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Teilbelag-Scheibenbremse
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Die Erfindung betrifft eine Teilbelag-Scheibenbremse nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 30 07 240 als bekannt hervorgeht.
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Unter den bereits mehrfach erwähnten, hinlänglich bekannten Wärmerohren
wird ein evakuierter und mit einem Inertgas gefüllter hermetisch dicht verschlossener,
aus gut wärmeleitendem Material gebildeter Hohlraum verstanden, der mit einem verdampfbaren
und kondensierbaren Wärmeträgermedium zu einem Bruchteil gefüllt ist. An der heißen
Stelle des Wärmerohrs, an dem Wärmeenergie, in diesem Fall die Bremswärme zugeführt
wird, verdampft das Medium und breitet sich im Innern des Wärmerohrs aus. An wärmeabgebenden
Stellen, hier an Stellen, die von Umgebungsluft umströmt sind, kondensiert das Medium
unter Abgabe seiner latenten Wärme.
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Das Kondensat fließt beispielsweise unter Schwerkrafteinwirkung zum
Verdampfer zurück. Das Wärmerohr ist deshalb für den Wärmetransport optimal geeignet,
da die bei Änderungen des Aggregatzustandes anfallenden Umwandlungsenergien genutzt
werden.
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Bei der aus der eingangs erwähnten Schrift bekannten Scheibenbremse
wird der innerhalb der schüsselförmigen Felge gelegene Teil des Bremssattels besonders
gekühlt.
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Es wird dazu der wärmeaufnehmende Abschnitt - Verdampfer -eines Wärmerohrs
an die Stirnwand des in den Bremssattel eingearbeiteten Zylinders eines fluidischen
Stellelements herangeführt und möglichst gut wärmeleitend daran befestigt.
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Auf diese Weise wird eine zusätzliche Kühlung der Bremsflüssigkeit
erreicht, die sich als Arbeitsmittel des Stellelements zwischen Anpreßkolben und
der Innenwandung des Zylinders befindet. Für einen guten Wärmedurchgang durch die
Zylinderstirnwand und die Verdampferwand des Wärmerohrs muß eine innige Verbindung
der beiden Wandteile vorgesehen sein. Es wird vorgeschlagen, das rohrförmige Verdampferende
in entsprechende Aussparungen der Zylinderaußenwand einzupassen. Als weitere Verbindungsart
soll der entsprechend ausgeformte Verdampfer in Bohrungen bzw. Augen der Zylinderstirnwand
durch thermisches Aufschrumpfen eingeklemmt werden. Desweiteren wird vorgeschlagen
mittels einer Spannpratze das Verdampferende am Bremssattel zu befestigen. Zur Erzielung
einer großen Kontaktfläche kann das Verdampferende des Wärmerohrs flächig auf der
Zylinderstirnwand anliegen. Damit das Verdampferende für einen guten Wärmeübergang
jeweils vollflächig anliegt, ist vorgesehen, für einige der erwähnten Verbindungsarten
die Teile jeweils durch Hartlöten zu verbinden. Diese Möglichkeiten den Verdampfer
auf der Zylinderstirnwand zu fixieren, ohne dabei zwischen den zusammenzufügenden
Teilen einen Luftspalt einzubringen, der den Wärmedurchgang drastisch verschlechtern
würde, erfordern aufwendige und zeitraubenden Fertigungs- und Montageschritte. So
sind die Teile paß-
genau anzufertigen und eine Wärmebehandlung
durchzuführen oder durch eine aufwendige Hartlötung wärmeleitend zu verbinden. Für
eine optimale Wärmeleitung sind die rohrförmigen Verdampferenden hinsichtlich der
Kontaktflächen für den Wärmeübergang oftmals zu gering. Ferner ist die Gesamtwandstärke
zwischen den wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden Medium recht groß, da sowohl
die Zylinderwand und eine Verdampferwand als auch eventuell eine Hartlotschicht
sich dazwischen befindet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmetransport von der
Hydraulikflüssigkeit der Scheibenbremse an das Wärmeträgermedium des.Wärmerohrs
zu optimieren.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Zwischen der Hydraulikflüssigkeit, die gekühlt werden soll, und dem
Wärmeträgermedium des Wärmerohrs, befindet sich nunmehr lediglich eine einschichtige
und deshalb für einen optimalen Wärmedurchgang am besten geeignete Wand. Die Zylinderstirnwand
als Trennwand ist derart ausgebildet, daß sie zugleich als Wandstück des Verdampfers
oder eines größeren Teilsdes Wärmerohrs dient. Über der gesamten Oberfläche der
Trennwand, die verdampferseitig noch mit einer oberflächenvergrößerenden Rillung
versehen ist, kann großflächig Wärme übergehen. Die Rillung dient in einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung insbesondere dazu, das vom kalten Ende des Wärmerohrs
zurücklaufende Kondensat flächig im Verdampfer zu verteilen und dadurch die Wärmeübergangsleistung
zu erhöhen. Deshalb erstrecken sich die Rillen in ihrem Verlauf fächerförmig vom
Verdampfereingang aus in den Verdampfer hinein.
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Durch die besondere Ausbildung der Zylinderwand im Stirnwandbereich
als gemeinsames Wandstück des Bremssattels und des Wärmerohrs, kann das Gewicht
der Anordnung und damit die ungefederte Masse gering gehalten werden. Ein weiterer
Vorteil ist ein einfacher und zeitsparender Zusammenbau und Anbau des Wärmerohrs.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben; es zeigen: Figur 1 eine radiale Schnittansicht
durch ein Fahrzeugrad bzw. auf eine Scheibenbremse, mit angebautem Wärmerohr, Figur
2 eine Schnittansicht auf eine Scheibenbremse mit angebautem Wärmerohr einer weiteren
Ausführung.
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Das in Figur 1 gezeigte Fahrzeugrad 1 besteht im wesentlichen aus
einer schüsselförmigen Radfelge 2, einer drehbar gelagerten Nabe 3 mit einem Nabenflansch
4, sowie aus einer Scheibenbremse 5. Die Scheibenbremse 5 ist im wesentlichen gebildet
aus der am Nabenflansch 4 befestigten umlaufenden Bremsscheibe 6, sowie dem sie
übergreifenden Bremssattel 7. Der Bremssattel 7 weist beidseitig eingearbeitete
Zylinder 8 auf, in denen Anpreßkolben 9 dichtend geführt sind. Diese tragen an ihren
den Bremsflächen der Bremsscheibe 6 zugekehrten Seiten auswechselbare Bremsbeläge
10.
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Die Bremshitze, die durch Reibung zwischen Bremsbelägen 10 und Bremsscheibe
6 entsteht, wird an die Teile der Bremse
weitergeleitet. Insbesondere
ist jedoch die Hydraulikflüssigkeit, mit der die Anpreßkolben 9 beaufschlagbar sind,
vor Überhitzung zu schützen, da zu starke Erwärmung zu-Dampfblasenbildung führen
kann. Da die innerhalb der Radfelge 2 befindliche Hälfte der Bremszange nicht im
Luftstrom liegt, ist. die Wärmeabfuhr an die Umgebungsluft hier besonders schlecht.
Deshalb ist eine Kühleinr-ichtung in Form eines Wärmerohres 12 vorgesehen, dessen
Verdampfer 13 möglichst direkt zu dem zu kühlenden Medium wärmeleitend angeordnet
ist. Im Ausführungsbeispiel 1 ist die innerhalb der Felge liegende einstückig mit
dem Bremssattel 7 ausgebildete Stirnwand 11 des Zylinders 8 zugleich Trennwand zwischen
der Bremsflüssigkeit und dem Wärmeträgermedium des Wärmerohrs 12. Dies ist nur möglich,
wenn die Stirnwandoberflächen jeweils so ausgebildet sind, daß sie als Wandungsteilstücke
sowohl für den Bremssattel als auch für das Wärmerohr dienen können. Im Ausführungsbeispiel
ist die Außenfläche der Zylinderstirnwand des Bremssattels im Randbereich mit einem
umlaufenden Wulst versehen, auf dem anliegend und damit verschweißt eine Verschlußkappe
14 den Verdampferhohlraum bildend angeordnet ist. Selbstverständlich sind auch beliebige
andere Ausführungsformen denkbar, die im Anschluß an die Zylinderwandung einen Hohlraum
bilden können. An das obere Ende des Verdampfers ist ein Hals angeformt, auf dem
der-im weiteren Verlauf gekrümmte Rohrabschnitt aufgesetzt und bei-.
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spielsweise dichtend verlötet wird. -Der rohrförmige Abschnitt des
Wärmerohrs 12 erstreckt sich an der Scheibenbremse 5 vorbei aus der Radfelge 2 heraus,
so daß der denKondensator bildende Teil des Wärmerohrs 12 vom Fahrtwind umströmbar
ist.
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In seinem Verlauf nimmt die geodätische Höhe des Wärmerohres von einem
tiefesten Punkt, dem Verdampfer, auf einen höchsten Punkt, dem Kondensator zu. Dies
ist dadurch begründet, daß
das am wärmeabgebenden Teil kondensierte
Wärmemittel ohne Bildung von Kondensattaschen oder -pfützen durch Schwerkrafteinfluß
zum Verdampfer zurückfließen kann. Der Rückfluß wird dabei noch erleichtert durch
eine zusätzliche Rillung 15 der Innenwandung des Wärmerohrs 12, die sich auch in
den Verdampfer hinein fortsetzt. Die verdampferseitige.Oberfläche der Zylinderstirnwand
ist ebenfalls mit einer Rillung versehen, die sich außerdem auch noch fächerförmig
von dem den Kondensatoreingang bildenden Anschlußhals in den Verdampfer hinein ausbreitet.
Durch die Rillung 15 verteilt sich. das Kondensat gleichmäßig über der gesamten
Innenoberfläche des Verdampfers, insbesondere der Trennwand zur Bremsflüssigkeit,
und sorgt dadurch für eine Verbesserung des Wärmeübergangs. Der gekrümmte Rohrabschnitt
des Wärmerohrs 12 ist an seiner Außenseite und insbesondere in dem dem Fahrtwind
ausgesetzten Bereich mit Rippen 18 versehen, die die wärmeabgebende Fläche vergrößern.
Die Rippen 18 können sich wie im Ausführungsbeispiel sowohl in Richtung des Rohrverlaufs
erstrecken, aber auch radial um das-Rohr verlaufen. Am wärmeabgebenden Ende besitzt
das Wärmerohr eine verschließbare Öffnung, über die Wärmeträgermedium eingebracht
werden kann.
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In Figur 2 ist die dem Wärmerohr 12 und dem Bremssattel gemeinsam
zugehörige Stirnwand 11 des Zylinders 8 vom Bremssattel 7 lösbar ausgebildet. Zylinderseitig
sitzt die Trennwand als Deckel auf dem Bremssattelgehäuse mit in das Gehäuse hineingreifenden
umlaufenden vorstehenden Rändern. Die Fixierung des Deckels übernimmt ein den Bremssattel
7 umspannender lösbarer Spannring 22, der zugleich das fest mit dem Deckel verschweißte
Wärmerohr 12 festhält. Die Abdichtung der Trennfugen zwischen dem Bremssattel und
seinem Deckel übernehmen Dichtungen 20. Der Anpreßkolben 9 besitzt
eine
der Innenkontur des Zylindergehäuses angepaßte Form.
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Besondere Vorteile der Anordnung nach Figur 2 ist die dichte Montage
und Demontage des Wärmerohrs 12, da der Zylinderdeckel als Verdampferwandung fest
mit dem Wärmerohr 12 verschweißt ist. Für die Demontage des Wärmerohrs muß deshalb
lediglich der Spannring 22 entfernt werden, um das Wärmerohr 12 abnehmen zu können.
Dies ist auch deshalb vorteilhaft, weil die Kontrolle und Füllung des Wärmerohrs
wesentlich einfacher in vom Fahrzeug demontiertem Zustand erfolgen kann. Damit der
Spannring die dünne Verdampferaußenwand nicht eindrückt, ist die den Zylinderdeckel
bildende Stirnwand 11 im Bereich der Spannringanlage mit einem Stützwulst versehen.
In der weiteren Ausbildung des Wärmerohrs 12 sind für einen optimalen Wärmeübergang
die entsprechenden Einrichtungen des Wärmerohrs nach Figur 1 vorgesehen.
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Für beide Ausführungsbeispiele ist die Wärmetransportleistung insbesondere
dadurch erhöht, daß der Wärmedurchgang durch eine einschichtig aufgebaute Wand erfolgt.
Für eine solche Wand sind die Wärmedurchgangskoeffizienten günstiger als für mehrschichtige
Wände, zwischen denen sich unter Umständen noch ein Spalt befindet. Ferner ist die
Wärmeübergangsfläche durch die besondere Ausbildung der Trennwand als gemeinsames
Teil von Bremszylinder und Verdampfer ohnehin optimal groß. Die Rillung der Verdampferinnenwand
vergrößert die Wärmeübergangsfläche noch zusätzlich.
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Bremssattel bzw. Bremssattelstirnwand einerseits und Wärmerohr andererseits
können aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sein. Dadurch lassen sich Gewicht,
Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit jeweils optimieren.
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Abschließend sei bemerkt, daß in der Zeichnung zwar der Bremssattel
aus Gründen der Darstellbarkeit an der obersten Position der Bremsscheibe 6 gezeichnet
ist; in Wahrheit liegt der Bremssattel um etwa einen viertel Kreisumfang auf den
Betrachter zu.