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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Nutzfahrzeugs, welcher einen Antriebsmotor mit einer Antriebsmotorwelle, eine Kupplung, ein Fahrgetriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle, eine Kardanwelle, ein Differentialgetriebe, wenigstens zwei Radantriebswellen sowie Fahrzeugräder aufweist, wobei die Getriebeeingangswelle über die Kupplung mit der Antriebswelle des Antriebsmotors verbunden ist, wobei die Kardanwelle über ein erstes Kardangelenk mit der Getriebeausgangswelle sowie über ein zweites Kardangelenk mit einer Eingangswelle oder einem Eingangselement eines Differentialgetriebes verbunden ist, wobei das Differentialgetriebe mit zwei Radantriebswellen verbunden ist, wobei die Radantriebswellen mit Fahrzeugräder verbunden sind, wobei den Fahrzeugräder Radbremsen zugeordnet sind, mittels denen die Fahrzeugräder abbremsbar sind, und bei dem der Antriebsstrang eine Dauerbremse aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Scheibenbremse, welche für die Nutzung in einem solchen Antriebsstrang geeignet ist.
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Es ist in der Fachwelt bekannt, dass Nutzfahrzeuge ab einem bestimmten Gesamtgewicht neben mechanischen Betriebsbremsen zusätzlich eine Dauerbremse aufweisen müssen. Die mechanischen Betriebsbremsen, die als Reibbremsen ausgebildet sind, sind dicht an den Fahrzeugrädern angeordnet, wo nur ein recht beengter Bauraum für diese zur Verfügung steht. Daher sind diese Betriebsbremsen vergleichsweise klein ausgebildet. Hierdurch ist deren Aufnahme- und Abgabekapazität für die bei einem Bremsvorgang entstehende Reibungswärme begrenzt, sodass diese nur für vergleichsweise kurze Abbremsvorgänge nutzbar sind. Dies macht sich insbesondere dann negativ bemerkbar, wenn, wie bei einem Nutzfahrzeug üblich, eine vergleichsweise große bewegte Masse über einen längeren Zeitraum abgebremst werden muss. Eine solche Situation tritt beispielsweise dann auf, wenn ein vollbeladenes Nutzfahrzeug mit einer Gesamtmasse von über 9000 kg auf einer Strecke von 6 km und einem Gefälle von 7% auf eine Fahrgeschwindigkeit von maximal 30 km/h gehalten werden soll. Die bei einer solchen Anforderung entstehenden thermischen Belastungen halten auch die aus der
DE 10 2008 034 000 A1 und der
DE 10 2009 027 116 A1 bekannt gewordenen belüfteten Bremsscheiben für als Scheibenbremsen ausgebildete Betriebsbremsen nicht stand.
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Um die genannte Situation bewältigen zu können, muss in Deutschland in Bussen mit einer Gesamtmasse von mehr als 5500 kg und in Lastkraftwagen mit einer Gesamtmasse von mehr als 9000 kg neben der erwähnten Betriebsbremse zusätzlich eine Dauerbremse vorhanden sein. Üblicherweise wirken solche Dauerbremsen nicht unmittelbar auf die Fahrzeugräder, sondern sie sind im Antriebsstrang des Fahrzeugs vor den Radantriebswellen beziehungsweise Fahrzeugrädern wirksam. Die Dauerbremse wird bei einem normalen Bremsvorgang über die Betätigung der Betriebsbremse des Fahrzeugs in der Weise mit aktiviert, dass bei einer vergleichsweise geringen Bremsanforderung durch den Fahrer zunächst nur die Dauerbremse wirksam ist, und erst zur Durchführung einer stärkeren Abbremsung des Fahrzeugs zusätzlich die Betriebsbremse genutzt wird. Außerdem ist es möglich, die Dauerbremse ausschließlich zu aktivieren, welches üblicherweise manuell durch den Fahrer erfolgt.
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Als Dauerbremsen werden gemäß dem Stand der Technik Motorbremsen oder hydrodynamische beziehungsweise elektromagnetische Retarder genutzt. Die Motorbremse ist technisch zwar vergleichsweise einfach realisierbar, sie erzeugt jedoch kein großes Bremsmoment. Retarder benötigen zusätzlichen Bauraum und sind teuer in der Herstellung. Da die Herstellkosten und daher letztlich der Verkaufspreis eines Nutzfahrzeugs in wirtschaftlich weniger entwickelten Ländern eine entscheidende Rolle für dessen Akzeptanz auf dem dortigen Fahrzeugmarkt spielen, besteht dort ein Bedarf insbesondere an leichten Nutzfahrzeugen, welche sowohl eine Betriebsbremse im Bereich des Fahrzeugfahrwerks als auch eine Dauerbremse im Antriebsstrang aufweisen, und welche zudem vergleichsweise kostengünstig herstellbar sind. Dies soll insbesondere dadurch erreicht werden, dass auf den Einbau eines Retarders in den Antriebsstrang des Fahrzeugs verzichtet wird, ohne jedoch auf die erwähnte Dauerbremsfunktion verzichten zu müssen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Antriebsstrang eines Nutzfahrzeugs erreicht, welcher die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Eine für diesen Antriebsstrang geeignete Dauerbremse ist in dem unabhängigen Anspruch 6 definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen des Antriebsstrangs und der Dauerbremse sind in den jeweils zugeordneten abhängigen Ansprüchen genannt.
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Demnach betrifft die Erfindung zunächst einen Antriebsstrang eines Nutzfahrzeugs, welcher einen Antriebsmotor mit einer Antriebsmotorwelle, eine Kupplung, ein Fahrgetriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle, eine Kardanwelle, ein Differentialgetriebe, wenigstens zwei Radantriebswellen sowie Fahrzeugräder aufweist. Hierbei ist die Getriebeeingangswelle über die Kupplung mit der Antriebswelle des Antriebsmotors verbunden und die Kardanwelle ist über ein erstes Kardangelenk mit der Getriebeausgangswelle sowie über ein zweites Kardangelenk mit einer Eingangswelle oder einem Eingangselement eines Differentialgetriebes verbunden. Das Differentialgetriebe ist antriebstechnisch mit zwei Radantriebswellen verbunden, wobei letztere mit Fahrzeugrädern verbunden sind. Den Fahrzeugrädern ist jeweils eine Radbremse zugeordnet, mittels denen die Fahrzeugräder abbremsbar sind. Zudem weist dieser Antriebsstrang eine Dauerbremse auf, welche für einen Dauerbremsbetrieb der oben genannten Art geeignet ist.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei diesem Antriebstrang vorgesehen, dass die Dauerbremse als eine Scheibenbremse ausgebildet ist, welche in dem Antriebsstrang bremswirksam zwischen dem Fahrgetriebe und dem Differentialgetriebe angeordnet ist.
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Wenngleich die Idee, eine Scheibenbremse als Dauerbremse zu nutzen zunächst abwegig erscheint, weil eben solche Reibbremsen am Fahrwerk eines Fahrzeugs dafür nicht geeignet sind, so zeigten Untersuchungen, dass der im Bereich des Antriebsstrangs vor den jeweiligen Radantriebswellen zur Verfügung stehende Bauraum an verschiedenen Stellen dafür geeignet ist, um dort eine für einen Dauerbremsbetrieb ausreichend große Scheibenbremse anzuordnen. Dies gilt beispielsweise auch für Busse mit einer Gesamtmasse von mehr als 5500 kg und für leichte Nutzfahrzeuge mit einer Gesamtmasse von über 9000 kg. Die Bremsscheibe einer solchen Scheibenbremse hat dann jedoch eine an die höheren Anforderungen angepasste wärmespeicherwirksame Masse, einen angepassten Durchmesser sowie, sofern es sich als notwendig erweisen sollte, einen die Kühlung der Bremsscheibe begünstigenden konstruktiven Aufbau.
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Hinsichtlich der Anordnung der als Dauerbremse ausgebildeten Scheibenbremse sind unterschiedliche Orte am Antriebsstrang geeignet. So kann gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Scheibenbremse im Bereich der Kardanwelle des Nutzfahrzeugs angeordnet ist. Hierbei ist die Bremsscheibe der Scheibenbremse drehfest mit der Kardanwelle verbunden.
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Sofern die Befestigung der Bremsscheibe der Dauerbremse an der Kardanwelle nicht möglich ist, beispielsweise weil diese nicht aus einem Metall sondern aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, kann gemäß einer zweiten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Bremsscheibe der Scheibenbremse drehfest mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist. Hierdurch lässt sich vorteilhaft auch ein kleinerer Anteil der im Dauerbremsbetrieb anfallenden Wärme über die Getriebeausgangswelle in das Fahrgetriebe des Nutzfahrzeugs einleiten und auf die dortigen Maschinenteile sowie das Getriebeöl verteilen und abkühlen.
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Wenn die Anordnung der als Scheibenbremse ausgebildeten Dauerbremse an der Kardanwelle oder an der Getriebeausgangswelle nicht möglich oder gewünscht ist, kann die Dauerbremse im Antriebsstrang des Nutzfahrzeugs im Bereich eines Differentialgetriebes angeordnet sein. Hierbei ist die Bremsscheibe der Scheibenbremse dann drehfest mit der Eingangswelle beziehungsweise mit einem Eingangselement des Differentialgetriebes verbunden.
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Da durch die Anordnung der als Scheibenbremse ausgebildeten Dauerbremse im Bereich des Antriebsstrangs des Nutzfahrzeugs vor den Radantriebswellen die Abstützung der Bremsmomente an ein Fahrwerksbauteil nicht möglich ist, ist bei der hier vorgeschlagenen Anordnung vorgesehen, dass ein Bremsenträger der Scheibenbremse an dem Fahrzeugrahmen des Nutzfahrzeugs befestigt ist. Der Bremsenträger trägt, wie an sich bekannt, die gesamte hydraulische oder hier vorzugsweise pneumatische Aktuatorik sowie die Bremsbeläge zur Betätigung der Scheibenbremse.
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Bei einer Scheibenbremse, die als Dauerbremse im Antriebsstrang eines Nutzfahrzeugs nutzbar ist, ist hinsichtlich deren Bremsscheibe vorgesehen, dass diese zwei Seitenwände aufweist, welche parallel zueinander angeordnet sowie einstückig mittels sich in Umfangsrichtung der Bremsscheibe nach radial außen geschwungen ausgebildete Stege verbunden sind. Durch diesen doppelwandigen Aufbau weist die Bremsscheibe bei einem vorgegebenen maximal nutzbaren Bauraum am Nutzfahrzeug eine mehr als doppelt so hohe Masse sowie eine mehr doppelt so hohe Fläche auf wie eine einfachwandige Bremsscheibe. Hierdurch sind das Wärmeaufnahmevermögen sowie das Wärmeabgabevermögen der metallischen Bremsscheibe vergleichsweise hoch.
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Zur verbesserten Kühlbarkeit dieser Bremsscheibe kann zusätzlich vorgesehen sein, dass zwischen zwei benachbarten, die Seitenwände verbindenden Stegen der Bremsscheibe jeweils ein Luftführungskanal ausgebildet ist. Diese Luftführungskanäle sind jeweils radial innen mit zumindest einer in einer Seitenwand der Bremsscheibe ausgebildeten Lufteintrittsöffnung strömungstechnisch in Verbindung, und sie enden radial außen am Außenumfang der Bremsscheibe mit einer Luftaustrittsöffnung. Über diesen Strömungsweg kann im Betrieb Luft zur Kühlung der Bremsscheibe zwischen deren beiden Seitenwände geleitet sowie erwärmt radial außen ausgestoßen werden.
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Alternativ oder additiv zu der gerade genannten Kühlung kann vorgesehen sein, dass die Bremsscheibe ausgehend von deren radial innen ausgebildeten Nabe eine sich axial erstreckende Hülse aufweist, welche alternativ zur Aufnahme der Kardanwelle, der Getriebeausgangswelle oder der Eingangswelle beziehungsweise des Eingangselements des Differentialgetriebes ausgebildet ist. Zur Kühlung der Hülse und damit zur Kühlung der Bremsscheibe sind an der radialen Außenseite der metallischen Hülse scheibenförmige Kühlkörper mit Abstand zueinander angeordnet, welche Wärme an die Umgebung abstrahlen und an vorbeiströmende Luft abgeben können.
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Ebenfalls alternativ oder additiv zu den oben genannten Kühlkonstruktionen kann vorgesehen sein, dass an der radialen Außenseite der Hülse der Bremsscheibe ein Strömungslenker angeordnet ist, mittels dem Luft direkt auf eine axiale Außenwand der Bremsscheibe lenkbar ist. Dieser Strömungslenker kann als in der Umfangsrichtung der Hülse geschwungenes Leitblech ausgebildet sein, welches so orientiert ist, dass dieses bei einer eine Vorwärtsfahrt des Nutzfahrzeugs entsprechenden Drehrichtung der Kardanwelle, der Getriebeausgangswelle oder der Eingangswelle beziehungsweise des Eingangselements des Differentialgetriebes Luft hin zur Bremsscheibe befördert.
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Eine bessere Luftförderwirkung wird unter Inkaufnahme eines erhöhten Luftwiderstandes gegebenenfalls dadurch erreicht, dass der Strömungslenker eine trichterförmige Geometrie aufweist, wobei dieser Strömungslenker in Umfangsrichtung der Hülse gesehen geschwungen ausgerichtet ist, und bei dem dessen größere Eintrittsöffnung seitenwandfern sowie dessen kleinere Austrittsöffnung seitenwandnah ausgebildet ist.
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Um eine sichere Übertragung des von der als Scheibenbremse ausgebildeten Dauerbremse aufgenommenen Bremsmomentes zu erzielen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die metallische Bremsscheibe im Bereich derer Nabe oder an den axialen Enden der Hülse mit der metallischen Kardanwelle mittels einer Verschweißung fest verbunden ist. Da die Befestigung der Bremsscheibe mittels eines solchen thermischen Verbindungsverfahrens an der Getriebeausgangswelle oder an der Eingangswelle beziehungsweise an dem Eingangselement eines Differentialgetriebes ungünstig erscheint, wird bei einer derartigen Anordnung der Bremsscheibe eine Schraubverbindung im Bereich der Bremsscheibenhülse bevorzugt.
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Die als Dauerbremse ausgebildete Scheibenbremse weist gemäß einer ersten Ausführungsform einen Bremsenträger auf, welcher die Bremsscheibe fahrzeugrahmennah radial teilweise und axial umgreift. Der Bremsenträger trägt gegenüber einer ersten Seitenwand der Bremsscheibe eine Kolben-Zylinder-Anordnung, deren Zylinder zwei Zylinderräume aufweist, in denen jeweils ein Kolben axial beweglich geführt ist. Die beiden Kolben wirken im Betrieb über ein gemeinsam genutztes Druckstück sowie einen ersten Bremsbelag mittels einer Bremskraft auf die erste Seitenwand der zweiwandigen Bremsscheibe ein. An der gegenüberliegenden Seite des Bremsenträgers ist ein zweiter Bremsbelag befestigt, welcher bei einer Betätigung der genannten Kolben-Zylinder-Anordnung an die zweite Seitenwand der Bremsscheibe angepresst wird.
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Alternativ dazu kann hinsichtlich der im Antriebsstrang nutzbaren Dauerbremse vorgesehen sein, dass die Scheibenbremse einen Bremsenträger aufweist, welcher die Bremsscheibe ebenfalls fahrzeugrahmennah teilweise radial und axial umgreift. Dieser Bremsenträger trägt jedoch nahe jeder Seite der Bremsscheibe eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit je einem Zylinder. Die Zylinder dieser beiden Aktuatoren weisen jeweils zwei Zylinderräume auf, in denen je ein Kolben axial beweglich geführt ist. Bei einer Betätigung der beiden Aktuatoren wirken deren Kolben aus entgegengesetzten axialen Richtungen über jeweils ein zugeordnetes Druckstück sowie über jeweils einen Bremsbelag auf die beiden Seitenwände der Bremsscheibe mit einer Normalkraft ein.
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Weil sich die Bremsscheibe quer zur Längserstreckung des Nutzfahrzeugs beziehungsweise quer zu dessen Antriebsstrang erstreckt, sind die erwähnten Kolben-Zylinder-Anordnungen bei den beiden genannten Ausführungsbeispielen parallel zur Längserstreckung des Nutzfahrzeugs ausgerichtet.
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Da sich die Komponenten des Antriebsstrangs des Nutzfahrzeugs, also der Antriebsmotor, die Kupplung, das Fahrgetriebe, die Kardanwelle und das Differentialgetriebe während des Betriebs des Nutzfahrzeugs in allen drei Raumrichtungen mit vergleichsweise geringer Amplitude bewegen, ist davon auszugehen, dass sich auch die an einer der genannten Wellen befestigte Bremsscheibe ebenso bewegen wird. Zugleich ist aber an der Bremsscheibe ein Bremsmoment an dem dazu definitionsgemäß unbeweglichen Fahrzeugrahmen abzustützen. Um diese Teilaufgabe gut und sicher lösen zu können, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Bremsenträger derartig ausgebildet und angeordnet ist, dass dieser in Längsrichtung, in Querrichtung und in Vertikalrichtung des Nutzfahrzeugs beweglich an einem Fahrzeugrahmen befestigbar ist. Bei einer ebenfalls möglichen etwas schlechteren Ausführungsform ist der Bremsenträger so ausgebildet und angeordnet, dass dieser nur in Längsrichtung sowie in Querrichtung des Nutzfahrzeugs beweglich an einem Fahrzeugrahmen befestigbar ist.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
- 1 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang eines Nutzfahrzeugs mit einer als Scheibenbremse ausgebildeten Dauerbremse an einer Kardanwelle gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Darstellung wie in 1, wobei die Dauerbremse gemäß einer zweiten Ausführungsform an einer Getriebeausgangswelle angeordnet ist,
- 3 eine Darstellung wie in 1, wobei die Dauerbremse gemäß einer zweiten Ausführungsform an einer Eingangswelle eines Differentialgetriebes angeordnet ist,
- 4 eine perspektivische und zum Teil geschnittene Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer als Dauerbremse ausgebildeten Scheibenbremse,
- 5 eine perspektivische und zum Teil geschnittene Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer als Dauerbremse ausgebildeten Scheibenbremse,
- 6 eine perspektivische Seitenansicht auf eine radial und axial mittig aufgeschnittene Bremsscheibe der Dauerbremse gemäß den 1 bis 5, und
- 7 eine schematische Längsschnittansicht durch eine Kardanwelle mit einer daran befestigten Bremsscheibe, sowie mit auf einem hülsenförmigen Fortsatz der Bremsscheibe befestigten zusätzlichen Kühlvorrichtungen.
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Demnach zeigt die 1 schematisch eine Draufsicht auf einen Antriebsstrang A1 eines Nutzfahrzeugs, welcher einen Antriebsmotor 1 mit einer Antriebsmotorwelle 2, eine mechanische Kupplung K, ein Fahrgetriebe 3 mit einer Getriebeeingangswelle 4 und einer Getriebeausgangswelle 5, eine Kardanwelle 6, ein Differentialgetriebe 8, zwei Radantriebswellen 30, 31 sowie Fahrzeugräder 40, 41 aufweist. Der Antriebsmotor 1 ist in dem gewählten Beispiel eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, sodass die Antriebsmotorwelle in diesem Fall eine Kurbelwelle ist. Die Kupplung K ist hier eine mechanische Reibungskupplung, deren Eingangselement mit der Motorantriebswelle 2 und deren Ausgangselement mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden ist. Das Fahrgetriebe 3 ist als ein Stufenwechselgetriebe oder Automatikgetriebe ausgebildet, dessen Getriebeausgangswelle 5 über ein erstes Kardangelenk 9 mit der Kardanwelle 6 verbunden ist. Zudem ist die Kardanwelle 6 über ein zweites Kardangelenk 10 mit einer Eingangswelle 7 oder einem Eingangselement eines Differentialgetriebes 8 verbunden. Das Differentialgetriebe 8 ist über zwei nicht dargestellte Ausgangswellen mit jeweils einer Radantriebswelle 30, 31 verbunden, wobei diese Radantriebswellen 30, 31 letztlich mit den Felgen der Fahrzeugräder 40, 41 verbunden sind. Die Fahrzeugräder 40, 41 weisen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils eine Zwillingsbereifung auf. Zum Abbremsen des Nutzfahrzeugs sind wenigstens zwei Radbremsen 48, 49 vorhanden, welche als nur kurzzeitig nutzbare Betriebsbremsen ausgebildet sind.
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Die genannten Hauptkomponenten dieses Antriebsstrangs A1, beginnend mit dem Antriebsmotor 1 bis hin zu dem Differentialgetriebe 8, sind in an sich bekannter Weise in Längsrichtung X des Nutzfahrzeugs hintereinander angeordnet. Lediglich die beiden Radantriebswellen 30, 31 erstrecken sich in einer dazu senkrechten Querrichtung Y, welche ebenso wie die Längsrichtung X parallel zu einer nicht dargestellten Fahrbahn verläuft.
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Um bei diesem bis hierhin bekannten Antriebsstrang A1 den Einbau eines kostspieligen Retarders zu vermeiden und dennoch eine notwendige Dauerbremse zur Verfügung zu haben, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Dauerbremse als eine Scheibenbremse 11.1 ausgebildet ist, welche in dem Antriebsstrang A1 bremswirksam zwischen dem Fahrgetriebe 3 und dem Differentialgetriebe 8 angeordnet ist.
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In dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese als Scheibenbremse 11.1 ausgebildete Dauerbremse im Bereich der Kardanwelle 6 angeordnet. Hierzu ist die Bremsscheibe 12 der Scheibenbremse 11.1 drehfest an der Kardanwelle 6 befestigt, während ein zur Scheibenbremse 11.1 zugehöriger Bremsenträger 13 mit einem Fahrzeugträger 14 des Nutzfahrzeugs verbunden ist. Der Bremsenträger 13 kann neben oder über der Kardanwelle 6 angeordnet sein und weist einen Rahmen oder ein Gehäuse auf, welcher oder welches die Aktuatorik sowie die Bremsbeläge der Scheibenbremse 11.1 trägt. Hierauf wird weiter unten im Detail eingegangen.
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Der Bremsenträger 13 ist derartig ausgebildet und angeordnet ist, dass dieser zumindest in Längsrichtung X und Querrichtung Y des Nutzfahrzeugs in geringem Maße beweglich an einem Fahrzeugrahmen 14 befestigbar ist. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass der Bremsenträger 13 in Längsrichtung X, in Querrichtung Y und in Vertikalrichtung Z des Nutzfahrzeugs gering beweglich an einem Fahrzeugrahmen 14 befestigbar ist. Diese Beweglichkeit des Bremsenträgers 13 muss nicht sonderlich groß sein, sondern lediglich dazu geeignet sein, während des Betriebs des Nutzfahrzeugs auftretende Antriebsstrangschwingungen und damit eben auch Schwingungen der Bremsscheibe 12 zu folgen. In jedem Fall soll die zur Abbremsung notwendige Abstützung der Bremsenelemente an dem Fahrzeugrahmen 14 gewährleistet sein.
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Dadurch, dass die Dauerbremse des Antriebsstrangs A1 nicht wie konventionell antriebsmotorintergiert oder getriebeintegriert sondern als eine Scheibenbremse 11.1 ausgebildet sowie zwischen dem Fahrgetriebe 3 und dem Differentialgetriebe 8 angeordnet ist, ist eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Lösung geschaffen, um den eingangs beschriebenen Dauerbremsbetrieb insbesondere eines leichten Nutzfahrzeugs zu ermöglichen. Für Nutzfahrzeuge mit mehr als 9000 kg zulässiger Gesamtmasse geeignete Scheibenbremsen sind am Markt erhältlich oder zumindest vergleichsweise einfach an die hier geschilderten Bedürfnisse anpassbar.
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Sofern der in 2 dargestellte Antriebsstrang A2 eine Kardanwelle 6 aufweist, welche nicht aus einem Metall sondern aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, kann gemäß einer zweiten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Bremsscheibe 12 der Scheibenbremse 11.2 drehfest mit der Getriebeausgangswelle 5 verbunden ist. Hierdurch lässt sich sogar ein geringer Anteil der an der Bremsscheibe 12 im Dauerbremsbetrieb anfallenden Wärme über die Getriebeausgangswelle 5 in das Fahrgetriebe 3 des Nutzfahrzeugs einleiten und auf die dortigen Maschinenteile sowie das Getriebeöl verteilen, und von dort an die Umgebung abgegeben.
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Sofern die Anordnung der als Scheibenbremse 11.3 ausgebildeten Dauerbremse an der Kardanwelle 6 oder an der Getriebeausgangswelle 5 nicht möglich oder gewünscht ist, kann die Dauerbremse gemäß einer dritten Ausführungsform im Antriebsstrang A3 des Nutzfahrzeugs im Bereich eines Differentialgetriebes 8 angeordnet sein. Hierbei ist die Bremsscheibe 12 der Scheibenbremse 11.3 drehfest mit der Eingangswelle 7 beziehungsweise mit einem Eingangselement des Differentialgetriebes 8 verbunden. Auch bei dieser Ausführungsform kann ein geringer Anteil der an der Bremsscheibe 12 anfallenden Wärme in das Differentialgetriebe 8 geleitet und von dort an die Umgebung abgegeben werden.
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Wie die 1 bis 3 veranschaulichen, ist der Bremsenträger 13 nicht in Vertikalrichtung Z über der Kardanwelle 6 beziehungsweise über der Getriebeausgangswelle 5 beziehungsweise über der Eingangswelle 7 des Differentialgetriebes 8 angeordnet, sondern in Querrichtung Y neben dieser positioniert. Hier ist genug freier Bauraum vorhanden, um die Scheibenbremse 11.1, 11.2, 11.3 anzuordnen.
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Wie insbesondere die 4 bis 6 veranschaulichen, weist die Bremsscheibe 12 zwei Seitenwände 24, 25 auf, welche parallel zueinander angeordnet sowie einstückig mittels sich in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 12 nach radial außen geschwungen ausgebildete Stege 28.1, 28.2 verbunden sind. Radial innen weist die Bremsscheibe 12 eine hohlzylindrische Nabe 26 auf, welche auf eine der genannten Wellen 5, 6, 7 aufsteckbar und dort beispielsweise mittels einer Verschweißung 59 (7) oder mittels einer Verschraubung drehfest befestigbar ist.
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Zwischen zwei benachbarten Stegen 28.1, 28.2 der Bremsscheibe 12 ist jeweils ein Luftführungskanal 22 ausgebildet, welche radial innen mit zumindest einer in einer Seitenwand 24, 25 der Bremsscheibe 12 ausgebildeten Lufteintrittsöffnung 27 strömungstechnisch in Verbindung stehen. Radial außen enden diese Luftführungskanäle 22 als Luftaustrittsöffnungen 29 am Außenumfang der Bremsscheibe 12.
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Sofern die Kühlfähigkeit der Luftführungskanäle 22 der Bremsscheine 12 nicht ausreicht, um diese und die Bremsbeläge der Scheibenbremse ausreichend zu kühlen, können weitere Kühlelemente an der Bremsscheibe 60 vorgesehen sein. Wie 7 in einem schematischen Längsschnitt zeigt, kann die Bremsscheibe 60 zusätzlich zu deren doppelwandigen Struktur radial innen, ausgehend von deren beschriebenen Nabe 26, eine sich axial erstreckende Hülse 50 aufweisen, welche zunächst zur Aufnahme der Kardanwelle 6, der Getriebeausgangswelle 5 oder der Eingangswelle 7 beziehungsweise des Eingangselements des Differentialgetriebes 8 ausgebildet ist. An der radialen Außenseite dieser Hülse 50 sind zur Vergrößerung der Abkühlfähigkeit der Bremsscheibe 60 scheibenförmige Kühlkörper 51 mit axialem Abstand zueinander befestigt, welche Wärme über deren Flächen an deren Umgebung abgeben können.
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Sofern die derartig gesteigerte Abkühlfähigkeit der Bremsscheibe 60 immer noch nicht als nicht ausreichend beurteilt wird, kann alternativ oder zusätzlich zur Anordnung der scheibenförmigen Kühlkörpern 51 vorgesehen sein, dass an der radialen Außenseite der Hülse 50 ein Strömungslenker 52 angeordnet ist, mittels dem Luft direkt auf eine axialen Außenseiten der beiden Seitenwände 24, 25 der Bremsscheibe 60 lenkbar ist.
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Dieser Strömungslenker 52 kann im einfachsten Fall als ein in Umfangsrichtung der Hülse 50 geschwungenes Leitblech ausgebildet sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Strömungslenker 52 eine trichterförmige Geometrie aufweist und in Umfangsrichtung der Hülse 50 geschwungen ausgerichtet ist. Die größere Eintrittsöffnung 53 dieses trichterförmigen Strömungslenkers 52 ist seitenwandfern sowie dessen kleinere Austrittsöffnung 54 ist seitenwandnah ausgebildet. Die in der 7 dargestellten Strömungspfeile zeigen die Strömungsrichtung 55 von in den trichterförmigen Strömungslenker 52 einströmender Luft, die Strömungsrichtung 56 von in die Lufteintrittsöffnungen 27 einströmender Luft, die Strömungsrichtung 57 von radial an der Bremsscheibe 60 abströmender Luft und die Strömungsrichtung 58 von aus der Bremsscheibe 60 abströmender Luft.
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Die als Dauerbremse ausgebildete Scheibenbremse 11a, 11b ist in den 4 und 5 in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen dargestellt. Die Scheibenbremse 11 a gemäß 4 weist eine nur einseitig auf eine Bremsscheibe 12 mit einer Bremskraft wirkende Kolben-Zylinder-Anordnung auf, während die Scheibenbremse 11b gemäß 5 zwei solche Aktuatoren hat, welche aus axial entgegengesetzten Richtungen auf eine Bremsscheibe 12 mit einer Bremskraft einwirken.
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Demnach weist die in der 4 dargestellten Scheibenbremse 11a einen ersten Bremsenträger 13.1 mit einer im Wesentlichen U-förmigen Längsschnittgeometrie auf, welcher die Bremsscheibe 12 fahrzeugrahmennah teilweise radial und axial entlang eines bestimmten Umfangsabschnitts teilweise umgreift. Der Bremsenträger 13.1 kann dabei als ein hin zur Bremsscheibe 12 nach unten topfförmig offenes Gehäuse ausgebildet sein. Dieser Bremsenträger 13.1 weist auf nur einer Seite der Bremsscheibe 12 eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem Zylinder 17 auf, welcher zwei nebeneinander ausgebildete Zylinderräume hat. In jedem der beiden Zylinderräume ist ein Kolben 15, 16 axial beweglich aufgenommen. Die beiden Kolben 15, 16 stehen mit ihrer zylinderraumfernen Stirnseite mit einem gemeinsam genutzten Druckstück 18 in Kontakt. Das Druckstück 18 liegt mit seiner kolbenfernen Seite an einem ersten Tragblech 19 an, welches mit einem ersten Bremsbelag 20.1 verbunden ist. Ein zweiter Bremsbelag 20.2 ist mittels eines zweiten Tragblechs 21 an einer Halterung 23 an der gegenüberliegenden Seite des ersten Bremsenträgers 13.1 befestigt, wobei die Reibseite des zweiten Bremsbelags 20.2 der Bremsscheibe 12 zugewandt ist.
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Zur Beaufschlagung der beiden Zylinderräume des Zylinders 17 sind an diesem zwei Druckmittelanschlüsse 39a, 39b ausgebildet, durch welche beispielsweise Druckluft in die beiden Zylinderräume des Zylinders 17 einfüllbar ist. Durch eine solche Beaufschlagung der beiden Zylinderräume mit Druckluft werden die beiden Kolben 15, 16 gegen das gemeinsame Druckstück 18 gedrückt, wodurch letzteres gegen das Tragblech 19 des ersten Bremsbelags 20.1 gepresst wird. Infolge dessen wird dieser erste Bremsbelag 20.1 gegen die erste Seitenwand 24 der doppelwandigen Bremsscheibe 12 gedrückt. Bei einer weiteren Erhöhung des Betätigungsdrucks wird die gegenüberliegende Seite des ersten Bremsenträgers 13.1 mit dem zweiten Bremsbelag 20.2 an die zweite Seitenwand 25 der Bremsscheibe 12 herangezogen, in dessen Folge auch dieser zweite Bremsbelag 20.2 abbremsend an der Bremsscheibe 12 wirksam ist.
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Die in 5 dargestellte zweite Ausführungsform einer Scheibenbremse 11b, welche in einem der beschriebenen Antriebsstränge A1, A2, A3 verwendbar ist, hat zwei axial entgegensetzt in Richtung zur Bremsscheibe 12 wirksame Bremsaktuatoren. Demnach weist die Scheibenbremse 11b einen zweiten Bremsenträger 13.2 auf, welcher die Bremsscheibe 12 ebenfalls fahrzeugrahmennah teilweise radial und axial entlang eines bestimmten Umfangsabschnitts umgreift. Auch dieser zweite Bremsenträger 13.2 kann als nach unten offenes Gehäuse ausgebildet sein.
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Der zweite Bremsenträger 13.2 weist auf beiden Seiten der Bremsscheibe 12 eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit jeweils einem Zylinder 36; 45 auf. Jeder dieser Zylinder 36; 45 weist zwei Zylinderräume auf, in welchen jeweils ein Kolben 34, 35; 43, 44 axial beweglich angeordnet ist. Die zylinderraumferne Seite der jeweiligen Kolben 34, 35; 43, 44 liegt paarweise jeweils an einem gemeinsamen Druckstück 37; 46 an, welche ihrerseits mit deren kolbenfernen Seite an einem jeweils zugeordneten Tragblech 38.1; 38.2 von zwei Reibbelägen 20.1; 20.2 anliegen. Dabei ist das mit dem ersten Reibbelag 20.1 verbundene erste Tragblech 38.1 in einem am zweiten Bremsenträger 13.2 ausgebildeten ersten Führungsstück 33 in Richtung zur Bremsscheibe 12 axialbeweglich geführt. Ebenso ist das mit dem zweiten Reibbelag 20.2 verbundene zweite Tragblech 38.2 in einem am zweiten Bremsenträger 13.2 ausgebildeten zweiten Führungsstück 42 in der entgegengesetzten Richtung hin zur Bremsscheibe 12 axialbeweglich geführt. Zur Beaufschlagung der beiden Zylinderräume der beiden Zylinder 36; 45 des zweiten Bremsenträgers 13.2 sind an den beiden Zylinder 36; 45 jeweils zwei Druckmittelanschlüsse 39a, 39b, 39c, 39d ausgebildet, durch welche beispielsweise Druckluft in die beiden Zylinderräume einfüllbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsmotor
- 2
- Antriebsmotorwelle
- 3
- Fahrgetriebe, Schaltgetriebe, Automatikgetriebe
- 4
- Getriebeeingangswelle
- 5
- Getriebeausgangswelle
- 6
- Kardanwelle
- 7
- Eingangswelle des Differentialgetriebe
- 8
- Differentialgetriebe
- 9
- Erstes Kardangelenk
- 10
- Zweites Kardangelenk
- 11.1
- Scheibenbremse an der Kardanwelle
- 11.2
- Scheibenbremse an der Getriebeausgangswelle
- 11.3
- Scheibenbremse an der Eingangswelle des Differentialgetriebes
- 11 a
- Scheibenbremse (erste Ausführungsform)
- 11b
- Scheibenbremse (zweite Ausführungsform)
- 12
- Bremsscheibe
- 13
- Bremsenträger der Scheibenbremse 11.1, 11.2, 11.3
- 13.1
- Bremsenträger der Scheibenbremse 11a
- 13.2
- Bremsenträger der Scheibenbremse 11b
- 14
- Fahrzeugrahmen
- 15
- Erster Kolben der Scheibenbremse 11a
- 16
- Zweiter Kolben der Scheibenbremse 11a
- 17
- Zylinder der Scheibenbremse 11a
- 18
- Druckstück der Scheibenbremse 11a
- 19
- Tragblech des ersten Bremsbelags der Scheibenbremse 11a
- 20.1
- Erster Bremsbelag der Scheibenbremse 11a
- 20.2
- Zweiter Bremsbelag der Scheibenbremse 11a
- 21
- Tragblech des zweiten Bremsbelags der Scheibenbremse 11a
- 22
- Luftführungskanal der Bremsscheibe 12
- 23
- Halterung am Bremsenträger 13.1 für das zweite Tragblech 21
- 24
- Erste Seitenwand der Bremsscheibe 12
- 25
- Zweite Seitenwand der Bremsscheibe 12
- 26
- Nabe der Bremsscheibe 12
- 27
- Lufteintrittsöffnungen an der Bremsscheibe 12
- 28.1
- Erster radial geschwungener Steg zwischen den Seitenwänden 24, 25
- 28.2
- Zweiter radial geschwungener Steg zwischen den Seitenwänden 24, 25
- 29
- Luftaustrittsöffnung zwischen Stegen 28.1, 28.2 und Seitenwänden 24, 25
- 30
- Rechte Radantriebswelle
- 31
- Linke Radantriebswelle
- 33
- Erstes Führungsstück am zweiten Bremsenträger 13.2
- 34
- Erster Kolben der Scheibenbremse 11b
- 35
- Zweiter Kolben der Scheibenbremse 11b
- 36
- Erster Zylinder der Scheibenbremse 11b
- 37
- Erstes Druckstück der Scheibenbremse 11b
- 38.1
- Tragblech am ersten Bremsbelag 20.1 der Scheibenbremse 11b
- 38.2
- Tragblech am zweiten Bremsbelag 20.2 der Scheibenbremse 11b
- 39a - 39b
- Druckmittelanschlüsse am Zylinder des Bremsenträgers
- 39c - 39d
- Druckmittelanschlüsse am Zylinder des Bremsenträgers
- 40
- Rechtes Fahrzeugrad
- 41
- Linke Fahrzeugrad
- 42
- Zweites Führungsstück am zweiten Bremsenträger 13.2
- 43
- Dritter Kolben der Scheibenbremse 11b
- 44
- Vierter Kolben der Scheibenbremse 11b
- 45
- Zweiter Zylinder der Scheibenbremse 11b
- 46
- Zweites Druckstück der Scheibenbremse 11b
- 48
- Erste Radbremse
- 49
- Zweite Radbremse
- 50
- Hülse an der Nabe 26 der Bremsscheibe 12
- 51
- Scheibenförmige Kühlkörper an der Hülse 50
- 52
- Trichterförmiger Strömungslenker an der Hülse 50
- 53
- Eintrittsöffnung des trichterförmigen Strömungslenkers 52
- 54
- Austrittsöffnung des trichterförmigen Strömungslenkers 52
- 55
- Strömungsrichtung von in den Strömungslenker 52 einströmender Luft
- 56
- Strömungsrichtung von in die Lufteintrittsöffnung 27 einströmender Luft
- 57
- Strömungsrichtung von radial an der Bremsscheibe 60 abströmender Luft
- 58
- Strömungsrichtung von aus der Bremsscheibe 60 abströmender Luft
- 60
- Bremsscheibe mit Hülse und zusätzlichen Kühlvorrichtungen
- A1
- Antriebsstrang (erste Ausführungsform)
- A2
- Antriebsstrang (zweite Ausführungsform)
- A3
- Antriebsstrang (dritte Ausführungsform)
- K
- Kupplung
- X
- Längsrichtung
- Y
- Querrichtung
- Z
- Vertikalrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008034000 A1 [0002]
- DE 102009027116 A1 [0002]