DE4114761A1 - Scheibenbremse mit einer kuehlluftfuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Scheibenbremse mit einer Kühlluftführung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten und aus der DE-AS 19 61 139 hervorgehenden Art.

Bei dem in dieser Druckschrift offenbarten Fahrzeugrad hat die Radscheibe an ihrem felgenseitigen Umfangsbereich eine zur Bremsscheibe hin offene und damit nach außen konvexe sowie als Luftumlenkelement dienende Ausbuchtung, in der in gleichgroßem Winkelabstand voneinander ange­ ordnet eine Anzahl von Luftleitschaufeln eingesetzt sind, welche rechtwinklig zur Ebene der Bremsscheibe verlaufen. Dabei ist am Bremssattel ein plattenförmiges Luftleitteil befestigt, das rechtwinklig zur Ebene der Bremsscheibe verläuft und sich dabei bis nahe zu den Luftleitschaufeln erstreckt. Bei rotierendem Fahrzeugrad wird die Luft im Bereich der Bremsscheibe in radialer und in Umfangs­ richtung beschleunigt, wodurch schließlich in dem zwischen der Bremsscheibe und der Ausbuchtung der Rad­ scheibe liegenden Ringraum ein Ringwirbel entsteht. Dabei wird im Bereich des Luftleitteils die erwärmte Luft aus dem Ringraum verdrängt, so daß kalte Luft einströmen kann. Die im Ringraum vorhandene Luft wird jedoch nicht gezielt auf die Bremsscheibe hingeleitet, wodurch diese nicht in optimaler Weise gekühlt wird. Darüber hinaus wird durch die nach außen konvexe Ausbuchtung der Rad­ scheibe das Fahrzeugrad in stilistischer Hinsicht unschön beeinflußt. Schließlich können auch an der Radscheibe keine Durchbrechungen vorgesehen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einer Scheiben­ bremse mit einer Kühlluftführung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art diese derart auszubilden, daß der Luftstrom gezielt und möglichst verlustarm einer Reibfläche der Bremsscheibe zugeführt wird.

Zur Lösung der Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dargelegten Merkmale vorgesehen.

Da die Luftleitschaufeln erfindungsgemäß an einem dreh­ fest angebrachten Luftumlenkteil vorgesehen sind, das zwischen der Bremsscheibe und dem Fahrzeugrad liegt, wird die über die Kühlkanäle der innenbelüfteten Bremsscheibe radial nach außen geleitete Luft im Bereich mehrerer Luftleitteile zum Luftumlenkteil geleitet und kann von diesem gezielt zur außenliegenden Reibfläche hin strömen. Somit wird diese von einem auf sie gerichteten Luftstrom umspült und damit stets wirkungsvoll gekühlt. Dieser wird lediglich umgelenkt und damit stets verlustarm auf die Bremsscheibe hin geleitet. Dabei ist das Luftumlenkteil sehr preisgünstig herstellbar, hat ein geringes Gewicht und ist bedarfsweise auch in einfacher Weise nachrüstbar. Da schließlich das Luftumlenkteil ein separat vom Fahr­ zeugrad liegendes Teil ist, kann das Fahrzeugrad stilistisch vollkommen frei gestaltet und auch mit Durch­ brechung oder dergleichen versehen werden. Schließlich können auch Teile der Bremse und damit auch das Fahr­ zeugrad kleiner gestaltet werden, wodurch letztlich eine Gewichtsverminderung erreicht wird.

Bei einem Fahrzeugrad mit einem Luftumlenkelement, das zur außenseitigen Reibfläche der Bremsscheibe gerichtete Luftleitschaufeln hat, besteht eine Ausführungsform darin, daß das Luftumlenkelement mit seinen beiden Enden am Bremsträger befestigt ist und daß die Luftleit­ schaufeln an ihrem der Bremsscheibe zugewandten Wandbe­ reich ein längs des Luftumlenkelements verlaufendes Luft­ strömungsteil aufweisen, dessen freies Ende sich bis nahe zur außenseitigen Reibfläche der Bremsscheibe erstreckt, so daß kaum ein Luftverlust entsteht. Durch das Luft­ strömungsteil wird die in den radial außenliegenden Rand­ bereich des Luftumlenkelements einströmende Kühlluft zu dessen radial innenliegendem Umfangsbereich umgelenkt und beaufschlagt damit gezielt die außenliegende Reibfläche der Bremsscheibe, so daß diese stets und wirkungsvoll ge­ kühlt wird. Dabei kann ein derart gestaltetes, aus Metall oder Kunststoff bestehendes Luftumlenkelement in ein­ facher Weise nachgerüstet werden und beansprucht auch einen geringen Einbauraum (Merkmale des Patentanspruchs 2).

Eine andere Ausführungsart der Erfindung besteht aus einem etwa U-förmigen Luftströmungsteil, auf dem die Luftleitschaufeln im Winkelabstand voneinander angeordnet sind und sich dabei mit ihrem Außenumfang bis zur innen­ liegenden Wandung der Felge bzw. bis zu einer Rippenab­ deckung jeweils unter Bildung eines Luftspalts er­ strecken. Die hierbei zwischen den Luftleitschaufeln vor­ handenen Kanäle sind verhältnismäßig lang, so daß die Kühlluft über eine größere Erstreckung und damit besser umgelenkt wird. Dabei wird das Luftströmungsteil mit seinen beiden Enden ebenfalls am Bremsträger oder der­ gleichen befestigt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Aus­ führungsart besteht darin, daß das Luftströmungsteil mit den Luftleitschaufeln ein sehr geringes Gewicht hat (Merkmale des Patentanspruchs 3).

Die die Kühlkanäle der innenbelüfteten Bremsscheibe radial durchströmende Kühlluft wird zu den Luftleit­ schaufeln des Luftumlenkelements bzw. des Luftströmungs­ teils durch mehrere rechteckförmige Luftleitteile ge­ leitet, die von einer drehfesten Abdeckung im Winkelab­ stand voneinander abstehen und dabei in einer Radialan­ sicht einen Winkel mit der außenliegenden Reibfläche der Bremsscheibe von etwa 30° bis 70° einschließen. Zweck­ mäßigerweise verlaufen dabei die am Luftumlenkelement und am U-förmigen Luftströmungsteil angeordneten Luftleit­ schaufeln etwa gleichgerichtet schräg wie die Luftleit­ teile, so daß die Kühlluft in sehr strömungsgünstiger Weise gegen die außenliegende Reibfläche der Bremsscheibe gerichtet wird. Bei in Bezug auf die Drehrichtung der innenbelüfteten Bremsscheibe konkav gekrümmten Luftleit­ teilen und Luftleitschaufeln kann der Strömungsverlauf der Kühlluft noch weiter verbessert werden (Merkmale der Patentansprüche 5 und 6).

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Radialschnitt eines Fahrzeugrades mit einem Luftumlenkelement, das eine zur Brems­ scheibe hin offene Ausbuchtung mit Luftleit­ schaufeln hat,

Fig. 2 eine schematische Ansicht des Luftumlenk­ elements und des Luftleitteils in Pfeilrichtung A von Fig. 1,

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform von Fig. 1.

Der in den Fig. 1 und 3 ersichtliche Teilbereich eines Radträgers 1 weist einen Achszapfen 2 auf, an dem über Wälzlager ein Radträger 3 drehbar gelagert ist. An diesem liegt der Bremsscheibentopf 4′ einer innenbelüfteten Bremsscheibe 4 an, während am Bremsscheibentopf 4′ die Radscheibe 5 eines an einem Personenkraftwagen vorge­ sehenen Fahrzeugrades 6 anliegt; dabei sind die Rad­ scheibe 5 und der Bremsscheibentopf 4 durch mehrere Schrauben am Radlager 3 befestigt.

Die Radscheibe 5 des Fahrzeugrades 6 weist eine Felge 8 und eine Radnabe 9 auf, wobei an der Innenseite der Rad­ scheibe 5 eine Anzahl in gleichgroßem Winkelabstand von­ einander angeordnete, radial verlaufende Rippen 10 vorge­ sehen sind. Diese erstrecken sich zwischen der Radnabe 9 und der Felge 8, wobei zwischen jeweils zwei Rippen 10 ein Kühlkanal 11 liegt. Ferner ist auf der Oberseite der Rippen 10 eine kreisringförmige Abdeckung 12 befestigt, so daß zu den Lufteintrittskanälen 11 eine nahe der Rad­ nabe 8 liegende Lufteintrittsöffnung 13 führt, während am radial außenliegenden Endbereich der Kühlluftkanäle 11 jeweils eine in die Radaußenseite mündende Luftaustritts­ öffnung 14 vorgesehen ist.

Am Radträger 1 ist eine die Innenseite der Bremsscheibe 4 überdeckende, scheibenförmige Abdeckung 16 drehfest ange­ bracht, von deren außenliegendem Randbereich vier, in gleichgroßem Winkelabstand voneinander angeordnete, rechteckförmige Luftleitteile 17 abstehen. Wie Fig. 2 zeigt, sind diese jeweils derart aus der Ebene der Ab­ deckung 16 ausgestellt, daß sie mit der außenliegenden Reibfläche 4′′ der Bremsscheibe 4 in einer Radialansicht einen Winkel α von etwa 50° einschließen. Dabei er­ strecken sich die Luftleitteile 17 etwas über die außen­ liegende Reibfläche der Bremsscheibe 4 hinaus.

Ferner sind an einem nicht dargestellten Bremsträger die beiden Enden eines segmentförmigen Luftumlenkelements 18 lösbar befestigt, das eine zur außenseitigen Reibfläche 4′′ der Bremsscheibe 4 hin offene Ausbuchtung 18′ auf­ weist. Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, sind in die Aus­ buchtung 18′ des Luftumlenkelements 18 eine Vielzahl in gleichgroßem Winkelabstand zueinander angeordnete Luft­ leitschaufeln 19 unlösbar eingesetzt, die mit ihrem freien Endbereich in einem Winkel β von etwa 60° zur außenliegenden Reibfläche 4′′ der Bremsscheibe 4 ver­ laufen und sich damit etwa gleichgerichtet schräg wie die Luftleitteile 17 erstrecken; zwischen den Luftleit­ schaufeln 19 liegt jeweils ein Luftführungskanal. Schließlich ist in die Luftleitschaufeln 19 an ihrem der Bremsscheibe 4 zugewandten Randbereich ein sich etwa axial, also parallel zur Rotationsachse des Achszapfens 2 erstreckendes Luftströmungsteil 20 eingesetzt, das im Be­ reich des Außenumfangs der Bremsscheibe 4 liegt und dabei über die gesamte Längserstreckung des Luftumlenkelements 18 verläuft. Dabei erstreckt sich das freie Ende des Luftströmungsteils 20 bis nahe zur außenliegenden Reib­ fläche 461 der Bremsscheibe 4, so daß lediglich ein sehr enger Luftspalt f verbleibt. Schließlich verlaufen die Luftleitschaufeln 19 unterhalb des Luftströmungsteils 20 schräg nach außen, wobei sie mit der außenliegenden Reib­ fläche 4′′ der Bremsscheibe 4 einen zum Achszapfen 2 hin offenen Winkel von etwa 30° einschließen.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das segmentförmige Luftströmungsteil 20′ im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet, wobei seine beiden Enden am Bremsträger lösbar befestigt sind. Dabei verläuft der radial außenliegende Schenkel 20′′ des U-förmigen Luft­ strömungsteils 20′ etwa axial und liegt dabei im Bereich des Außenumfangs der Bremsscheibe 4. Schließlich er­ streckt sich das freie Ende des radial außenliegenden Schenkels 20′′ bis nahe zur außenliegenden Reibfläche 4′′ der Bremsscheibe 4, so daß lediglich ein Luftspalt f freibleibt. Auf dem U-förmigen Luftströmungsteil 20′ ist eine Anzahl von Luftleitschaufeln 19′ in gleichgroßem Winkelabstand voneinander angebracht, die jeweils eine U-förmige Ausnehmung 21 aufweisen und dabei den radial außenliegenden Schenkel 20′′ und den radial innenliegen­ den Schenkel 20′′′ des U-förmigen Luftströmungsteils 20′ umgeben. Dabei erstrecken sich die Luftleitschaufeln 19′ mit ihrem Außenumfang soweit bis zur innenliegenden Wandung der Felge 8 bzw. bis zur Abdeckung 12, daß je­ weils ein Luftspalt h verbleibt, wobei zwischen den Luft­ leitschaufeln 19′ jeweils ein Luftleitkanal liegt. Die freien Enden der Luftleitschaufeln 19′ schließen im Be­ reich des radial innenliegenden Schenkels 20′′′ mit der außenliegenden Reibfläche 4′′ der Bremsscheibe 4 einen nach unten offenen Winkel von etwa 30° ein. Die am U-förmigen Luftströmungsteil 20′ angeordneten Luftleit­ schaufeln 19′ verlaufen - analog wie bei Fig. 2 erläutert - in einer Radialansicht etwa gleichgerichtet schräg wie die Luftleitteile 17. Darüber hinaus können auch sowohl die Luftleitteile 17 als auch die Luftleitschaufeln 19 des Luftumlenkelementes 18 und die Luftleitschaufeln 19′ des U-förmigen Luftströmungsteils 20′ in Bezug auf die Drehrichtung k der Bremsscheibe 4 in einer Radialansicht (Fig. 2) konkav gekrümmt ausgebildet sein. Hierdurch kann die Wirkung der Kühlluftbeaufschlagung der außenliegenden Reibfläche 4′′ der Bremsscheibe 4 - wie im folgenden er­ läutert wird - noch verbessert werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Kühlluftführung bei dem Fahrzeugrad 6 mit Bremsscheibe 4 ist folgende (zunächst in bezug auf die Fig. 1 und 2):

Bei in Pfeilrichtung k rotierendem Fahrzeugrad 6 mit Bremsscheibe 4 wird die deren Kühlkanäle 4′′′ in Pfeil­ richtung a durchströmende Kühlluft radial nach außen ver­ lagert und beaufschlagt dabei die sich schräg über die Bremsscheibe 4 erstreckenden Luftleitteile 17. In deren Bereich wird die Kühlluft etwa in Pfeilrichtung b umge­ lenkt und dabei in das Luftumlenkelement 18 radial außer­ halb des Luftströmungsteils 20 eingeleitet. Da das Luft­ umlenkelement 18 drehfest angebracht ist und sich die Luftleitschaufeln 19 etwa gleich schräg wie die Luftleit­ teile 17 erstrecken (Fig. 2) wird die in das Luftumlenk­ element 18 eingeleitete Kühlluft in Pfeilrichtung c radial nach innen geleitet und dabei aufgrund der schräg verlaufenden Luftleitschaufeln 19 entgegen der Dreh­ richtung k der Bremsscheibe 4 etwa in Pfeilrichtung m um­ gelenkt, so daß die außenliegende Reibfläche 4′′ der Bremsscheibe 4 von der Kühlluft sehr wirkungsvoll umspült wird. Daraufhin wird die Kühlluft im Umfangsbereich des Bremsscheibentopfes 4′ in Pfeilrichtung d umgelenkt und sodann in die Kühlkanäle 11 eingeleitet, aus denen sie schließlich in Pfeilrichtung e über die Luftaustritts­ öffnungen 14 zur Radaußenseite hin abgeleitet wird.

Die zu den Fig. 1 und 2 erläuterte Kühlluftführung gilt auch analog für die Kühlluftführung von Fig. 3, lediglich mit dem Unterschied, daß durch die verhältnis­ mäßig große axiale Längserstreckung des radial außen­ liegenden Schenkels 20′′ und radial innenliegenden Schenkels 20′′′ des U-förmigen Luftströmungsteils 20′ die zwischen den Luftleitschaufeln 19′ liegenden Luft­ führungskanäle gegenüber denen des Luftumlenkelements 18 wesentlich länger sind, so daß hierbei eine strömungs­ günstigere und damit optimale Umlenkung der Kühlluft im Bereich des U-förmigen Luftströmungsteils 20′ erfolgt. Durch den zwischen dessen radial außenliegendem Schenkel 20′′ bzw. dem freien Ende des Luftströmungsteils 20 vor­ handenen, kleinen Luftspalt f wird ein Entweichen der Kühlluft im Umfangsbereich der Bremsscheibe 4 weitgehend verhindert.

Claims (6)

1. Scheibenbremse mit einer Kühlluftführung, im wesent­ lichen bestehend aus mindestens einem drehfest ange­ brachten, etwa quer zu den Reibflächen einer Brems­ scheibe verlaufenden Luftleitteil und einer Anzahl in einem Winkelabstand zueinander angeordneten sowie in einem Winkel zu einer Reibfläche verlaufenden Luftleitschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitschaufeln (19, 19′) an einem segmentförmigen, drehfest angebrachten Luftumlenkteil (Luftumlenkelement 18, U-förmiges Luftströmungsteil 20′) angeordnet sind.

2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, mit einem Luftum­ lenkelement, das eine zur außenliegenden Reibfläche der Bremsscheibe hin offene Ausbuchtung mit in diese eingesetzten Luftleitschaufeln hat, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - das Luftumlenkelement (18) mit seinen beiden Enden am Bremsträger oder dergleichen befestigt ist,
• - die Luftleitschaufeln (19) an ihrem der Bremsscheibe (4) zugewandten Randbereich ein sich etwa axial er­ streckendes und im Außenumfangsbereich der Brems­ scheibe liegendes sowie längs des Luftumlenkelements (18) verlaufendes Luftströmungsteil (20) aufweisen, dessen freies Ende nahe der außenliegenden Reib­ fläche (4′′) liegt.

3. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - die Luftleitschaufeln (19′) auf einem im Querschnitt etwa U-förmigen Luftströmungsteil (20′) im Winkelab­ stand voneinander angeordnet sind, wobei ihre U-förmigen Ausnehmungen (21) die beiden Schenkel (20′ und 20′′′) des U-förmigen Luftströmungsteils um­ geben, das mit seinen beiden Enden am Bremsträger oder dergleichen befestigt ist, wobei ferner
• - sich die Luftleitschaufeln (19′) mit ihrem Außenum­ fang bis zur innenliegenden Wandung der Felge (8) und der Abdeckung (12) bzw. bis zur Radscheibe (5) jeweils unter Bildung eines Luftspalts (h) er­ strecken, und
• - der radial außenliegende Schenkel (20′′) des U-förmigen Luftströmungsteils (20′) etwa axial ver­ läuft und sich dabei im Außenumfangsbereich der Bremsscheibe (4) befindet, wobei sein freies Ende nahe der außenliegenden Reibfläche (4′′) liegt.

4. Scheibenbremse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß vom Randbereich einer am Radträger (1) drehfest angebrachten, scheibenförmigen Ab­ deckung (16) mehrere etwa rechteckförmige Luftleit­ teile (17) im Winkelabstand voneinander abstehen, die jeweils derart aus der Ebene der Abdeckung aus­ gestellt sind, daß sie mit der außenliegenden Reib­ fläche (4′′) einer innenbelüfteten Bremsscheibe (4) in einer Radialansicht einen Winkel (α) von etwa 30° bis 70° einschließen.

5. Scheibenbremse nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die am Luftumlenkelement (18) und am U-förmigen Luftströmungsteil (20′) ange­ ordneten Luftleitschaufeln (19, 19′) in einer Radialansicht etwa gleichgerichtet schräg (Winkel β) wie die Luftleitteile (17) verlaufen.

6. Scheibenbremse nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sowohl die Luftleitteile (17) als auch die Luftleitschaufeln (19, 19′) des Luftumlenk­ elements (18) und die des U-förmigen Luftströmungs­ teils (20′) in bezug auf die Drehrichtung (k) der innenbelüfteten Bremsscheibe (4) in einer Radialan­ sicht konkav gekrümmt ausgebildet sind.