Die Erfindung betrifft eine Teilbelag-Scheibenbremse für
Fahrzeugräder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie
beispielsweise aus der DE-AS 20 32 580 als bekannt her
vorgeht.
Bei der dort gezeigten Scheibenbremse sind in die Brems
klötze Wärmerohre eingelagert, die sich kreisbogenförmig
konzentrisch zur Rotationsachse der Bremsscheibe axial
neben deren Bremsflächen in Umfangsrichtung erstrecken und
dort in einen stark verrippten Körper eingelagert sind,
über den sie die von den Bremsklötzen abgeführte Wärme an
die Umgebungsluft übertragen. Nachteilig daran ist, daß
die Bremsklötze sehr teuer und aufwendig sind und dement
sprechend nicht als Wegwerfteil angesehen werden können.
Vielmehr muß bei einer notwendig werdenden Erneuerung der
Bremsbeläge ein umständliches Tauschverfahren "alt" gegen
"neu" angewandt werden. Wegen der ringförmigen Gestalt der
Bremsklötze ist bei einer Erneuerung der Bremsbeläge im
übrigen eine vollständige Demontage der Scheibenbremse
nötig, um einen Austausch der Bremsklötze vornehmen zu
können. Bei einem gekapselten Einbau der Scheibenbremse
innerhalb einer schüsselförmigen Radfelge wird im übrigen
die dem Innern der Radfelge zugekehrten Seite der Schei
benbremse trotz einer Bestückung mit Wärmerohren nicht
ausreichend gekühlt, weil diese Seite nicht genügend mit
Umgebungsluft beaufschlagbar ist. Wegen des hohen Ge
wichtes der Einrichtungen für die Bremskühlung werden au
ßerdem die ungefederten Massen am Fahrzeugrad erhöht, was
den Federungskomfort eines Fahrzeuges stark beeinträch
tigt.
Die FR-OS 22 87 622 zeigt, abweichend von dem vorliegend
maßgebenden Bremsentyp, eine voll beaufschlagte Mehr
scheibenbremse, bei der die stillstehenden Bremsscheiben
mit einem nach außen geführten Wärmerohr gekühlt werden
können. Es ist lediglich ein einziges Wärmerohr je stehen
der Bremsscheibe, und zwar an der jeweils höchst gelegenen
Stelle angebracht, so daß das Wärmerohr ansteigend in
Richtung zur Kondensationszone verläuft. Diese Art der
Wärmerohrkühlung ist nicht auf Teilbelag-Scheibenbremsen
übertragbar, weil die ortsfesten Bremsklötze bei Teilbe
lag-Scheibenbremsen als Wegwerfteile ausgebildet sind und
somit möglichst einfach gestaltet werden müssen; eine In
tegration von Wärmerohren in die Bremsklötze von Teilbe
lagscheibenbremsen kommt daher nicht in Betracht. Nach
teilig an dieser Art der Bremsscheibenkühlung mit un
gleichmäßiger Verteilung der Wärmerohre ist im übrigen,
daß die stehenden Bremsscheiben in Umfangsrichtung eine
ungleiche Temperaturverteilung aufweisen, was zum
Verziehen der Bremsscheiben, zu einer ungleichmäßigen Ab
nutzung und zu einem ungleichmäßigen Bremsbetrieb führt.
Infolge dessen konnte von dieser Druckschrift keine Anre
gung zur wirkungsvollen aber möglichst leicht bauenden Ge
staltung einer durch Wärmerohre bewirkten Kühlung von
Teilbelagscheibenbremsen ausgehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Wärmerohrkühlung der
zugrundeliegenden Bremse, insbesondere, wenn sie tief in
einer Felgenschüssel angeordnet und somit schlecht belüf
tet ist, hinsichtlich besserer Wirksamkeit und Leichtbau
zu verbessern, so daß Überhitzungen der Bremsflüssigkeit
vermieden und die ungefederten Massen nur unwesentlich
gegenüber einer Scheibenbremse ohne gesonderte Kühlein
richtungen erhöht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich
nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dank der Verbin
dung der Wärmerohre mit dem Bremssattel sind die Brems
klötze üblicher Art nach wie vor ohne weiteres zulässig bzw. aus
tauschbar und können als Wegwerfteile gestaltet werden.
Die von der Radfelge abgekehrte Seite der Scheibenbrem
se ist von Hause aus genügend mit Umgebungsluft beauf
schlagt und durch Überhitzungen weniger gefährdet. Le
diglich die im Innern der Radschüssel liegende Seite des
Bremssattels ist aufgrund ihrer geschützten Lage von Hau
se aus unzureichend gekühlt und dementsprechend mit Wär
merohren bestückt. Dank des scheibenübergreifenden Verlau
fes der Wärmerohre wird die Wärme dieser Seite der Schei
benbremse auf die gegenüberliegende Seite transportiert und
dort zügig an die Umgebungsluft überführt. Dank des anstei
genden Verlaufes der Wärmerohre kommt ein zügiger Konden
satrücklauf durch Schwerkrafteinfluß von der obenliegenden
wärmeabgebenden Seite zu der untenliegenden wärmeaufnehmen
den Seite zustande, wodurch der Wärmetransport begünstigt
wird.
Unter den bereits bekannten Wärmerohren
soll ein evakuierter oder im wesentlichen mit einem Inert
gas gefüllter hermetisch dicht verschlossener aus gut wär
meleitendem Material gebildeter Hohlraum verstanden sein,
der mit einem verdampfbaren und kondensierbaren Wärmeträ
germedium zu einem Bruchteil gefüllt ist. Meist ist das
Wärmerohr im Innern teilweise mit einer Kapillarstruktur
zum Rücktransport des kondensierten Wärmeträgermediums von
der wärmeabgebenden zur wärmeaufnehmenden Stelle versehen;
diese kann z. B. in Form einer Auskleidung des Rohres mit
einem Siebgewebe oder durch eine Rillenstruktur der inne
ren Rohroberfläche geschehen. Die Auswahl des Wärmeträger
mediums richtet sich nach dem Temperaturniveau, bei dem
Wärme übertragen werden soll. Als Füllung für die Wärme
rohre sind für die vorliegenden Zwecke beispielsweise Am
moniak, Alkohol, Wasser oder ein Gemisch davon möglich. An
der heißen Stelle des Wärmerohres, an der Wärmeenergie zu
geführt wird, verdampft das eingegebene Medium und breitet
sich rasch im Innern des Wärmerohres aus. An wärmeabgeben
den Stellen des Wärmerohres schlägt sich das verdampfte
Medium nieder und kondensiert unter Abgabe seiner Wärme an
die Wandung des Wärmerohres. Das Kondensat kriecht durch
Kapillarwirkung und durch Schwerkrafteinfluß zu den Wärme
zufuhrstellen zurück. Die an der Kondensatseite vom Medium
an die Wandung des Wärmerohres abgegebene Wärmemenge wird
auf der Außenseite im wesentlichen durch Konvektion abge
führt. Da an den wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden
Stellen des Wärmerohres eine Zuständsänderung des Wärme
trägermediums stattfindet, wird im wesentlichen die für
die Zustandsänderung erforderliche Umwandlungsenergie in
Wärmeform übertragen. Da die Umwandlungsenergien, bezogen
auf die Masse des Wärmeträgermediums, wesentlich größer
sind als die durch Aufheizung eines Mediums speicherbaren
Energiemengen, kann durch den Transport relativ kleiner
Mengen an Wärmeträgermedium eine große Wärmemenge auch
über größere Entfernungen hinweg und bei relativ kleinem
Temperaturgefälle übertragen werden. Durch Aufprägen eines
bestimmten Druckes auf das Innere des Wärmerohres kann im
übrigen auch dafür gesorgt werden, daß die Wärmeübertragung
innerhalb eines bestimmten Temperaturniveaus stattfindet.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispieles noch kurz erläutert;
dabei zeigt die Figur eine radiale Schnittansicht durch ein
Fahrzeugrad bzw. auf eine Scheibenbremse.
Das in der Figur gezeigte Fahrzeugrad 1 besteht im wesent
lichen aus einer schüsselförmigen Radfelge 4, einer drehbar
gelagerten Nabe 2 mit einem Nabenflansch 3 und aus einer
Scheibenbremse 13. Letztere ist im wesentlichen gebildet
aus der an dem Nabenflansch befestigten umlaufenden Brems
scheibe 5 und aus dem die Bremsscheibe übergreifenden
Bremssattel 6. Das dargestellte Ausführungsbeispiel der
Scheibenbremse weist auf beiden Seiten in den Bremssattel
eingearbeitete Zylinder 7 auf, in denen Anpreßkolben 8
dichtend geführt sind. Diese tragen an ihrer der Bremsflä
che der Bremsscheibe zugekehrten Seite auswechselbare
Bremsbeläge 9. Durch einen Pfeil 11 ist die Richtung zur
Fahrzeugaußenseite hin angedeutet. Die innenliegende in
der Darstellung links gezeigte Hälfte der Bremszange liegt
außerhalb der Felgenschüssel und ist deshalb von Umgebungs
luft gut erreichbar. Diese Seite der Bremszange ist durch
Überhitzung weniger stark gefährdet und kann in der Re
gel auch bei stärkerer Beanspruchung der Bremse ohne zu
sätzliche Kühlung auskommen. Der außenliegende, in der Fi
gur rechts gezeigte Teil der Bremszange, der im Innern der
schüsselförmigen Radfelge liegt, ist hingegen gegen Zu
tritt von Umgebungsluft geschützt und kann sich dadurch
sehr stark erhitzen. Aus diesem Grunde ist dieser Teil der
Bremszange mit einer gesonderten Kühleinrichtung nach der
Erfindung versehen.
Zu diesem Zweck ist die - bezogen auf die Fahrzeugmitte -
außenliegende Hälfte der Bremszange wärmeleitend mit zwei
Wärmerohren verbunden, die sich bei stetig ansteigendem
Verlauf über die Bremsscheibe 5 hinweg aus der Radfelge
heraus in die Umgebungsluft erstrecken. Zweckmäßigerweise
sind die Wärmerohre mit der den Zylinder 7 nach außen be
grenzenden Stirnwand 12 des Bremssattels verbunden, weil
diese Wandung unmittelbar an das den Anpreßkolben 8 beauf
schlagende Flüssigkeitspolster großflächig angrenzt und die
ses Flüssigkeitspolster gegen Überhitzungen und Dampfblasen
bildung geschützt werden muß. Der stetig ansteigende Verlauf
der Wärmerohre ist aus zweierlei Gründen zweckmäßig; zum
einen soll der Kondensatrücklauf zum Verdampferteil der Wär
merohre durch Schwerkrafteinfluß begünstigt werden und zum
anderen sollen sich keine Kondensattassen oder -pfützen in
nerhalb der Wärmerohre bilden. Durch einen zügigen Konden
satrücklauf innerhalb der mit einer Rillenstruktur 14 ausge
kleideten Wärmerohre wird die Wärmeübertragungsleistung der
Wärmerohre günstig beeinflußt. In der Zeichnung ist zwar der
Bremssattel an der obersten Position der Bremsscheibe darge
stellt; diese Anordnung ist jedoch lediglich aus Gründen der
Darstellbarkeit so gezeichnet. In Wahrheit liegt der Brems
sattel um etwa einen viertel Kreisumfang auf den Betrachter
zu. Dies erleichtert wesentlich die Verlegung der Wärmeroh
re 10 in einem stetig ansteigenden Verlauf.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf der außen
liegenden Seite der Wand 12 örtlich Wandverdickungen ange
bracht, in die eine der Kontur der kreisförmigen Wärmerohre
entsprechende rillenförmige Ausnehmungen eingearbeitet ist, in
die die Wärmerohre mit ihrem wärmeaufnehmenden Ende hart
eingelötet sind. Durch einen Hartlötvorgang können unter
schiedliche auch nicht schweißbare Werkstoffe vollflächig
und gut wärmeleitend verbunden werden. Anstelle einer Anlö
tung wäre auch eine Einpressung in entsprechende Bohrungen
oder eine Verklemmung zwischen der Wand 12 und einer gegen
überliegenden entsprechend geformten Spannpratze, die durch
Schrauben oder Nieten auf die Wand 12 gespannt wird, mög
lich. Bei einer Einpressung des Wärmerohres - auch diese
könnte durch einen Lötvorgang zur Verbesserung des Wärme
überganges unterstützt sein - müßte an der Außenseite der
Wand 12 für jedes Wärmerohr ein entsprechendes abstehendes
Auge angebracht sein. Das Einpressen hat den Vorteil, daß
das Wärmerohr als separates und funktionsfähiges Zuliefer
teil ohne Wärmebehandlung an den Bremssattel angebracht
werden und gegebenenfalls zerstörungsfrei auch einmal aus
getauscht werden kann. Ein guter Wärmeübergang zwischen
Wärmerohr und Bremssattelauge kann durch thermisches Ein
schrumpfen erzielt werden - Auge erwärmen und/oder Wärme
rohr abkühlen. Bei an- oder eingelöteten Wärmerohren ist
ein Evakuieren und Belüften dieses Bauteiles wegen der starken
Wärmeeinwirkung in aller Regel erst nach dem Löten mög
lich. Eine große Kontaktfläche zwischen Wand 12 und Wärme
rohr kann auch dadurch erzielt werden, daß das Wärmerohr
zumindest in seinem wärmeaufnehmenden Teil flachgedrückt
ist und mit einer Flachseite an der Außenseite der Wand 12
angelötet ist. Dies erspart das Anformen einer Rille auf
der Außenseite der Wand sowie eine entsprechende Wandver
dickung und das dafür erforderliche Gewicht.