Bremsstaubfilterhaube mit Wirbelgenerator und Endabscheider

Die innovative Vorrichtung kann die bremsscheibennahe, mit Bremsstaubpartikeln belastete Grenzschicht äußerst effizient ablösen und in die Filtermatten leiten. Insgesamt wird die in die Umwelt abgegebene Feinstaubmenge deutlich reduziert.

Herausforderung

Der verkehrsbedingte Feinstaub wird zu ca. 85% durch Reifen-, Bremsen- und Straßenabrieb sowie durch die Aufwirbelung der Staubschicht auf den Fahrbahnen gebildet. Bremsstaub ist als gesundheitsgefährdend/-schädlich eingestuft und besonders gefährlich in der Atemluft. Bremsstaubpartikel können (in Abhängigkeit von ihrer Größe) relativ tief ins Lungengewebe und teilweise bis in die Blutbahn vordringen. Aufgrund der Beschaffenheit von Bremsscheiben und -belägen, können die Bremsstaubpartikel extrem gesundheitsschädliche Stoffe (bspw. Nickel, Chrom und Kupfer) enthalten. Aktuell verfügbare, aktive Systeme zum Auffangen von Bremsstaub verschlechtern zumeist die Energie-bilanz des Fahrzeugs. Passive Lösungskonzepte können die bremsscheibennahe Grenzschicht nicht effizient aufbrechen und den Bremsstaub nicht effizient auffangen. Die Einhausung erhöht die thermische Belastung der Bremsscheibe, was für die Haltbarkeit und Sicherheit nachteilig ist.

Unsere Lösung

Prof. Klinge von der Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften hat eine Filterhaube entwickelt, die im Inneren Filtermatten aufweist und eine spezielle Strömungsführung beinhaltet, die eine äußerst effiziente Ablösung der mit Staubpartikeln belasteten Grenzschicht von der Bremsscheibe ermöglicht. Mit Luftleitblechen wird zunächst der Strömungs-querschnitt im Inneren der Haube verringert. Mit Hilfe eines End-abscheiders und anschließender Umlenkung der Strömung wird die Grenzschicht von der Bremsscheibe abgelöst. Durch die Schneide wird auch die Abdichtung der Filterhaube unterstützt, während durch die sich ändernden Druckverhältnisse in der Haube ein Abscheiden der Bremsstaubpartikel in Filtermatten begünstigt wird. Ein optional integrierter Wirbelgenerator begünstigt das Ablösen der Grenzschicht. Der Wirbelgenerator kann darüber hinaus auch ohne den Endabscheider in einer einfacheren Filterhaube bereits einen Vorteil bewirken. In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist die Filterhaube im Querschnitt eine Brezelform auf, wobei der Wirbelgenerator in Form eines Flügelrades ausgeführt ist. Hierdurch kann ein besonders stabiler Wirbel in der Filterhaube erzeugt werden. Dieser unterstützt zusätzlich auch die Durchströmung der Lüftungskanäle der innenbelüfteten Bremsscheibe und reduziert somit die thermische Belastung der Bremsscheibe.

Abbildung 1: Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Bremsstaubfiltersystems mit Endabscheider A und Wirbelgenerator B. 1 – Bremsscheibe, 2 – Bremssattel, 3 – Bremsbelag, 4 – Filterhaube, 5 – Luftleitblech, 6 und 8 – Strömungsumlenkung, 7 – Schneide, 9 – Filtermatte (Quelle: Adaption nach Patentanmeldung).

Abbildung 2: Mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Filterhaube mit Wirbelgenerator. 1 – Filterhaube, 2 – Bremsscheibe, 3 – Strömungskanal, 4 – Flügelförmiger Wirbelgenerator, 5 – Luftwirbel, 6 – Luftleitelement, 7 – Innenbelüftung (Quelle: Adaption nach Patentanmeldung).

Vorteile

• Verbesserte Abscheidung von Bremsstaub im Vergleich zu konventionellen passiven Filterhauben
• Effektivere Ablösung der Grenzschicht von der Bremsscheibe bei gleichbleibender Kühlleistung
• Gute Abdichtung ohne Kontakt zu bewegten Teilen
• Kein zusätzlicher Energieverbrauch (passive Funktionsweise)
• Nachrüstbar an Gebrauchtfahrzeugen

Anwendungen

• Pkw, Lkw und Zweiräder (unabhängig von der Antriebsart)
• Schienenfahrzeuge

Entwicklungsstand

Ein erster Prototyp wurde entwickelt und im Windkanal getestet.

Patentsituation

Deutsche Patentanmeldungen:
DE102020105241A1
DE102020105240B4

Patentinhaberin:
Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften – Hochschule Braunschweig/Wolfenbüttel

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Kontakt

Dr. Mirza Mackovic
Patentmanager Technik
E-Mail: mmackovic(at)sciencebridge.de
Tel.: +49 (0) 551 30 724 153
Referenz: MM-2244-FHBW und MM-2245-FHBW
www.sciencebridge.de

Tags: Automobiltechnik