DE1939532C3 - Kühleinrichtung für Scheibenbremsen, insbesondere für Luftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für Scheibenbremsen, insbesondere für Luftfahrzeuge, mit erzwungener Kühlluftzirkulation, bei der die Frischluft am Außenumfang der Bremsscheiben zugeführt und die durch die Bremswärme erwärmte Luft mittels einer Absaugvorrichtung abgesaugt und im Abstand von wärmeempfindlichen Bauteilen gelassen wird.

Die Entwicklung des Lufttransportwesens hat in den letzten Jahren zur Schaffung und weiteren Entwicklung von Luftlinien mit kurzen und mittleren Entfernungen geführt Darüber hinaus versuchen aus Gründen der Rentabilität die Luftfahrtgesellschaften soweit wie möglich die Zeiten für die Zwischenlandungen zu verringern und den eigentlichen Umlauf des Fahrzeugparks zu beschleunigen.

Einer der Faktoren, die die Verringerung der Zwischenlandungszeiten eines Flugzeugs begrenzen, ist in der Zeit zu sehen, die für die Abführung der in den Bremsen im Verlauf des Landevorgangs erzeugten Wärmemengen notwendig ist. Um die Kühlung der Bremsen zu beschleunigen, ist es daher üblich, ihre natürliche Abkühlung durch eine erzwungene Ventilation, während die Räder stillstehen.

Eine axiale Belüftung einer Scheibenbremse ist bekannt aus eier US-PS 33 01 357. Bei dieser bekannten Anordnung bestreicht jedoch die angesaugte Frischluft nur den Außenumfang der Bremsscheiben, nicht jedoch

»o die Wärmeschächte und Reibflächen selbst. Außerdem strömt bei dieser bekannten Anordnung die von den Bremsscheiben erhitzte Luft über eine längere Wegstrecke direkt an der Innenseite der Radfelge entlang und erhitzt diese dadurch zusätzlich, so daß die Reifenwülste zumindest auf der den Bremsscheiben gegenüberliegenden Seite stark gefährdet werden. Eine derartige Kühleinrichtung ist daher aus mehreren Gründen unbefriedigend.

Aus der DT-PS 5 41 285 ist es auch bekannt, eine Bremse in zentrifugaler Richtung zu belüften. Die F i g. 1 der beiliegenden Zeichnung zeigt die Anwendung der bekannten Einrichtung nach der genannten deutschen Patenschrift, die aus dem Jahr 1929 stammt, an einem modernen Rad. Die Frischluft strömt durch eine Leitung ο in eine Ringkammer ρ und strömt dann unter Erwärmung zwischen den Scheiben hindurch. Es ist zu erkennen, daß die erhitzte Luft auf diese Weise die Felge /des Rades anströmt, d.h. in einer besonders in bezug auf die Reifenwulste schädlichen Weise. Auch erkennt man aus der beigefügten F i g. 1 sehr gut, daß es bei einer solchen Anordnung nicht möglich ist, die aus der Bremse ausströmende, stark erhitzte Luft aufzufangen und vom Reifen wegzuleiien, so daß diese Luft an den Reifenflanken entlangströmt und die Reifen

iii zusätzlich erhitzt.

Weiterhin ist es bei Fahrzeugscheibenbremsen bekannt (US-PS 29 71 hl2), die Scheiben innerhalb eines Flüssigkeitskreises anzuordnen, wobei eine radial

innerhalb der Bremsscheiben in Radachsnähe angeordnete Kolbenpumpe die Flüssigkeit ansaugt Die von der RgJwelle getriebene Pumpe erzeugt somit nur dann einen ölstrom bzw. Öldruck, wenn das Rad rotiert Bei gelöster Bremse wird die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit über einen außerhalb der Bremse angeordneten Wärmetauscher geleitet und am Außenumfang eines die Bremsscheiben umgebenden Gehäuses der Bremse wieder zugeführt, wobei sie vom Außenumfang der Bremsscheiben in zentripetaler Richtung zwischen den drehbaren und den nichtdrehbaren Bremsscheiben zur zentral angeordneten Ansaugöffnung der Kolbenpumpe strömen soll. Bei betätigter Bremse wird dieser Kühlmittelkreislauf unterbrochen, und die von der Kolbenpumpe geförderte Flüssigkeit dient ausschließlich zur Druckerzeugung in einem zweiten Bremskreis. Dieses nur bei gelöster Bremse wirksame Kühlsystem ist aufgrund der Verwendung von Flüssigkeit als Kühlmittel nur für geringe Raddrehzahlen betriebssicher, da die zentripetal von der Pumpe angesaugte Flüssigkeit starken Zentrifugalkräften unterliegt. Außerdem treten durch die Abriebspartikel Probleme in der Kolbenpumpe auf. Eine Ausfilterung aus der Flüssigkeit ist ebenfalls schwierig. Weiterhin liegt die Nabe des abzubremsenden Rades als Bremsscheibenträger im Pumpenansaugbereich des aus der Bremse kommenden, heißen Kühlmittels. Eine Wärmeleitung zu den temperaturempfindlichen Radteilen ist somit nicht unterbunden. Durch die Koppelung mit dem Bremsbetätigungssystem kann die heiße Flüssigkeit eventuell eine zusätzliche Aufheizung des Betätigungssystems bewirken und somit die Betriebssicherheit gefährden.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, mit erzwungener Kühlluftzirkulation arbeitende Kühleinrichtungen für Scheibenbremsen in der Hinsicht zu verbessern, daß eine beschleunigte Kühlung der Scheibenbremsen erzielt, eine schädliche Erwärmung temperaturempfindlicher Teile weitgehend vermieden und die beim Bremsvorgang freiwerdenden Partikel aus der Bremse entfernt werden.

Nach der Erfindung wird dies erreicht durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Nach der Erfindung verwendet man also eine erzwungene Kühlluftzirkulation in zentripetaler Richtung, bei der die erhitzte Luft im Bereich des Innenumfangs der Bremsscheiben durch einen ringförmigen Sammlsr und mittels einer Absaugvorrichtung abgesaugt wird. Die abgesaugte Luft kann ihrerseits dort abgeblasen werden, wo sie keinen Schaden verursacht, z. B. direkt nach hinten, bezogen auf die Fahrtrichtung des zugehörigen Fahrzeugs. Anstelle einer solchen radialen Abblasrichtung kann aber in manchen Fällen auch ein Ausblasen in axialer Richtung von Vorteil sein.

Auf diese Weise wird die Frischluft an den Bremsscheiben und an den Reibbelägen und deren Trägern entlang geführt, und zwar in einer erzwungenen Luftzirkulation, worauf dann die erwärmte Luft in den Sammler gesammelt und mit Hilfe der Absaugeinrichtung abgesaugt wird, und zwar derart, daß wärmeempfindliche Bauteile nicht von der erwärmten Luft bestrichen werden können.

Die zentripetale Zwangsbelüftung nach der Erfindung ist sowohl bei gebremsten als auch bei entbremsten Scheibenbremsen wirksam. Die erzielte Abkühlung erfolgt mit größerer Geschwindigkeit, wenn die Bremsen gelöst sind, da diese dann der Kühlluft einen größeren radialen Strömungsschacht zwischen den Bremsbelägen und den Reibflächen zur Verfügung stellen. Die bei gebremsten Scheibenbremsen erzielte Abkühlung ist abhängig von der Bauform der Bremse.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn diese Bauform das Durchströmen von Frischluft gestattet, z. B. durch die Anordnung der Reibbeläge auf einzelnen Sektoren oder Schuhea

Im Rahmen de r Erfindung ist es möglich, entweder für jedes Rad für sich oder für mehrere Räder gemeinsam jeweils eine Absaugvorrichtung am Fahrzeug vorzusehen.

Es kann aber auch diese Absaugvorrichtung unabhän- * gig vom Luftfahrzeug selbst sein, z. B. auf einem Wartungswagen angeordnet sein. Wenn die Absaugvorrichtung am Flugzeug angeordnet ist, ist es möglich, diese Einrichtung an einer besonders günstigen Stelle unterzubringen, um die Wartung des Fahrzeugs nicht zu stören. Zum Beispiel kann bei einem Flugzeug die in Form eines Lüfters ausgebildete Absaugvorrichtung auf dem Bein des Landefahrwerks angeordnet werden.

Es soll hier auf einen weiteren Vorteil der Erfindung hingewiesen werden: Der gemäß der Erfindung die Reibflächen bestreichende Luftstrom treibt die durch den Verschleiß der Bremse entstehenden Staubteilchen aus. Die auf diese Weise gewährleistete große Sauberkeit dieser Reibflächen führt zu einer Verbesserung der Funktion und zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Bremse.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der ringförmige Sammler mit der Bremse durch elastische, dichtende Verbindungselemente verbunden. Auf diese Weise können irgendwelche Schwingungen den Sammier selbst und dessen möglicherweise starre Verbindung zur Absaugeinrichtung nicht beeinträchtigen.

Wird die Kühleinrichtung zur Kühlung mehrerer jeweils einem Rad zugeordneter Scheibenbremsen verwendet, so ist zweckmäßig in weiterer Ausbildung der Erfindung jeder Scheibenbremse eines Rades ein ringförmiger Sammler zugeordnet und an sämtliche Sammler eine einzige gemeinsame Absaugeinrichtung angeschlossen.

Eine besonders zweckmäßige Bauform der Kühleinrichtung mit der zugehörigen Bremse wird nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß das Traggestell der Bremse innerhalb der Bremsscheiben einen zentralen, von Absaugöffnungen durchdrungenen zylindrischen Teil aufweist, ferner einen an der Innenseite dieses Teils angeordneten inneren Flansch und einen an der Außenseite dieses Teils angeordneten, von Absaugöffnungen durchdrungenen äußeren Flansch, wobei der zylindrische Teil und die beiden Flansche eine Ringkammer für die erhitzte Luft bilden, mit welcher Ringkammer der ringförmige Sammler über die Absaugöffnungen des äußeren Flansches in Verbindung steht. Eine solche Bauweise ist sehr kompakt und robust. Dabei geht man ferner mit besonderem Vorteil so vor, daß der ringförmige Sammler über die Verbindungselemente auf einem Achsschenkel des Fahrzeugs und dem äußeren Fiansch der Ringkammer angeordnet ist. Ringkammer und ringförmiger Sammler lassen sich so sehr raumsparend und eng nebeneinander anordnen. Dabei ermöglichen die elastischen Verbindungselemente eine Relativbewegung zwischen beiden, wie das z. B. bei bestimmten Bremsenbauarten erforderlich ist.

tv) Soll die Kühleinrichtung zur Kühlung mehrerer jeweils einem Rad zugeordneter Scheibenbremsen verwendet werden, so ist in weiterer Ausbildung der Erfindung die Absaugleitung jedes Sammlers an die

gemeinsame Absaugeinrichtung angeschlossen.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, anhand derer die Merkmale und Vorteile der Erfindung erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1, wie bereits erwähnt, eine Schnittansicht einer bekannten Kühleinrichtung in Anwendung bei einer moderen Radkonstruktion,

F i g. 2 eine axiale Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer Absaugvorrichtung,

Fig.3 ein Diagramm, das die Abkühlungskurven als Funktion der Zeit darstellt, und zwar einerseits ohne Belüftung und andererseits mit Zwangsbelüftung gemäß der Erfindung,

F i g. 4 eine axiaie Schniitansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die sich auf Bremsen bezieht, die auf dem Achsschenkel schwingen,

Fig.5 eine axiale Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Rädern und zugeordneten Scheibenbremsen und einer einzigen Absaugvorrichtung, und

Fig.6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI in T^: i g. 5.

Gemäß F i g. 2 trägt das Gestell 10 des Fahrzeugs, also insbesondere des Luftfahrzeugs, einen Achsschenkel 12, auf dem sich ein Rad 13 dreht. Im Inneren des Rades 13 und auf dem Gestell 10 befestigt ist eine Scheibenbremse 14 angeordnet. Diese Scheibenbremse 14 weist drehbare Bremsscheiben 15 und nicht drehbare Bremsscheiben 16 auf, die die Wärmeschächte bilden. Das Trägergestell der Scheibenbremse 14 weist Absaugöffnung auf, von denen die Absaugöffnungen 18 einen irommelförmigen zentralen Teil 19 des Trägcrgcstells durchdringen, während die Absaugöffnungen 20 einen äußeren Flansch 21 der Bremsbefestigung durchdringen. Das Trägergestell weist ferner einen inneren Flansch 22 auf, der eine Dichtung 23 trägt und mit den vorgenannten Bauteilen eine Ringkammer 24 begrenzt. Auf dem Flansch 21 der Bremse 14 und mit den Absaugöffnungen 20 ausgerichtet ist ein ringförmiger Sammler 25 angebracht, wobei die notwendige Abdichtung mit Hilfe von elastischen dichtenden Verbindungsmitteln 26 und 27 erzielt ist, die zweckmäßig aus Gummi od. dgl. bestehen. Dieser Sammler 25 weist eine Absaugleitung 29 auf, die mit der Ansaugöffnung einer Absaugvorrichtung 31 verbunden und daran befestigt ist. Die Absaugvorrichtung 31 ist selbst auf dem Gestell 10 des Fahrzeugs befestigt. Diese Absaugvorrichtung 31 wird vorzugsweise durch einen Elektromotor 32 angetrieben, es kann aber auch ein anderes geeignetes Antriebsmittel verwendet werden. Die Absaugvorrichtung 31 hat einen Auslaßkanal 33, der in die freie Atmosphäre mündet. Dieser Auslaßkanal 33 ist vorzugsweise gegenüber dem Fahrzeug nach hinten gerichtet, d.h. radial entsprechend dem Pfeil Fl in F i g. 2. Wie bereits erwähnt worden ist, kann je nach dem Anwendungsfall dieser Auslaßkanal auch axial gerichtet sein, wie der gestrichelt dargestellte Pfeil F2 in F i g. 2 zeigt Die Absaugvorrichtung 31 ist vorzugsweise als zentrifugales Gebläse ausgebildet, kann aber auch ein Axialgebläse sein. Die Absaugvorrichtung 31 kann ferner zur Abkühlung mehrerer Bremsen gemeinsam verwendet werden, so daß eine zentralisierte Belüftung erreicht wird, wie bereits dargelegt worden ist und wie sich aus den noch beschriebenen F i g. 5 und 6 der Zeichnung ergibt

Diese Ausführungsform der Kühleinrichtung nach der Erfindung wirkt wie folgt: Wenn das Fahrzeug mit Hilfe seiner Bremsen 14 zum Stillstand kommt, ist die entsprechende kinetische Energie in Wärme umgewandelt worden, und die Bremsscheiben 15 und 16 sind auf eine beträchtliche Temperatur erhitzt worden. Es wird dann die Absaugvorrichtung 31 in Betrieb gesetzt. Diese Absaugvorrichtung erzeugt einen Unterdruck in der Kammer 24 der Bremse 14 und eine Luftzirkulation, die sich wie folgt abwickelt: Die Frischluft tritt zwischen dem Rad 13 und dem Flansch bzw. Scheibe 21 ein und

ίο zirkuliert radial, bestreicht dabei die Oberflächen der Bremsscheiben 15 und 16 und führt deren Wärmemengen ab. Die so erwärmte Luft wird danach durch die öffnungen 18 und 20 hindurchgeleitet und tritt in den Sammler 25 ein. Danach wird sie durch den Auslaßkanal 33 durch die Absaugvorrichtung 3i in Richtung des Pfeils Fl oder des Pfeils F2 ausgeblasen. Die Bremsscheiben 15, 16 der Bremse 14 werden auf diese Weise schnell abgekühlt. Dies versteht sich für ein Fahrzeug im Stillstand mit gelösten Bremsen, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Das Spiel zwischen den Bremsscheiben 15 und 16 stellt einen großen Luftquerschnitt für die Kühlung zur Verfugung. Es kann aber die Kühleinrichtung nach der Erfindung auch bei betätigten Bremsen verwendet werden, z. B. beim Manövrieren oder Parken des Fahrzeugs. Dabei bestreicht die Kühlluft in Abhängigkeit von der Bauform der Bremse die Rückwand und die Seiten der einzelnen Sektoren oder Schuhe, die die Beläge tragen, sowie die Scheiben zwischen den Schuhen oder Sektoren.

Anhand der Fig. 3 werden zur Darstellung der Vorteile der Erfindung Vergleichsversuche beschrieben, die mit der Kühleinrichtung mit erzwungener und zentripetaler Luftzirkulation durchgeführt worden sind. Diese Versuche haben deutlich einen sehr beträchtlichen Gewinn in bezug auf die für die Abkühlung erforderliche Zeitspanne aufgezeigt. Die Vergleichsversuche sind bei gelösten Bremsen durchgeführt worden. Mit einer Ventilation nach der Erfindung, entsprechend der Kurve A, ist die für die Oberführung der Bremsscheiben auf eine Temperatur von 50° C erforderliche Zeit fünfmal geringer als die bei natürlicher Abkühlung erforderliche Zeitspanne, wobei dieser natürlichen Abkühlung die Kurve B entspricht.
Die Versuche sind bei einer Umgebungstemperatur von ungefähr 2O⁰C durchgeführt worden. Eine höhere Umgebungstemperatur würde die Vorteile der Erfindung noch stärker zeigen. In diesem Sinn ist in F i g. 3 zu bemerken, daß nach 25 Minuten Abkühlung und einer Umgebungstemperatur von 20° C die erreichten Temperaturen bei natürlicher Abkühlung 215° C, bei der Abkühlung nach der Erfindung jedoch 60° C betragen.

Aus F i g. 2 ergibt sich, wie bereits ausgeführt, daß die bei Berührung mit den Bremsen erhitzte Luft in keiner Weise auf ihrem Strömungsweg irgendwelche wärmeempfindliche Bauteile erwärmen kann, insbesondere nicht die Fahrzeugreifen.

Es ist vielmehr ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß die am Umfang der Bremsscheiben 15 und 16 eintretende Frischluft mit ihrer Zirkulation zur Abküh-

M) lung der Felge des Rades und des Reifens beiträgt, wenn dies nötig ist Ferner ist der Zeichnung zu entnehmen, daß die Kühleinrichtung nach der Erfindung und insbesondere auch die Absaugeinrichtung die Demontage des Rades in keiner Weise behindert

GS Wenn die Kühleinrichtung für Bremsen verwendet werden soll, die auf dem Achsenschenkel schwingen und einen Arm 31 zur Aufnahme der Drehmomente aufweisen (Fig.4), so steht der Sammler 25 mit dem

Flansch 21 der Bremse nur über die elastischen dichtenden Verbindungen 26 und 27 in Verbindung. Es kann daher die Bremse vor dem Sammler 25 ohne Nachteil schwingen, insbesondere ohne angeflanscht zu sein.

In Fig. 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die Kühleinrichtung eine einzige Absaugvorrichtung für mehrere Räder aufweist, z. B. in der Darstellung für zwei Räder. Die bei der Darstellung und Beschreibung anhand der F i g. 1 bis 4 verwendeten Bezugszeichen sind auch bei der Darstel-

lung in F i g. 5 und 6 verwendet worden. Es sind lediglich die Bc/ugszeichen für das linke Rad um 100 und die Bezugszeichen für das rechte Rad um 200 erhöhl worden. Die Absaugleitung 29 und die Absaugvorrichtung 31 mit dem Auslaßkanal 33 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden. Wie die Zeichnung zeigt, münden die beiden ringförmigen Sammler 125 und 225 der beiden Räder in eine einzige Absaugleitung 29 mit einer einzigen angeschlossenen Absaugvorrichtung 31 und einer einzigen Auslaß- oder Abblasöffnung 33 mit der Abblasrichtung gemäß dem Pfeil F1.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

809 636/81

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Kühleinrichtung für Scheibenbremsen, insbesondere für Luftfahrzeuge, mit erzwungener Kühlluftzirkulation, bei der die Frischluft am Außenumfang der Bremsscheiben zugeführt und die durch die Bremswärme erwärmte Luft mittels einer Absaugvorrichtung abgesaugt und im Abstand von wärmeempfindlichen Bauteilen ausgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluft vom Außenumfang der Bremsscheiben (IS, 16) in radialer und zentripetaler Richtung zwischen den drehbaren (15) und den nichtdrehbaren (16) Bremsscheiben durchführbar ist und die erwärmte Luft im inneren Bereich der Bremsscheiben (15, 16) unmittelbar über einen ringförmigen, von den wärmeempfindlichen Bauteilen getrennten Sammler (25) der Absaugvorrichtung (31) zuführbar ist

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Sammler (25) mit der Bremse durch elastische, dichtende Verbindungselemente (26,27) verbunden ist (F i g. 4).

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Kühlung mehrerer jeweils einem Rad zugeordneter Scheibenbremsen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Scheibenbremse eines Rades (113 bzw. 213) ein ringförmiger Sammler (125 bzw. 225) zugeordnet und an sämtliche Sammler (125, 225) eine einzige gemeinsame Absaugeinrichtung (31) angeschlossen ist (F ig. 5 und 6).

3. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugeinrichtung (31) auf dem Fahrwerkbein (10) des Fahrzeugs angeordnet ist (F i g. 2; 4).

5. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugeinrichtung außerhalb vom Fahrzeug und unabhängig von diesem angeordnet ist.

6. Kühleinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Traggestell der Bremse innerhalb der Bremsscheiben einen zentralen, von Absaugöffnungen (18) durchdrungenen zylindrischen Teil (19) aufweist, ferner einen an der Innenseite dieses Teils (19) angeordneten inneren Flansch (22) und einen an der Außenseite dieses Teils (19) angeordneten, von Absaugöffnungen (20) durchdrungenen äußeren Flansch (21), wobei der zylindrische Teil (19) und die beiden Flansche (21, 22) eine Ringkammer (24) für die erhitzte Luft bilden, mit welcher Ringkammer (24) der ringförmige Sammler (25) über die Absaugöffnungen (20) des äußeren Flansches (21) in Verbindung steht

7. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Sammler (25) über die Verbindungselemente (26,27) auf einem Achsschenkel (12) des Fahrzeugs und dem äußeren Flansch (21) der Ringkammer (24) angeordnet ist.

8. Kühleinrichtung nach mindestens einem der . vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Sammler (25) über eine Absaugleitung (29) an die mit einem Auslaßkanal (33) versehene Absaugvorrichtung (31) angeschlossen ist.

9. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugleitung (29) jedes ringförmigen Sammlers (125, 225) an die gemeinsame Absaugvorrichtung (31) angeschlossen ist

10. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erleichterung des Durchströmens von Frischluft zwischen den Bremsscheiben die Reibbeläge in an sich bekannter Weise auf einzelnen Sektoren oder Schuhen angeordnet sind.