die Wärmeabfuhr wird durch den feststehenden Teil des Hitzeschildes noch verbessert, indem er sowohl von dem aus der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs resultierenden Luftstrom als auch von dem von der Scheibenbremse bewirkten zentrifugalen Luftstrom gekühlt wird.

Vorzugsweise leitet der Hitzeschild Luft von dem drehbaren Hitzeschildteil in den Strömungskanal dem feststehenden Hitzeschildteil, so daß der feststehende Hitzeschildteil sowohl Luft, die zentrifugal von dem drehbaren Hitzeschild­ teil bewegt wird, als auch Luft, die in den Einlaß während der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs zwangsgeleitet wird, erhält.

Der feststehende Hitzeschildteil kann sich über eine Kante am Umfang der Scheibe erstrecken.

Der feststehende Hitzeschildteil kann im wesentlichen ring­ förmig sein und eine Ausnehmung für den Bremssattel auf­ weisen, wobei in diesem Fall der Bremssattel vor der Schei­ benachse angeordnet sein kann, und ein Freiraum zwischen dem Bremssattel und dem festen Hitzeschildteil als Einlaß dienen kann. Als Alternative oder zusätzlich, wenn zwei Scheiben­ bremssättel vorgesehen sind, kann der Bremssattel hinter der Scheibenachse angeordnet sein, und kann ein Freiraum zwi­ schen dem Bremssattel und dem feststehenden Hitzeschildteil als Auslaß dienen.

Eine erfindungsgemäße Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug wird nun anhand eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise ausgeschnittene Draufsicht einer Scheibenbremse nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt der in Fig. 1 gezeigten Schei­ benbremse entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt der in Fig. 1 gezeigten Schei­ benbremse entlang der Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 alternative Querschnittsformen eines drehbaren Teiles des Hitzeschildes entlang der Linie IV-IV in Fig. 2; und

Fig. 5 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1, wobei aber der drehbare Teil des Hitzeschildes dargestellt ist, ohne teilweise abgeschnitten zu sein.

Bei Betrachtung der Fig. 1 bis 3 erkennt man, daß eine Scheibenbremsgruppe eine ringförmige Bremsscheibe 10 auf­ weist, die von einem im Querschnitt hutförmigen Befesti­ gungsteil 12 getragen wird, das einen Befestigungsflansch 14, einen ringförmigen Antriebsflansch 16 und einen zylin­ drischen Zwischenteil 18 hat. Der Befestigungsflansch 14 hat vier in Umfangsrichtung beabstandete Öffnungen 20.

Die Scheibe 10 ist an dem Antriebsflansch 16 mittels einer Vielzahl an in Umfangsrichtung beabstandeter, mit Kopf versehenen Mitnehmerstiften 21 befestigt, die sich durch Öffnungen 24 erstrecken, die von halbkreisförmigen Ausneh­ mungen 26 im äußeren Rand des Befestigungsflansches 16 und ähnlich gestalteten Ausnehmungen 28 im inneren Rand der Bremsscheibe 10 gebildet werden.

Die Bremsscheibe 10 ist innerhalb eines Hitzeschildes an­ geordnet, der insgesamt mit 30 bezeichnet ist und einen drehbaren Teil 32 und einen feststehenden Teil 34 aufweist. Wie in Fig. 5 ersichtlich ist, ist der drehbare Hitze­ schildteil 32 kreisförmig und ist axial von der benachbarten Bremsfläche der Scheibe 10 beabstandet; er ist aber nahe bei dieser Bremsfläche angeordnet. Der drehbare Hitzeschildteil 32 hat einen inneren Befestigungsflansch 38, der Öffnungen 40 aufweist, die mit den Öffnungen 20 in dem Befestigungs­ teil 12 fluchten. Im Gebrauch sind das Befestigungsteil 12 und der drehbare Hitzeschildteil 32 mit einer nicht gezeig­ ten Radnabe durch Stiftschrauben oder Schraubenbolzen ver­ bunden, welche sich durch die Öffnungen 20, 40 erstrecken.

Der drehbare Hitzeschildteil 32 hat mehrere Radialschaufeln 42, die radiale Kanäle 44 bilden. Die Einlässe 46 zu den radialen Kanälen 44 sind am äußeren Rand des inneren Befe­ stigungsflansches 38 vorgesehen, und die Auslässe 48 sind an dem äußeren des drehbaren Hitzeschildteiles 32 vorgesehen. Fig. 4 zeigt drei verschiedene Möglichkeiten für die Anord­ nung der Schaufeln 42, um die Kanäle 44 in dem drehbaren Hitzeschildteil 42 zu bilden. Die Schaufeln 42 können so geformt sein, zum Beispiel evolutförmig, um den Luftstrom in den radialen Kanälen 44 zu optimieren.

Der feste Hitzeschildteil 34 hat einen im großen und ganzen hohlen L-förmigen Querschnitt, wobei ein hohler zylindri­ scher Abschnitt 50 sich um den äußeren Rand der Bremsscheibe 10 erstreckt und ein hohler Scheibenabschnitt 52 in nächster Nähe zu der benachbarten Bremsfläche der Scheibe 10 liegt und dieser zugekehrt ist, d. h. auf der zu dem drehbaren Hitzeschildteil 32 entgegengesetzten Seite der Scheibe. Der feststehende Hitzeschildteil ist auf eine geeignete Art und Weise in einem feststehenden Teil des Fahrzeugs neben der Scheibenbremse 10, zum Beispiel an einem Radnabenträger montiert. Der feststehende Hitzeschildteil 34 ist so ge­ formt, daß er eine Ausnehmung 56 für eine Bremssattelbau­ gruppe 54 bildet, die einen eigentlichen Bremssattel 55 aufweist, der an einem feststehenden Träger 57 geführt ist, um sich parallel zu der Achse der Scheibe 10 bewegen zu können. Ein Kolben 58 ist in dem Bremssattel 55 vorgesehen, um eine Klemmkraft auf die Bremsklötze 60 aufzubringen, von denen je einer auf jeder Seite der Scheibe 10 angeordnet ist. Ein Isolierteil 62 bildet eine thermische Sperre zwi­ schen dem Kolben 58 und dem benachbarten Bremsklotz.

Ein Lufteinlaß 64 ist an der Vorderkante des feststehenden Hitzeschildteiles 34 gebildet und erstreckt sich über etwa ein Viertel von dessen Außenumfang. Eine abgewinkelte Ein­ laßlippe 66 ist vorgesehen, um die Luft zu zwingen, in den Einlaß 64 einzutreten, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt (angegeben durch den Pfeil F in Fig. 1). Ein Luftauslaß 68 ist an der Hinterkante des feststehenden Hitzeschildes 54 diametral entgegengesetzt zu dem Lufteinlaß 64 gebildet und erstreckt sich auch über etwa ein Viertel von dessen Außen­ umfang. Auf diese Weise wird die in den Einlaß 64 eintreten­ de Luft gezwungen, durch einen Kanal 69 zu strömen, der durch die hohle Innenseite des feststehenden Hitzeschild­ teiles 34 gebildet ist, und durch den Auslaß 68 auszutreten, wie durch die Pfeile in Fig. 3 angezeigt ist.

Ein ringförmiger Einlaß 70 in dem feststehenden Hitzeschild­ teil 34 fluchtet mit den Auslässen 48 in dem drehbaren Teil 32. Während der Drehung der Scheibe 10 erzeugt der drehbare Hitzeschildteil 32 eine zentrifugale Luftströmung durch die Kanäle 44 von den Einlässen 46 zu den Auslässen 48. Die die Auslässe 48 verlassende Luft tritt in den ringförmigen Einlaß 70 ein und vermischt sich in den Kanal 69 mit der Luft, die durch den Einlaß 64 eingetreten ist. Die gesamte Luft verläßt den feststehenden Hitzeschildteil 34 durch den Auslaß 68.

Der zylindrische Abschnitt 50 des feststehenden Hitzeschild­ teiles 34 hat am Rand eine Lippe 72, die den äußeren Rand des drehbaren Teiles 32 etwas überlappt, um den Luftverlust zwischen dem drehbaren und dem feststehenden Hitzeschildteil 32 bzw. 34 zu verringern und den Eintritt von Schmutz und Wasser zu begrenzen.

Die durch den Hitzeschild 30 strömende Luft hat eine be­ trächtliche Kühlung des Hitzeschildes zur Folge, so daß der Hitzeschild als Aufnehmer der von den Bremsflächen der Scheibe 10 abgestrahlten Hitze dient, wobei diese Hitze sofort durch die den Hitzeschild durchströmende Luft abge­ führt wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß eine Scheibe aus einem leichten Material oder eine erheblich dünnere Scheibe als bisher verwendet werden kann, denn es ist jetzt möglich, die Wärme abzuführen, die sonst in einer herkömm­ lichen Gußeisenscheibe gespeichert werden müßte, die für die Wärmespeicherung Masse benötigt. Eine dünnere Scheibe führt nicht nur zu einer Gesamtgewichtsreduzierung, sondern sie ist auch aus Verpackungsgründen vorteilhaft.

Es dürfte bemerkt worden sein, daß die Scheibenbremse in Fig. 1 so gezeichnet ist, daß die Bremssattelgruppe 54 in der 12-Uhrstellung am oberen Ende der Figur ist. Im Gebrauch ist es jedoch wahrscheinlich, daß die Bremssattelgruppe 54 statt dessen im wesentlichen wie in Fig. 1 gezeigt, bei 54a oder 54b angeordnet ist, d. h. in der 9-Uhrstellung vor der Scheibenachse oder in der 3-Uhrstellung hinter der Schei­ benachse. Wenn die Bremssattelbaugruppe in der 9-Uhrstellung bei 54a ist, kann genügend Platz zwischen der Bremssattel­ baugruppe und der Ausnehmung 56 sein, um diesen als Einlaß 64 verwenden zu können. Wenn die Bremssattelbaugruppe in der 3-Uhrstellung bei 54b ist, kann es ebenso genügend Platz zwischen der Bremssattelbaugruppe und der Ausnehmung 56 geben, um diesen als Auslaß 68 verwenden zu können.

Claims (6)

1. Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug mit einem Schei­ benbremssattel und einer Bremsscheibe, die innerhalb eines Hitzeschildes angeordnet ist, der einen drehbaren Teil, der in der Nähe einer Bremsfläche der Scheibe zwecks Drehung mit der Scheibe angeordnet ist, und einen feststehenden Teil, der in der Nähe der anderen Bremsfläche der Scheibe an einem feststehenden Teil des Fahrzeugs angeordnet ist, aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der drehbare Teil (36) des Hitzeschildes (32) im wesentlichen radial verlaufende Kanäle (44) hat, die einen zentrifugalen Luftstrom durch den dreh­ baren Hitzeschildteil (36) bewirken, und der festste­ hende Hitzeschildteil (34) hohl ist und einen Einlaß (64), einen Auslaß (68) und einen Strömungskanal (69) für Luft bildet, die während der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs vom Einlaß (64) zum Auslaß (68) strömen muß.

2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hitzeschild (32) Luft von dem drehbaren Hitze­ schildteil (36) in den Strömungskanal (69) in dem fest­ stehenden Hitzeschildteil (34) leitet, so daß der fest­ stehende Hitzeschildteil (34) sowohl Luft, die zentri­ fugal von dem drehbaren Hitzeschildteil (36) strömt, als auch Luft, die in den Einlaß (64) während der Vor­ wärtsbewegung des Fahrzeugs einströmen muß, erhält.

3. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der feststehende Hit­ zeschildteil (34) über den Rand der Scheibe (10) am Um­ fang erstreckt.

4. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehenden Hitze­ schildteil (34) im wesentlichen ringförmig ist und eine Ausnehmung (56) für den Bremssattel (54) hat.

5. Scheibenbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremssattel (54) vor der Scheibenachse angeord­ net ist und ein Freiraum zwischen dem Bremssattel (54) und dem feststehenden Hitzeschildteil (34) als Einlaß dient.

6. Scheibenbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremssattel (54) hinter der Scheibenachse ange­ ordnet ist und ein Freiraum zwischen dem Bremssattel (54) und dem feststehenden Hitzeschildteil (34) als Auslaß wirkt.