DE60123644T2

DE60123644T2 - Bremsvorrichtung, scheibenbremse, trommelbremse sowie verfahren zur herstellung einer bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE60123644T2
Application number: DE60123644T
Authority: DE
Inventors: Johan Hulten; John Flint
Original assignee: Volvo Truck Corp
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: WO2002027207A1; BR0114138B1; DE60123644D1; SE0003482L; JP2004510109A; BR0114138A; ATE341723T1; SE522456C2; US20030178266A1; EP1325244B1; EP1325244A1; SE0003482D0; AU2001292483A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Sie betrifft insbesondere eine Bremsvorrichtung, bei der das Auftreten eines Bremsquietschens durch die Konstruktion eines Bremsbelags verringert werden kann.
STAND DER TECHNIK
Wenn Fahrzeuge gebremst werden, kommt es manchmal zu einem sogenannten Bremsquietschen, das sowohl bei Scheibenbremsen als auch bei Trommelbremsen auftritt. Die typischen Frequenzen dieses Geräusches liegen in dem Bereich von einigen kHz und liegen innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs des menschlichen Gehörs. Das erzeugte Geräusch nimmt zwar mit Abstand von der Geräuschquelle ab, es kann jedoch in der Nähe der Bremse ungefähr 140 dB betragen. Stadtbusse, die wiederholt in dicht bevölkerten Bereichen anhalten, sind besonders störend. Ein Bremsquietschen ist ein üblicher Grund von Beschwerden über neue Privatautos, Lastwägen und Busse. Auch wenn das Bremsquietschen nicht die Bremswirkung oder deswegen die Sicherheit beeinträchtigt, hat das Problem trotzdem eine große Bedeutung und erfordert eine Lösung. Dieses Problem tritt auch bei Fahrzeugen auf, die sogenannte ABS-Bremsen haben.
Die JP-A-63 190942 offenbart einen Bremsschuh mit vier geteilten Bremsschuhteilen mit unterschiedlichem Reibungskoeffizienten. Abhängig von dem erforderlichen Durchschnittsreibungskoeffizienten des Schuhs werden diese geteilten Stücke kombiniert, um diesen speziellen Durchschnittsreibungskoeffizienten zu erreichen.
Es wurden viele Analysen des Problems des Bremsquietschens durchgeführt und viele verschiedene Lösungen versucht. Es wurde beispielsweise versucht, die Komponenten in dem Bremssystem zu dimensionieren, um eine Veränderung der Resonanzfrequenz des Systems zu schaffen, ohne dass dies zu einer ausreichenden Reduzierung des Auftretens des Bremsquietschens des Bremssystems führte.
Die US 5145037 offenbart beispielsweise eine Bremsscheibe, bei der das Auftreten des Bremsquietschens dadurch reduziert werden soll, dass Endbereiche der Bremsscheibe in nerhalb eines Bereiches abgeschrägt werden, dessen Ausmaß von der Breite zwischen Klauen abhängt, die einen Teil des Bremssattels bilden, wobei die Klauen eine Rückplatte tragen, in der der Bremsbelag angeordnet ist.
Außerdem ist aus der US 4485989 eine Scheibenbremse vorbekannt, bei der zur Verringerung des Bremsquietschens der Bremsbelag mit einem Abschnitt versehen werden soll, der aus einem schmierenden festen Material besteht, das eine Schmierung der Bremsscheibe ermöglicht.
Obwohl die oben erwähnten Vorschläge unter gewissen vorgegebenen Bedingungen zur Reduzierung des Auftretens eines Bremsquietschens beitragen, tragen diese Lösungen nicht zur Reduzierung des Auftretens eines Bremsquietschens unter verschiedener Last bei, die auf die Bremsvorrichtung aufgebracht wird. Bei einer Scheibenbremse mit einer Anordnung zur Schmierung der Bremsscheibe treten außerdem Probleme aufgrund der Tatsache auf, dass die Bremsleistung anfänglich mehr als normal reduziert ist, wenn es kalt oder nass ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Bremsvorrichtung zu schaffen, bei der das Auftreten eines Bremsquietschens bei sich verändernder Last, die auf die Bremsvorrichtung ausgeübt wird, reduziert wird. Dieses Ziel wird durch eine Bremsvorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 erreicht.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, eine Scheibenbremse zu schaffen, bei der das Auftreten des Bremsquietschens bei sich verändernder Last, die auf die Bremsvorrichtung aufgebracht wird, reduziert wird. Dieses Ziel wird durch eine Bremsvorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 12 erreicht.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Trommelbremse zu schaffen, bei der das Auftreten eines Bremsquietschens bei sich verändernder Last, die auf die Bremsvorrichtung aufgebracht wird, reduziert wird. Dieses Ziel wird mittels einer Bremsvorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 13 erreicht.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsvorrichtung zu schaffen, bei der das Auftreten eines Bremsquietschens bei sich verändernder Last, die auf die Bremsvorrichtung aufgebracht wird, reduziert wird. Dieses Ziel wird durch eine Bremsvorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 14 erreicht.
THEORETISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Aus "An Assumed Modes Method Approach to Disc Brake Squeal Analysis", Society of Automotive Engineers, 1999-01-1335 von Hultén and Flint, ist beispielsweise erkennbar, dass aufgrund der Drehsymmetrie einer Bremsvorrichtung, beispielsweise einer Bremsscheibe, zwei Modi für jede Resonanzfrequenz der Bremsvorrichtung existieren. Wenn ein Moduspaar für eine Resonanzfrequenz besteht, kann sich eine Welle durch die Bremsvorrichtung ausbreiten, wenn eine Erregungsenergie aufgebracht wird, wobei in diesem Fall ein Geräusch, ein sogenanntes Bremsquietschen, auftreten kann, Wenn ein Bremsbelag eine Bremsscheibe oder alternativ eine Bremstrommel und einen Bremsbelag miteinander verbindet, werden die gekoppelten Modi in separate Resonanzfrequenzen des Systems aufgespalten. Nicht konservative Kräfte, wie z. B. Reibungskräfte, neigen dazu, diese freistehenden Modi zu koppeln und sie zu einer gemeinsamen Resonanzfrequenz zu kombinieren, wobei in diesem Fall ein Bremsquietschen auftreten kann.
Um das Auftreten eines Bremsquietschens zu vermeiden, muss das System deshalb so konstruiert werden, dass eine Trennung eines Satzes von Modi, die hauptsächlich Resonanzfrequenzen zwischen 1 und 15 kHz haben, aufrechterhalten wird. Das Koppeln und deshalb das Auftreten eines Bremsquietschens kann deshalb bei einer Anzahl von unterschiedlichen Resonanzfrequenzen auftreten und ist von der Zwischenwirkung zwischen dem Belag und der Bremsvorrichtung abhängig, d. h. entweder der Scheibe oder der Trommel. Um die Konstruktion einer Bremsvorrichtung zu ermöglichen, bei der das Risiko des Auftretens eines Bremsquietschens bei der Mehrzahl von Resonanzfrequenzen, vorzugsweise allen Resonanzfrequenzen innerhalb des oben erwähnten Bereichs, verringert ist, ist es wichtig, dass die Zwischenwirkung zwischen dem Bremsbelag und der Scheibe oder der Trommel auf vorhersehbare Weise stattfindet. 1 zeigt eine Situation, bei der ein Anstieg des Reibungskoeffizienten ein Zusammenkoppeln von geteilten Modi verursacht, wobei in diesem Fall ein Übergang von einem stabilen Zustand 10 auf einen instabilen Zustand 11 an einem Punkt 12 stattfindet, der einem kritischen Niveau des Reibungskoeffizienten entspricht. Durch die Erfindung kann dieser Punkt 12 auf ein höheres Niveau bewegt werden, d. h. entlang der μ-Achse des Diagramms nach rechts.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Figuren der Zeichnung näher erläutert, in denen
1 ein Kurvendiagramm ist, in dem die Einheiten Frequenz f und Reibungskoeffizient μ das Phänomen der Kopplung geteilter Modi darstellen,
2 ist eine Seitenansicht eines erfindungemäßen Bremsbelags, und
3 ist eine alternative Ausführungsform eines Bremsbelags nach 2.
BESCHREIBUNG EINER ILLUSTRATIVEN AUSFÜHRUNGSFORM
2 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 3. Die Bremsvorrichtung ist so angeordnet, dass sie auf bekannte Weise mit einer Bremsscheibe 17 und einer Bremstrommel durch Einrichtungen zusammenwirkt, die nicht gezeigt sind, aber dem Fachmann gut bekannt sind. Beispiele der Zusammenwirkung und der notwendigen Komponenten zur Schaffung einer funktionierenden Bremse sind beispielsweise in der US 5145037 und der GB 2143916 , ein Beispiel einer Scheibenbremse, bei der eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung verwendet werden kann, und in der SE 504 272 , ein Beispiel einer Trommelbremse, bei der eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung verwendet werden kann, angegeben. Die Bremsvorrichtung 13 umfasst einen Bremsbelag 14 und eine Rückplatte 15. Der Bremsbelag 14 und die Rückplatte 15 sind vorzugsweise einteilig ausgebildet. Alternativ kann der Bremsbelag an der Rückplatte auf dem Fachmann gut bekannte Art und Weise befestigt werden. Der Bremsbelag bildet eine Abnutzungsfläche, wenn die Bremsvorrichtung zum Bremsen verwendet wird, und die Rückplatte verteilt die Druckkraft von den Bremszylindern (nicht gezeigt) auf den Bremsbelag, wenn die Bremsvorrichtung in einer Bremse verwendet wird. Ein Beispiel der Konstruktion einer Bremse mit Bremszylinder ist beispielsweise in der US 5145037 angegeben.
Bei einer Scheibenbremse ist die Bremsvorrichtung eben, d. h. ein ebener Bremsbelag ist an einer ebenen Rückplatte befestigt. Bei einer Trommelbremse ist die Bremsvorrichtung konvex, d. h. ein konvexer Bremsbelag ist an der Außenseite einer halbkreisförmigen Rückplatte befestigt. Die Bremsvorrichtung ist vorzugsweise so konstruiert, dass sie zu bestehenden Bremsanordnungen in Fahrzeugen passt, d. h. die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung kann als Austauschkomponente an bestehenden Bremsanordnungen verwendet werden.
Der Bremsbelag hat eine Kontaktfläche 16, die dazu bestimmt ist, gegen eine Bremsscheibe 17 oder ggf. gegen eine Bremstrommel gedrückt zu werden. Der Belag weist außerdem Seitenränder 18 und Stirnränder 19, 20 auf. Erfindungsgemäß ist der Bremsbelag 14 so konstruiert, dass der Reibungskoeffizient sich in Längsrichtung zwischen den zwei Stirnrändern 19, 20 so ändert, dass wenigstens einer der Stirnrandabschnitte 19a, 20a des Bremsbelags einen geringeren Reibungskoeffizient hat als der verbleibende Teil des Bremsbelags. Diese Veränderung kann entweder allmählich entlang des Stirnrandabschnitts oder auf abgestufte Weise in dem Grenzabschnitt zwischen dem Stirnrandabschnitt und dem verbleibenden Teil des Bremsbelages stattfinden. Diese Veränderung kann entweder an einem Stirnrand oder an beiden Stirnrändern stattfinden. Der Unterschied des Reibungskoeffizienten zwischen diesem Stirnabschnitt und dem verbleibenden Abschnitt des Bremsbelags beträgt geeigneter Weise wenigstens ungefähr 5%. Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung beträgt die Differenz des Reibungskoeffizienten wenigstens 10%. Bei einer anderen vorteilhaften Variante der Erfindung beträgt die Differenz des Reibungskoeffizienten wenigstens 15%. Bei einer anderen vorteilhaften Variante der Erfindung beträgt die Differenz des Reibungskoeffizienten wenigstens 20%.
Die Länge des Stirnabschnitts 19a, 20a beträgt geeigneterweise zwischen 5 und 40% des Gesamtabstands zwischen den Stirnrändern 19, 20. Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung beträgt die Länge des Stirnabschnitts geeigneterweise zwischen 10 und 30% des Gesamtabstands zwischen den Stirnrändern 19, 20. Die Veränderung des Reibungskoeffizienten ist nicht auf die Stirnrandabschnitte 19a, 20a beschränkt, sondern kann auch über die gesamte Länge des Bremsbelags verteilt sein, so dass ein Stirnrand einen geringeren Reibungskoeffizienten hat als der andere. Diesbezüglich kann die Veränderung des Reibungskoeffizienten auf gestufte Weise oder kontinuierlich stattfinden.
3 zeigt eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 13. Wie oben beschrieben wurde, hat auch hier wenigstens einer der Stirnrandabschnitte 19a, 20a des Bremsbelags einen geringeren Reibungskoeffizienten als der verbleibende Teil des Bremsbelags. In diesem Fall ist der Grenzabschnitt in dem Bremsbelag nicht vertikal, sondern der Grenzabschnitt ist geneigt. Die Neigung ist so, dass die Ausdehnung der Stirnrandabschnitte 19a, 20a an der Kontaktseite 16 des Bremsbelags am größten ist und sich in Richtung zur Rückplatte 15 hin verringert. Die Neigung kann so sein, dass die Stirnrandabschnitte 19a, 20a irgendwo entlang der Stirnränder 19, 20 aufhören, wie dies in 3 gezeigt ist, oder so, dass die Stirnrandabschnitte 19a, 20a irgendwo entlang der Rückplatte 15 aufhören. Diese Veränderung kann entweder allmählich entlang des Stirnrandabschnitts oder auf gestufte Weise in dem Grenzabschnitt zwischen dem Stirnrandabschnitt und dem verbleibenden Teil des Bremsbelags stattfinden. Diese Veränderung kann entweder an einem Stirnrand oder an beiden Stirnrändern stattfinden. Da sich der Bremsbelag abnutzt, d. h. dass der Bremsbelag 14 dünner wird, wird die Bremsanordnung 13 steifer, wodurch das Risiko eines Bremsquietschens verringert wird. Dies bedeutet, dass die Aus dehnung der Stirnrandabschnitte, die einen geringeren Reibungskoeffizienten als der verbleibende Teil des Bremsbelags haben, sich verringern kann, wenn der Bremsbelag dünner wird. Der Vorteil dieser Konstruktion besteht deshalb darin, dass sie die Bremseigenschaften des Bremsbelags maximiert. ohne dass ein Bremsquietschen auftritt.
Der Bremsbelag und die Rückplatte sind aus dem Fachmann gut bekannten Materialien hergestellt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsvorrichtung mit einer Rückplatte, die einen Bremsbelag trägt, der wenigstens eine Kontaktfläche und Seitenränder und Stirnränder aufweist, wobei der Bremsbelag so konstruiert ist, dass sich sein Reibungskoeffizient in der Längsrichtung zwischen den zwei Stirnrändern 19, 20 verändert.
Zur Herstellung der Bremsvorrichtung wird der Bremsbelag zuerst aus verschiedenen Reibungsmaterialien geformt. Damit der Bremsbelag so homogen wie möglich ist, werden der Bremsbelag und die Stirnwandabschnitte 19a, 20a des Bremsbelags in dem gleichen Prozess geformt. Dieser Prozess, der dem Fachmann gut bekannt ist, ist dem zur Herstellung von Bremsbelägen ähnlich, die aus einem Material hergestellt werden und er kann beispielsweise auf Gussformen, Extrahieren oder Pressen basieren. In diesem Prozess werden die Reibungsmaterialkomponenten gleichzeitig über getrennte Düsen aufgebracht. Der Bremsbelag wird dann auf dem Fachmann gut bekannte Weise fertig gestellt. Die Beläge werden beispielsweise oft in größeren Einheiten hergestellt, die dann in Scheiben gesägt werden. Es können auch Nuten in die Beläge gefräst werden. Der Belag wird dann an der Rückplatte auf eine dem Fachmann gut bekannte Weise beispielsweise durch ein geeignetes Klebemittel befestigt.
Die Erfindung kann bei verschiedenen Arten von Scheibenbremsen und Trommelbremsen verwendet werden, die dem Fachmann gut bekannt sind.

Claims

Bremsvorrichtung (13) mit einer Rückplatte (15), die einen Bremsbelag (14) trägt, der wenigstens eine Kontaktfläche (16) und Seitenränder (18) und Stirnränder (19, 20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungskoeffizient des Bremsbelags (14) sich in Längsrichtung zwischen den zwei Stirnrändern (19, 20) so verändert, dass wenigstens einer der Stirnrandabschnitte (19a; 20a) des Bremsbelags einen geringeren Reibungskoeffizient hat, als der verbleibende Teil des Bremsbelags, und wobei der Bremsbelag (14) und die Rückplatte (15) ein Teil bilden.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung in dem Stirnrandabschnitt (19a, 20a) zwischen dem Stirnrand (19; 20) und dem verbleibenden Teil des Bremsbelags allmählich stattfindet.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung stufenweise in einem Grenzabschnitt zwischen dem Stirnrandabschnitt (19a; 20a) und dem verbleibenden Teil des Bremsbelags stattfindet.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung stufenweise von einem Stirnrand zu dem anderen stattfindet, so dass ein Stirnrand (19; 20) einen geringeren Reibungskoeffizient hat als der andere.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung allmählich von einem Stirnrand zu dem anderen stattfindet, so dass ein Stirnrand (19; 20) einen geringeren Reibungskoeffizient hat als der andere.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied in dem Reibungskoeffizient wenigstens ungefähr 5% beträgt.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied in dem Reibungskoeffizienten wenigstens ungefähr 10% beträgt.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied in dem Reibungskoeffizienten wenigstens ungefähr 15% beträgt.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprühe 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied in dem Reibungskoeffizienten wenigstens ungefähr 20% beträgt.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Stirnabschnitts (19a; 20a) zwischen 5 und 40% des Abstandes zwischen den Stirnrändern (19, 20) beträgt.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Stirnabschnitts (19a; 20a) zwischen 10 und 30% des Abstandes zwischen den Stirnrändern (19, 20) beträgt.
Scheibenbremse mit einer Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Trommelbremse mit einer Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Verfahren zur Herstellung einer Bremsvorrichtung, die aus einem Bremsbelag (14) und einer Rückplatte (15) besteht, mit den Schritten der Herstellung des Bremsbelages (14) aus zwei oder mehr Reibungsmaterialien, so dass sich sein Reibungskoeffizient in der Längsrichtung zwischen den zwei Stirnrändern (19, 20) des Bremsbelages (14) ändert, und der Befestigung des Bremsbelages (14) an der Rückplatte (15).