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Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für ein Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Scheibenbremse.
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Die in jeder mechanischen Reibbremse auftretende Wärmeerzeugung kann zum Überhitzen von einzelnen Komponenten der Reibbremse führen. Ab einer gewissen Temperatur tritt dabei das sogenannte „Fading“ ein, bei dem eine deutliche Abnahme des maximal erzeugbaren Bremsmoments auftritt. Typischerweise bei deutlich darunterliegenden Temperaturen ist jedoch eine höchstzulässige Temperatur einer Bremsflüssigkeit erreicht. Zudem kann erhöhter Abrieb in reibenden Komponenten der mechanischen Reibbremse bei stark erhöhten Temperaturen auftreten.
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Im Stand der Technik sind Scheibenbremsen bekannt, welche eine verbesserte Luftkühlung aufweisen:
- Die DE 24 61 159 A1 betrifft hierzu ein Kühlsystem für Vollscheibenbremsen mit umlaufendem Bremsgehäuse, bei denen in einem umlaufenden, außen offenen, zweiteiligen, auf ihren Außenflächen mit radialen Kühlrippen ausgerüsteten Bremsgehäuse in Umfangsrichtung fest, axial frei beweglich mit Bremsbelag ausgerüstete Bremsringe angeordnet sind und an Bremsträgem, welche das Bremsgehäuse umfassen, aufgehängt sind, aufweisend in den Bremsgehäusen am Innenumfang der Bremsringe in achsparalleler oder nach außen ansteigender Richtung verlaufende Öffnungen, welche in die radiale Außenverrippung einmünden sowie eine ein- oder beidseitige Ausbildung der mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Betätigungseinheit dahingehend, dass sie über Vorsprünge in Kontakt stehen, so dass ein freier radialer Durchströmquerschnitt entsteht und durch die Gebläsewirkung der umlaufenden radialen Verrippung der Bremsgehäuse über die Öffnungen Kühlluft aus dem Raum außerhalb der Bremse an den Seitenflächen der Betätigungseinheit vorbei durch das Innere der Bremse hindurchgesaugt wird.
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Insbesondere bei Personenkraftwagen kann der Bauraum zur Unterbringung einer Scheibenbremse sehr begrenzt ausfallen. Dies ist insbesondere der Fall bei elektrischen Fahrzeugen mit Radnabenmotor. Dabei ist ein elektrischer Motor möglichst nahe am anzutreibenden Rad angeordnet. Häufig ist in einer solchen Konfiguration eine konventionelle Scheibenbremse einschließlich eines Bremssattels und eines Bremskolbens in der Axialmaßkette zu breit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Scheibenbremse mit verringertem Platzbedarf in axialer Richtung bereitzustellen.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für ein Fahrzeug, aufweisend eine Bremsbacke und eine Bremsscheibe, wobei die Bremsbacke an eine Betätigungseinrichtung zum Bewegen der Bremsbacke zur Bremsscheibe hin angeordnet ist, um durch Reibung ein Bremsmoment zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bremsbelag an der Bremsscheibe angeordnet ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Scheibenbremse kann die jeweilige Bremsbacke durch Betätigung der Bremse in Richtung der Bremsscheibe verfahren werden. Zu diesem Zweck ist die jeweilige Bremsbacke entsprechend beweglich gelagert, beispielsweise gleitend auf einer Führung, und wird durch eine angeordnete Betätigungseinrichtung bewegt, beispielsweise durch Hydraulikdruck.
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Während konventionelle Bremsscheiben aus einem Eisen-Kohlenstoff Verbund gefertigt sind, insbesondere Grauguss, weist eine konventionelle Bremsbacke den Bremsbelag auf, beispielsweise einen metallischen Belag, semimetallischen Belag, Belag aus organischem oder keramischen Material.
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Bei der erfindungsgemäßen Scheibenbremse dagegen ist der jeweilige Bremsbelag umlaufend an der jeweiligen Bremsscheibe angeordnet. Eine jeweilige Bremsscheibe weist auf ihrer zentral ausgenommenen Kreisfläche daher umlaufend den Bremsbelag auf, sodass die in axialer Richtung auf die Bremsscheibe zu gefahrene Bremsbacke den mit dem Rad des Fahrzeugs rotierenden Bremsbelag kontaktiert, sodass eine Reibung erzeugt wird, die wiederum zu einem Bremsmoment führt.
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Im Gegensatz zu konventionellen Scheibenbremsen ist daher der Bremsbelag mit der Rotation des Rades des Fahrzeugs mitrotierend, während die Bremsbacke ohne Bremsbelag ist.
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Eine jeweilige Bremsscheibe weist mit ihrem Bremsbelag eine Reibfläche auf, sodass eine jeweilige Bremsscheibe insbesondere nur einseitig gebremst wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Scheibenbremse weiterhin eine erste Bremsscheibe und eine zweite Bremsscheibe mit einem jeweiligen Bremsbelag auf, wobei eine erste Bremsbacke an einer ersten Betätigungseinrichtung angeordnet ist und eine zweite Bremsbacke an einer zweiten Betätigungseinrichtung angeordnet ist.
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Auch im Falle der Verwendung von zwei Bremsscheiben weist eine jeweilige Bremsscheibe an ihrer zentral ausgenommenen Kreisfläche zumindest über einen Umfang einen Reibbelag auf. Weiterhin bevorzugt werden die Betätigungseinrichtungen, die die erste Bremsbacke und die zweite Bremsbacke möglichst ausgeglichen an den Reibbelag der ersten Bremsscheibe und den Reibbelag der zweiten Bremsscheibe drücken, zentral zwischen den beiden Bremsscheiben angeordnet. Wird beispielsweise bei einem elektrischen Fahrzeug ein Radnabenantrieb vorgesehen, so kann die eine Bremsscheibe an der Felge angeordnet werden, die andere Bremsscheibe an einem Gehäuse eines elektrischen Motors des Radnabenantriebs.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Betätigungseinrichtung ein erster Bremskolben und die zweite Betätigungseinrichtung ein zweiter Bremskolben, wobei der erste Bremskolben und der zweite Bremskolben zwischen den Bremsscheiben und in einem gleichen Radius zu einer Radachse angeordnet sind, jedoch um einen Rotations-Umfang um die Radachse versetzt angeordnet sind.
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Besonders durch die versetzte Anordnung der Betätigungseinrichtungen, die bevorzugt als Bremskolben ausgebildet sind, kann ein axialer Bauraum der Scheibenbremse konstruktiv deutlich verringert werden. Der axiale Platzbedarf zum Einbau der Scheibenbremse im Bereich eines jeweiligen Rades eines Fahrzeugs wird daher massiv verringert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die jeweilige Bremsbacke eine zusätzliche thermische Masse auf.
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Die zusätzliche thermische Masse bringt zusätzliche thermische Trägheit ein und kann entsprechend dem gesamten Radpaket geometrisch gestaltet und positioniert werden. Vorteilhaft kann durch eine Anordnung der zusätzlichen thermischen Masse zwischen zwei Bremsscheiben im Bereich der Bremsbacken eine Verkleinerung gegenüber einer konventionellen thermischen Masse erreicht werden, und außerdem die thermische Masse geometrisch mit hohem Spielraum frei gestaltet werden.
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Weitere Möglichkeiten der Kühlung zur Senkung einer Temperatur in der gesamten Scheibenbremse können vorgesehen werden:
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die zusätzliche thermische Masse Kühlrippen auf. Bevorzugt sind die Kühlrippen aus Metall und mit einem metallischen Wärmeleiter an die zusätzliche thermische Masse angeschlossen, um eine möglichst hohe thermische Leitfähigkeit zu den Kühlrippen zu erreichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die zusätzliche thermische Masse einen Fluid-Leitungskanal zum Leiten von Kühlfluid durch die zusätzliche thermische Masse oder entlang der zusätzlichen thermischen Masse auf.
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Durch Verwendung von Kühlfluid lässt sich die Gesamtmasse der thermischen Masse reduzieren, sodass weitere Verbesserungen in der Fahrdynamik durch Reduktion der ungefederten Masse erreicht werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Fluid-Leitungskanal einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss auf, um einen Massenstrom von Kühlfluid am Einlassanschluss in den Fluid-Leitungskanal einzuleiten und am Auslassanschluss aus dem Fluid-Leitungskanal auszuleiten.
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Das Fördern des Kühlfluids durch den Fluid-Leitungskanal kann dabei durch Temperaturunterschiede von selbst erfolgen, indem sich eine entsprechende Konvektion einstellt, das Kühlfluid kann jedoch auch durch eine motorisch betriebene Pumpe aktiv gefördert werden. Der Vorteil der Verwendung eines Motors ist die Ansteuerbarkeit und die Einstellbarkeit des Massenstroms von Kühlfluid durch den Fluid-Leitungskanal.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der jeweilige Bremsbelag um einen vollständigen geschlossenen Umfang einer jeweiligen Bremsscheibe geführt.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist zumindest ein ringförmiger Abschnitt einer jeweiligen Bremsscheibe (d.h. ein Bereich zwischen einem kleineren und einem größeren Umfang, das heißt ein Bereich zwischen zwei Radien) vollständig aus Bremsbelag-Material ausgebildet. Es kann auch die vollständige Bremsscheibe durchgehend und ausschließlich als Bremsbelag ausgebildet sein, indem diese jeweils vollständig aus dem Material des Bremsbelags hergestellt wird.
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Dadurch kann vorteilhaft eine Reduktion der ungefederten Massen in der Scheibenbremse erreicht werden, was wiederum zu Vorteilen im Fahrkomfort und der Fahrdynamik des Fahrzeugs führt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine jeweilige Bremsscheibe zumindest entlang eines Umfangs über ihre Dicke vollständig als Bremsbelag ausgebildet.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Scheibenbremse wie oben und im Folgenden beschrieben.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Fahrzeugs ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Scheibenbremse vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1: Eine Scheibenbremse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2: Eine Scheibenbremse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 3: Eine Scheibenbremse gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 4: Eine Scheibenbremse gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt eine Scheibenbremse für ein Fahrzeug im Schnitt mit Blickrichtung in eine Rotationsebene. Die Strich-Punkt-Strich Linie an der Unterseite der 1 symbolisiert hierbei eine Radachse. Im Schnitt gezeigt ist eine linke Bremsscheibe 3 und eine rechte Bremsscheibe 3, an deren Innenseiten jeweils Bremsbeläge 7 aufgetragen sind. Die Bremsscheiben 3 bewegen sich mit einer Rotation eines Rades, welches durch die Scheibenbremse abgebremst werden kann, mit. An einem Gehäuse sind des weiteren zwei Betätigungseinrichtungen 5 vorgesehen, die als Bremskolben ausgebildet sind oder bei Betätigung der Scheibenbremse dazu dienen, die Bremsbacken 1 in entgegengesetzter Richtung, d. h. voneinander weg gegen eine gemeinsame Federkraft in Richtung der Bremsbeläge 7 der jeweiligen Bremsscheibe 3 zu bewegen, sodass der umlaufende jeweilige Bremsbelag 7 an einem jeweiligen Ende eines Bremskolbens reibt und dadurch ein bremsendes Drehmoment auf das Rad des Fahrzeugs ausübt. Wird die Betätigung der Scheibenbremse zurückgenommen, so sorgt die Federkraft dafür, dass sich die Bremsbacken 1 wieder von den Bremsscheiben 3 entfernen. Die Beweglichkeit der Bremsbacken 1 kann durch eine Linearführung erreicht werden, sodass sich beide Bremsbacken 1 translatorisch bei der Betätigung der Scheibenbremse voneinander entfernen können und sich auf die Bremsscheiben 3 zu bewegen können. Es kann auch ein Lagerung um einen gemeinsamen Drehpunkt erfolgen, um die Bremsbacken 1 zu den Bremsscheiben 3 bewegbar zu halten. Der erste Bremskolben und der zweite Bremskolben sind zur Sparung axialen Bauraums nicht nur zwischen den Bremsscheiben 3 und in einem gleichen Radius zu einer Radachse angeordnet, sondern auch um einen Rotations-Umfang um die Radachse versetzt angeordnet, das heißt in 1 in die Zeichenebene hinein versetzt. Außerdem ist eine thermische Masse 9 vorgesehen, um zusätzliche thermische Trägheit in die Scheibenbremse einzubringen. Die zusätzliche thermische Masse 9 ist gut wärmeleitend mit beiden Bremsbacken 1 verbunden, um durch Reibung entstehende Wärme aus der Scheibenbremse in die Umgebung des Fahrzeugs ableiten zu können.
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2 zeigt eine Variante der Scheibenbremse der 1. Hierbei weist die zusätzliche thermische Masse 9 einen Fluid-Leitungskanal 11 zum Leiten von Kühlfluid durch die zusätzliche thermische Masse 9 auf. Der Fluid-Leitungskanal 11 wiederum weist einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss auf, um einen Massenstrom von Kühlfluid am Einlassanschluss in den Fluid-Leitungskanal 11 einzuleiten und am Auslassanschluss aus dem Fluid-Leitungskanal 11 auszuleiten. Das in der zusätzlichen thermischen Masse 9 erwärmte Kühlfluid kann außerhalb der Scheibenbremse einem Wärmetauscher zugeführt werden, um die aufgenommene Wärme wieder abzugeben, beispielsweise durch Fahrtwind.
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3 zeigt eine Variante der Scheibenbremse der 1. Während nach dem Konzept der 1 der jeweilige Bremsbelag 7 auf einer jeweiligen inneren Stirnseite der Bremsscheiben 3 angeordnet ist, ist in der Variante der 3 die jeweilige komplette Bremsscheibe 3 aus dem Material des Bremsbelags 7 gefertigt, sodass die jeweilige Bremsscheibe 3 und ihr Bremsbelag 7 jeweils eine Einheit bilden.
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4 zeigt demgegenüber eine vereinfachte Ausführungsform einer Scheibenbremse, bei der lediglich eine einzige Betätigungseinrichtung 5 vorgesehen ist, um eine einzige Bremsbacke 1 bei der Betätigung der Scheibenbremse zu genau einer Bremsscheibe 3 zu führen, welche selbst als Bremsbelag 7 ausgebildet ist. Alternativ kann eine mit Bremsbelag 7 beschichtete Bremsscheibe 3 verwendet werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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