DE4021188C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Beölungssystem für eine Brems­ scheibe, deren Bremsbeläge im wesentlichen radial verlau­ fende, von innen nach außen von Öl durchströmte Nuten auf­ weisen, mit wenigstens einem radial außenliegenden Ölsam­ melkanal, von dem aus das Öl über wenigstens einen Abfluß­ kanal abfließt.

Bei einer nassen Bremse läuft die Bremsscheibe gewöhnlich in dem Öl, das im Bremsgehäuse eingeschlossen ist, so daß die radial innenliegenden Eintrittsöffnungen der Nuten in das Ölbad eintauchen. Infolge der Rotation der Brems­ scheibe und der dadurch entstehenden Zentrifugalkräfte wird das Öl durch die Nuten radial nach außen geschleu­ dert. Die Ölströmung in den Nuten des Bremsbelages be­ streicht die Reibfläche der Bremse und schmiert und kühlt diese, wobei das Öl erwärmt wird.

Das Öl sammelt sich in einem radial außenliegenden Öl­ sammelkanal und gelangt von hier aus über Abflußöffnungen wieder zurück in das Bremsgehäuse, wo es sich mit dem üb­ rigen Öl mischt, abkühlt und wieder durch die umlaufenden Nuten angesaugt wird, so daß ein Kühlölkreislauf gebildet ist. Alternativ hierzu kann das Öl von dem Ölkanal aus auch zu einem weiteren Ölsammelbehälter geleitet werden, von dem aus es zu einem Ölkühler abgeführt wird.

Um einen ungehinderten Ölabfluß aus dem Ölsammelkanal zu ermöglichen, haben die sich an den Ölsammelkanal an­ schließenden Abflußöffnungen einen relativ großen Quer­ schnitt. Beispielsweise kann die Betriebsbremse eines Ackerschleppers für den Ölabfluß aus dem Ölsammelkanal drei auf dem Umfang gleichmäßig verteilte radiale Bohrun­ gen mit Durchmessern von 6 mm aufweisen. Das aus den Nuten der Bremsscheibe austretende Öl entspannt sich im Öl­ sammelkanal und fließt drucklos über die Abflußkanäle ab.

Es hat sich gezeigt, daß ein derartiges Beölungssystem insbesondere bei hohen Drehzahlen der Bremsscheibe nicht immer eine optimale Schmierung und Kühlung der Bremse ge­ währleistet. Insbesondere besteht die Gefahr, daß während des Bremsvorganges bei hohen Drehzahlen stellenweise trockene Reibung, hohe Temperaturen, Verbrennen des Öles und Zerstören der Reibflächen bzw. des Belages auftreten kann.

Aus der EP-A1-01 28 758 ist eine flüssigkeitsgekühlte Fahrzeugbremsscheibe bekannt geworden, die durch eine Ringnut in zwei konzentrische kreisförmige Bremsbelags­ bereiche unterteilt ist. Die Ringnut dient als Kühlflüs­ sigkeitsreservoir und soll eine ausreichende Kühlmittel­ versorgung der Bremsbelagsbereiche sicherstellen. Dros­ selungsmittel begrenzen den Kühlmittelabfluß aus der Ring­ nut. Als Drosselungsmittel dienen die Eigenporösität des Bremsbelagmaterials oder im wesentlichen radiale Nuten in dem äußeren Bremsbelagsbereich, deren Querschnitte ent­ sprechend eng ausgelegt sein müssen und daher den Kühl­ mitteldurchtritt begrenzen. Die Ausbildung der mit er­ höhtem Fertigungsaufwand hergestellten Ringnut führt zu einer Verkleinerung der wirksamen Bremsbelagsfläche.

Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe wird darin ge­ sehen, ein Beölungssystem anzugeben, das eine zuverlässige Schmierung und Kühlung der Bremsflächen auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet und die genannten Gefahren ver­ meidet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Drosselung des Ölabflusses führt zu einem Rückstau des Öles und damit einer Druckerhöhung in dem Ölsammelkanal und teilweise auch in den Nuten der Bremsscheibe. Es wird somit nicht der bisher verfolgte und an sich naheliegende Weg beschritten, einen ungehinderten Abfluß des Öles von dem Sammelkanal zum Sumpf zu ermöglichen.

Die Erkenntnisse, die aus der erfindungsgemäßen Lösung re­ sultierten, gehen davon aus, daß eine ausreichende luft­ freie Ölversorgung einer im wesentlichen senkrecht ausge­ richteten Bremsscheibe, deren unterer Bereich in einem Öl­ sumpf läuft, gewährleistet sein muß. Die radial innenlie­ genden Eintrittsöffnungen der Bremsscheibe tauchen bei je­ der Umdrehung in das Ölbad ein und füllen sich mit Öl.

Die luftfreie Ölversorgung der umlaufenden Nuten außerhalb des Ölsumpfes ist bei gegebener Konstruktion, Ölstand und Öltemperatur (Zähigkeit) bis zu einer gewissen kritischen Drehzahl der Bremsscheibe durch die Ölmenge gegeben, die durch die Schleuderwirkung der Scheibe an beiden Seiten der Bremsscheibe von innen nach außen fließt.

Bei Überschreiten der kritischen Drehzahl wird jedoch die Ölströmung in den Nuten so schnell, daß eine größere Öl­ menge abgeführt wird als nachströmen kann. Die Strömung reißt an den Nuteingängen ab, und Luft oder ein Luftölge­ misch wird angesaugt. Außerdem wird durch die hohe Ro­ tation der Bremsscheibe das Öl in deren Nähe stark mit Luft durchsetzt. Die Luftbeimischung wird dann noch ver­ stärkt, wenn die Bremsscheibe Durchbrechungen aufweist, durch die das Öl zum Ausgleich des beidseits der Brems­ scheibe herrschenden Ölstandes treten kann.

Die angesaugte bzw. mit dem Öl als Schaum mitgelieferte Luftmenge kann so groß sein, daß während des Bremsvor­ ganges stellenweise trockene Reibung, hohe Temperaturen, Verbrennen des Öles und Zerstören der Reibflächen bzw. des Belages auftritt.

Die erfindungsgemäße Lösung schafft hier wesentlich ver­ besserte Beölungsbedingungen für die Bremsscheibe. Durch den Rückstau des Öles fließt dieses nicht so schnell aus den Nuten ab. Die Drosselwirkung nimmt mit der pro Zeit­ einheit durchtretenden Ölmenge, also mit einem Ansteigen der Drehzahl der Bremsscheibe, zu. Die Drosselung wird so bemessen, daß oberhalb der genannten kritischen Drehzahl eine ausgeprägte Drosselwirkung einsetzt, die auf die Ölströ­ mung durch die Nuten hemmend wirkt und damit ein Abreißen der Ölströmung verhindert, d. h., die Ölgeschwindigkeit wird nicht so groß, daß Luft durch die Kanäle in der Bremsscheibe angesaugt wird. Der Lufteintritt und die da­ mit verbundenen Probleme können hierdurch vermieden oder entscheidend reduziert werden.

Unter der kritischen Drehzahl der Bremsscheibe verändern sich die Beölungsbedingungen im Vergleich mit einem kon­ ventionellen Beölungssystem nur unwesentlich, da bei tie­ feren Drehzahlen und geringeren Strömungsgeschwindigkeiten des Öls die Ölliefermenge der Bremsscheibe so gering ist, daß die Drosselung im Abflußkanal kaum wirksam ist.

Ein geeigneter Überdruck läßt sich für eine konkrete Bremse anhand von Versuchen ermitteln. Es hat sich bei etwa maximalen Betriebsdrehzahlen der Bremsscheibe und be­ triebswarmer Bremse, was einer Öltemperatur von 70° ent­ sprechen kann, ein Überdruck von 0,2 bis 1,0 bar bewährt. Ein bevorzugter Überdruckbereich bei den genannten Be­ triebsbedingungen liegt zwischen 0,3 und 0,6 bar. Als be­ sonders günstig hat sich ein Wert um 0,4 bar herausge­ stellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ver­ bindet der gedrosselte Abflußkanal den Ölsammelkanal mit einem außerhalb des Bremsgehäuses liegenden Ölsumpf. Das durch den Bremsvorgang erwärmte Öl fließt somit über den Ölsammelkanal und den gedrosselten Abflußkanal zum Ölvor­ ratsbehälter ab, von wo es über einen Ölkühler wieder ins Bremsgehäuse gepumpt werden kann. Dies ermöglicht eine optimale Kühlung des Schmieröles.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfin­ dung verbindet der gedrosselte Abflußkanal den Ölsammel­ kanal mit einer Ölkammer im Bremsgehäuse, d. h. mit dem Sumpf, durch den sich die Bremsscheibe dreht. Im Sumpf vermischt sich das aus dem Ölsammelkanal austretende er­ wärmte Öl mit dem übrigen Öl. Ein Ölaustausch mit einem außerhalb des Bremsgehäuses liegenden Ölsumpf kann über einen Überlauf im Bremsgehäuse und eine Speiseleitung vom Ölsumpf zum Bremsgehäuse erfolgen.

Zweckmäßigerweise ist lediglich ein einziger gedrosselter Abflußkanal vorgesehen. Dieser zweigt vorzugsweise im obe­ ren Bereich des Ölsammelkanales von diesem ab. Der Abfluß­ kanal liegt damit im Bereich senkrecht über der Drehachse der Bremsscheibe. Hierdurch kann es vermieden werden, daß sich im Bereich der Eintrittsöffnung des Abflußkanales Schmutz sammelt, der zu einem Verstopfen des Abflußkanales führen könnte.

Bei einer Rückführung des Schmieröles in das Bremsgehäuse verläuft der Abflußkanal vorzugsweise durch den Brems­ druckring. Es kann sich hierbei um eine radial verlaufende Zylinderbohrung handeln, die einen Durchmesser von ca. 4 mm und eine Länge von ca. 50 mm hat.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Anhand der Zeichnung, die zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt, sollen die Erfindung sowie weitere Vor­ teile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben und erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 den Längsschnitt einer Fahrzeugbetriebsbremse mit einem erfindungsgemäßen Beölungssystem,

Fig. 2 den Längsschnitt einer Fahrzeugbetriebsbremse mit einem weiteren erfindungsgemäßen Beölungs­ system und

Fig. 3 den Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 1 mit einer Aufsicht der Bremsscheibe.

In Fig. 1 ist ein Teil eines Getriebegehäuses 10 und eines Bremsgehäuses 12 dargestellt. Beide Gehäuse sollen im fol­ genden, sofern nichts anderes gesagt ist, gemeinsam als Bremsgehäuse 12 bezeichnet werden, da sie den Innenraum für eine Betriebsbremse einschließen.

An einer Zwischenwand 14, die ein Differentialgetriebe von der Betriebsbremse trennt, liegt die Anlaufscheibe 16 der Betriebsbremse an, die als feststehender Bremsring ausge­ bildet ist. An die Anlaufscheibe 16 schließt sich axial die Bremsscheibe 18 an, die über eine Keilverzahnung 20 mit einer in etwa horizontal ausgerichteten Endantriebswelle 22 formschlüssig verbunden ist und sich mit der Endan­ triebswelle 22 mitdreht. Auf der der Anlaufscheibe 18 axial gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 18 ist ein ringförmig ausgebildeter Bremskolben 24 angeordnet. Der Bremskolben 24 ist in einer in das Bremsgehäuse 12 einge­ lassenen axial ausgerichteten Ringnut 28 geführt und gegen Verdrehung durch einen oder mehrere Stifte 28 gesichert.

Der Bremskolben 24 schließt mit der Wandung der Ringnut 26 einen durch Dichtungen 29 abgeschlossenen Druckraum 30 ein, welcher über einen Kanal 32 und eine nicht darge­ stellte Bremsleitung mit einem nicht dargestellten Brems­ zylinder in Verbindung steht. Wird das Bremspedal betä­ tigt, so füllt der Bremszylinder den Druckraum 30 mit Bremsöl und setzt diesen unter Druck. Hierdurch wird der Bremskolben 24 gegen die Bremsscheibe 18 gedrückt und die Bremsscheibe 18 wird zwischen Bremskolben 24 und Anlauf­ scheibe 16 derart eingespannt, daß die Bremsbeläge der Bremsscheibe 18 gegen die entsprechenden Bremsflächen des Bremskolbens 24 und der Anlaufscheibe 16 gepreßt werden, was zu einer Abbremsung der Endantriebswelle 22 führt.

Auf der anderen Seite der Zwischenwand 14 befindet sich ein Differentialgetriebe, bestehend aus Tellerrad 34, Kegelritzeln 36, 38 und einem über ein Kegelrollenlager 40 an der Zwischenwand 14 gelagerten Differentialgetriebege­ häuse 42. Das Kegelritzel 38 ist über eine Keilverzahnung formschlüssig mit der Endantriebswelle 22 verbunden und treibt diese an. In der Zwischenwand 14 ist oberhalb der Endantriebswelle ein Durchbruch 47 vorgesehen, durch den ein Ölstandsausgleich zwischen Bremsgehäuse 12 und Ge­ triebegehäuse 10 möglich ist.

Die Bremsscheibe 18 weist beidseits einen äußeren ring­ förmigen Bereich auf, der mit einem Bremsbelag, beispiels­ weise einer Papierbeschichtung, versehen ist. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind in den Bremsbelag eine Vielzahl von auf den Umfang verteilten, in etwa radial verlaufenden Nuten 44 eingelassen. Ferner enthält die Bremsscheibe in einem Bereich, der axial innerhalb der Bremsbeläge liegt, Durch­ gangsbohrungen 48, durch die ein Ausgleich des Ölspiegels 48 beidseits der Bremsscheibe 18 möglich ist.

Radial außerhalb der Bremsscheibe 18 und eines sich an diese anschließenden Bereiches des Bremskolbens 24 befin­ det sich in dem Bremsgehäuse 12 ein Ölsammelkanal 50. Der Ölsammelkanal 50 ist über einen Abflußkanal 52 mit dem Inneren des Getriebegehäuses 10 verbunden, so daß Öl aus dem Ölsammelkanal 50 über den Abflußkanal 52 in das Ge­ triebegehäuse 10 abfließen kann.

Findet beispielsweise für einen landwirtschaftlichen Schlepper eine Bremsscheibe 18 mit einem Durchmesser von ca. 30 cm Verwendung, die auf eine Bremsverzögerung von ca. 45% der Erdbeschleunigung bei einem Fahrzeuggewicht von ca. 7,5 t und einer maximalen Drehzahl von ca. 1000 U/min ausgelegt ist, so kann als Abflußkanal eine Bohrung von 4 mm Durchmesser mit einer Länge von ca. 50 mm dienen.

Wird die Endantriebswelle abgebremst, so fließt infolge der Zentrifugalkraft Öl aus dem Ölbad 48 im Bremsgehäuse 12 durch die Nuten 44 in der Bremsscheibe 18 radial nach außen in den Ölsammelkanal 50 und weiter durch den Ab­ flußkanal 52 in das Getriebegehäuse 10. Das aus dem Brems­ gehäuse 12 abfließende Öl kann dabei durch einen Zufluß 54 wieder ersetzt werden.

Bei geringen Drehzahlen der Bremsscheibe 18 ist die För­ dermenge des Öles durch die Nuten 44 so gering, daß sich kein wesentlicher Druck im Ölsammelkanal 50 infolge der Drosselwirkung des Abflußkanales 52 aufbaut, d. h. das Öl fließt ungehindert in das Getriebegehäuse 10 ab.

Bei hohen Drehzahlen der Bremsscheibe 18 hingegen wird in­ folge der Fliehkräfte eine wesentlich größere Ölmenge durch die Nuten 44 gefördert. Diese große Ölmenge kann je­ doch nicht ungehindert durch den Abflußkanal 52 abfließen, da dessen Querschnitt nicht auf den Durchtritt großer Öl­ mengen ausgelegt ist. Folglich staut sich das Öl im Ring­ raum 50 und führt hier zu einem Druckanstieg. Bei einer Abbremsung von einer Drehzahl der Endantriebswelle von ca. 1000 U/min aus, kann sich beispielsweise im Ölsammelkanal ein Überdruck von 0,4 bar einstellen. Dieser Überdruck be­ hindert den freien Ölaustritt aus den Nuten 44.

Die Betriebsbremse gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten lediglich durch die Lage des Ab­ flußkanales. Hier ist der Abflußkanal 60 als radiale Boh­ rung im Bremskolben 24 ausgebildet und verbindet den Öl­ sammelkanal 50 mit dem Inneren des Bremsgehäuses 12. Auch hier kann der Abflußkanal als Bohrung mit einem Durch­ messer von 4 mm ausgebildet sein.

Claims (9)

1. Beölungssystem für eine Bremsscheibe (18), deren Bremsbeläge im wesentlichen radial verlaufende, von innen nach außen von Öl durchströmte Nuten (44) auf­ weisen, mit wenigstens einem radial außenliegenden Ölsammelkanal (50), von dem aus das Öl über wenig­ stens einen Abflußkanal (52, 60) abfließt, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Abflußkanal (52, 60) in seinem Querschnitt so bemessen ist, daß er als Strömungsdrossel wirkt, wodurch sich stromauf im Ölsammelkanal (50) und in den davor stromauf ge­ legenen Nuten (44) ein Überdruck aufbaut, der das Ab­ reißen des Ölstroms in den Nuten (44) verhindert.

2. Beölungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bei etwa maximalen Betriebsdrehzahlen der Bremsscheibe (18) und einer Öltemperatur, die der Be­ triebstemperatur entspricht, sich ein Überdruck von 0,2 bis 1,0 bar einstellt.

3. Beölungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Überdruck einen Wert zwischen 0,3 und 0,6 bar einnimmt.

4. Beölungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abflußkanal (52) den Ölsammelkanal (50) mit einem außerhalb des Bremsge­ häuses (12) liegenden Ölsumpf verbindet.

5. Beölungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abflußkanal (60) den Ölsammelkanal (50) mit einer Ölkammer im Bremsgehäuse (12) verbindet.

6. Beölungssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß lediglich ein Abflußkanal (52, 60) vorgesehen ist, der im oberen Bereich des Ölsammel­ kanales (50) von diesem abzweigt.

7. Beölungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abflußkanal (60) als in etwa radial durch den Bremskolben (24) verlaufende Zylin­ derbohrung ausgebildet ist.

8. Beölungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ölsammelkanal (50) als Ringkanal ausgebildet ist, der radial außerhalb der Bremsscheibe (18) im Bremsgehäuse (12) ausgebildet ist.

9. Beölungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ölsammelkanal (50) sich axial bis in den Bereich eines auf die Bremsscheibe (18) einwirkenden Bremskolbens (24) erstreckt.