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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Bremsklotz und ein Verfahren
zur Verbesserung der Leistung von Bremsklötzen in einem Fahrzeugbremssystem.
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Bremsklötze sind
im Allgemeinen auf Haltbarkeit konstruiert. Um jedoch eine lange
Lebensdauer zu erreichen, werden bei Bremsklötzen gegenwärtiger Bremssysteme Reibmaterialien
verwendet, die eine "Einlaufzeit" erfordern, ehe die
Bremsbeläge ein
hohes Reibungsniveau bereitstellen können. Infolgedessen kann eine
Fahrzeugbremsung zwischen dem Beginn der "Einlaufzeit", wo die Bremsklötze "grün" sind, und der Zeit
danach variieren.
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Ungleichmäßige Reibungsniveaus
sind bei Fahrern im Allgemeinen nicht erwünscht. Darüber hinaus sind Fahrer häufig nicht
in der Lage, Bremsklötze
so "einzufahren", dass eine hohe
Leistung sichergestellt ist. Demzufolge wurden von Herstellern mehrere
Mittel entwickelt, um diese Probleme zu überwinden.
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Ein
solches Verfahren besteht darin, die Bremsklötze vor ihrem Einbau in das
Bremssystem eines Fahrzeugs durch Einlaufen zu polieren. Bei diesem
Verfahren werden die Bremsklötze
auf einer Baugruppe aus Bremsrotor und Bremse angeordnet, und die
Bremsen werden angelegt, bis die Oberfläche der Bremsklötze "eingelaufen" ist. Dieses Verfahren
ist unerwünscht,
weil es einen bedeutenden Arbeitsaufwand erfordert.
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Bei
einem weiteren Verfahren wird die Oberfläche des Reibmaterials angesengt.
Die Oberfläche des
Bremsklotzes wird mit einem Laser, einer Flamme oder einer beheizten
Platte erwärmt.
Die Hitze verändert
die Oberfläche
des Bremsbelags und erhöht
seinen Reibungskoeffizienten. Dieses Verfahren ist jedoch sowohl
kostspielig als auch arbeitsintensiv.
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Schließlich kann
eine Beschichtung auf die Oberfläche
des Bremsklotzes aufgebracht werden, um das Reibungsniveau auf dem
Bremsbelag während
der "Einlaufzeit" zu erhöhen. Die
Beschichtung wird aufgebracht, indem der Bremsbelag bis auf eine vorbestimmte
Dicke mit Teilchen besprüht
wird. Das Beschichten erfordert zusätzlichen Arbeitsaufwand und
zusätzlichen
Einsatz von Geräten.
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Die
US 3585102 zeigt ein Reibelement
einer Winde oder eines Schürfkübelbaggers,
bei dem Reibmaterial in einer dünnen
Schicht auf die Kontaktfläche
eines Basismaterials aufkaschiert ist. Das Laminat hat einen höheren Reibungskoeffizienten
und eine niedrigere Verschleißfestigkeit
als das Basismaterial.
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Es
besteht daher ein Bedarf an Bremsklötzen, die ohne signifikanten
Kosten- und Arbeitsaufwand
sofort und auch über
die Lebensdauer des Bremsklotzes ein hohes Reibungsniveau bieten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist also ein Bremsklotz gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und
2 definiert.
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Bei
einer offenbarten Ausführungsform
dieser Erfindung umfasst der Bremsklotz zwei Bremsbelagschichten.
Die zwei Bremsbelagschichten bestehen aus unterschiedlichem Reibmaterial
und werden zusammen ausgebildet. Die erste Bremsbelagschicht ist
die Bremsbelagschicht, die zunächst
mit dem Bremsrotor eines Bremssystems in Kontakt steht, während die
zweite Bremsbelagschicht erst dann mit dem Bremsrotor in Kontakt
kommt, wenn die erste Bremsbelagschicht abgenutzt ist. Die zweite
Bremsbelagschicht ist an einer Bremsplatte befestigt, die funktionsmäßig mit
diesem Bremssystem verbunden ist.
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Die
erste Bremsbelagschicht besteht aus einem Reibmaterial, das sich
schneller abnutzt als das Reibmaterial der zweiten Bremsbelagschicht.
Ohne Einschränkung
der Haltbarkeit kann die erste Bremsbelagschicht aus einem Material
bestehen, das sofort und nicht erst nach Abnutzung oder nach dem "Einlaufen" ein höheres Reibungsniveau
bietet. Organische, metallische, halbmetallische und Glasmaterialien
bieten alle sofort ein höheres
Reibungsniveau, nutzen sich aber schneller ab als normales Reibmaterial.
Die erste Bremsbelagschicht kann bedeutend dünner sein als die zweite Bremsbelagschicht.
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Wenn
sich die erste Bremsbelagschicht abnutzt, beginnt die zweite Bremsbelagschicht
sich abzunutzen bzw. sich "einzulaufen". Weil die Grenzfläche zwischen
der ersten Bremsbelagschicht und der zweiten Bremsbelagschicht uneben
ist, werden sich die Bremsbelagschichten an ihrer Grenzfläche ungleichmäßig abnutzen.
Infolgedessen bieten Teile der ersten Bremsbelagschicht zunächst weiterhin
ein höheres
Reibungsniveau, während
sich Teile der zweiten Bremsbelagschicht allmählich "einlaufen", um ein hohes Reibungsniveau zu bieten.
Schließlich nutzt
sich die erste Bremsbelagschicht ganz ab, und es bleibt eine zweite
Bremsbelagschicht zurück,
die bereits "eingelaufen" ist und bereit für eine fange
Lebensdauer.
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Die
vorliegende Erfindung wird mit sehr wenig Arbeits- und Kostenaufwand
hergestellt. Es sind auch keine zusätzlichen oder speziellen Herstellungsgeräte erforderlich.
Demzufolge stellt die Erfindung ein kostengünstiges und effizientes Mittel
bereit, um die bei neuen Bremsen erforderliche "Einlaufzeit" zu vermeiden.
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Bei
einer zweiten offenbarten Ausführungsform
dieser Erfindung umfasst der Bremsklotz einen dreilagigen Bremsbelag.
Diese zweite Ausführungsform
funktioniert im Wesentlichen wie oben anhand des Bremsklotzes mit
zwei Bremsbelagschichten beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden für den Fachmann
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsform ersichtlich. Die
der ausführlichen
Beschreibung beigefügten
Zeichnungen lassen sich kurz wie folgt beschreiben:
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1 zeigt
den Einfluss des "Einlaufens" auf das abgegebene
Bremsmoment.
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2 zeigt
eine Seitenansicht von in der Technik bekannten Bremsklötzen.
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3 zeigt
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung vor der Abnutzung.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung nach einer gewissen Abnutzung.
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6 zeigt
eine schematische Ansicht eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung
der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bremsklötze werden
im Allgemeinen auf Haltbarkeit konstruiert. Um jedoch eine lange
Lebensdauer zu erreichen, werden bei gegenwärtigen Bremsklötzen Reibmaterialien
verwendet, die eine "Einlaufzeit" erfordern, ehe der
Bremsbelag ein hohes Reibungsniveau bereitstellt. 1 zeigt
den Einfluss des "Einlaufens" auf das abgegebene
Bremsmoment. Das bei einem Bremsklotz im Neuzustand abgegebene Bremsmoment
wird mit dessen Bremsmoment "nach
Gebrauch" oder mit
dem Bremsmoment eines "eingelaufenen" Bremsklotzes verglichen,
und beide werden gegen den Druck auf dem Bremsbelag aufgetragen.
Das Bremsmoment des Bremsklotzes im Neuzustand ist als durchgezogene Linie
dargestellt, während
das Bremsmoment des "eingelaufenen" Bremsklotzes als
gestrichelte Linie dargestellt ist. Wie aus 1 hervorgeht,
produzieren Bremsklötze
im Neuzustand weniger Bremsmoment als solche nach Gebrauch oder
als "eingelaufene" Bremsklötze bei
jedem gegebenen Niveau des Leitungsdrucks.
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2 zeigt
eine Seitenansicht eines im Stand der Technik bekannten Bremsklotzes.
Der Bremsklotz 20 ist an der Bremsplatte 24 nach
einem in der Technik bekannten Verfahren, wie zum Beispiel durch
eine Klebeverbindung, befestigt. Der Bremsklotz 20 besteht
aus einem Reibmaterial. Es ist der in der Technik ebenfalls bekannte
Bremsrotor 22 dargestellt. Die Bremsplatte 24 ist
mit dem Bremssystem 40 funktionsmäßig verbunden. Wenn die Bremse
betätigt
wird, bewegt das Bremssystem 40 die Bremsplatte 24 in
Pfeilrichtung A auf den Bremsrotor 22 zu. Es kommt zum
Kontakt mit dem Bremsklotz 20 und dem Bremsrotor 22,
wodurch die Bewegung des Bremsrotors 22, die typischerweise
eine Drehbewegung längs
der Achse B ist, verlangsamt wird.
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3 zeigt
eine Seitenansicht der vorliegenden Erfindung. Die aus einem ersten
Reibmaterial bestehende erste Bremsbelagschicht 30 ist
an der aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Reibmaterial
bestehenden zweiten Bremsbelagschicht 28 nach einem in
der Technik bekannten Verfahren, wie zum Beispiel durch Anformen
mit einem kompatiblen Klebstoffbindemittel in den beiden Materialien,
befestigt. Beide Bremsbelagschichten können auch durch einen Klebstoff
aneinander befestigt sind, um einen einzigen Bremsklotz zu bilden,
wenngleich dieses Verfahren aus den nachfolgend erläuterten
Gründen
weniger bevorzugt wird, um diese Bremsbelagschichten aneinander
zu formen. Alternativ können
die Bremsbelagschichten durch andere in der Technik bereits bekannte
Mittel miteinander kombiniert werden. Die zweite Bremsbelagschicht 28 selbst
ist funktionsmäßig an der
Bremsplatte 26 befestigt. Die Bremsplatte 26 ist
funktionsmäßig mit
dem Bremssystem 40 verbunden. Durch die Betätigung der
Bremse bewegt das Bremssystem 40 die erste Bremsbelagschicht 30 und
die zweite Bremsbelagschicht 28 in Pfeilrichtung A auf
den Bremsrotor 22 zu, der sich typischerweise in einer Drehbewegung
längs der
Achse B bewegt.
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Die
erste Bremsbelagschicht 30 besteht aus einem ersten Reibmaterial,
das sich schneller abnutzt als das zweite Reibmaterial der zweiten
Bremsbelagschicht 28. Das erste Reibmaterial bietet jedoch zunächst ein
höheres
Reibungsniveau im Gegensatz zu dem zweiten Reibmaterial, das Haltbarkeit
und erst nach Abnutzung ein höheres
Reibungsniveau bietet. Das erste Reibmaterial der ersten Bremsbelagschicht 30 kann
aus einem organischen, metallischen oder halbmetallischen Material
bestehen, zum Beispiel aus Gummi, Cellulose, Aramid, einer metallischen
Zusammensetzung, Glas oder aus einem sonstigen Altmaterial, das
sich durch rasche Abnutzung und ein anfänglich hohes Reibungsniveau
auszeichnet.
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Im
Allgemeinen ist die erste Bremsbelagschicht 30 dünner als
die zweite Bremsbelagschicht 28, um die rasche Abnutzung
der ersten Bremsbelagschicht 30 zu erlauben. Die erste
Bremsbelagschicht 30 hat eine merkliche Dicke von etwa
0,025 Inch bis 0,250 Inch an Dicke, die größer ist als die Dicke der im
Stand der Technik verwendeten Beschichtungen. Die zweite Bremsbelagschicht 28 hat
eine größere Dicke
im Bereich von etwa 0,125 Inch bis über 1 Inch an Dicke. Die zweite
Bremsbelagschicht 28 kann etwa zehnmal dicker sein als
die erste Bremsbelagschicht 30, wenngleich dieser Größenunterschied zwischen
den Bremsbelagschichten für
die korrekte Funktionsweise des Bremsklotzes nicht notwendig ist.
Die zweite Bremsbelagschicht 28 besteht vorzugsweise aus
einem allgemein üblichen
Reibmaterial mit dauerhaften Abnutzungseigenschaften, wie zum Beispiel
Phenolharz. Die erste Bremsbelagschicht 30 kann ebenfalls
einige dieser Eigenschaften haben.
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Wenn
diese getrennten Bremsbelagschichten miteinander kombiniert werden,
werden sie im Gegensatz zu einem Bremsklotz mit einer Beschichtung,
der im Allgemeinen eine gleichmäßige Grenzfläche hat,
eine unebene Grenzfläche
gemeinsam haben. 3 zeigt eine unebene Grenzfläche 32 (dargestellt
durch den schattierten Bereich) zwischen der ersten Bremsbelagschicht 30 und
der zweiten Bremsbelagschicht 28.
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Gemäß 4 und 5 trägt die unebene Grenzfläche 32 zum
allmählichen "Einlaufen" der zweiten Bremsbelagschicht 28 bei.
In 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die erste Bremsbelagschicht 30 ist
funktionsmäßig an der
zweiten Bremsbelagschicht 28 angebracht. Der Bremsrotor 22 (durch
gestrichelte Linien dargestellt) bewegt sich in Pfeilrichtung B
und in der Nähe
der ersten Bremsbelagschicht 30. Hier zeigt 4 die
vorliegende Erfindung vor einer Abnutzung der ersten Bremsbelagschicht 30.
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In 5 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Wenn die Bremse betätigt wird, steht der Bremsrotor 22 in
Kontakt mit der ersten Bremsbelagschicht 30 und anschließend mit
der zweiten Bremsbelagschicht 28, wenn sich die erste Bremsbelagschicht 30 abnutzt. 5 veranschaulicht
die Abnutzung auf der ersten Bremsbelagschicht 30, die
durch den Bremsrotor 22 verursacht wird, wenn der Bremsrotor 22 in
Pfeilrichtung B an der ersten Bremsbelagschicht 30 reibt.
Wenn sich die erste Bremsbelagschicht 30 abnutzt, kommt
die zweite Bremsbelagschicht 28 in Kontakt mit dem Bremsrotor 22 und
beginnt sich abzunutzen bzw. sich "einzulaufen". Aufgrund der unebenen Grenzfläche 32 nutzen
sich beide Bremsbelagschichten an der unebenen Grenzfläche 32 ungleichmäßig ab.
Natürlich
ist ein gewisses Maß an
ungleichmäßiger Abnutzung
wahrscheinlich, selbst bei einer möglicherweise ebenen Oberfläche. Eine
solche ungleichmäßige Abnutzung
kann auch zum allmählichen "Einlaufen" des Bremsklotzes
beitragen.
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Wie
aus 5 hervorgeht, werden zunächst nur die Abschnitte 28A der
zweiten Bremsbelagschicht durch die erste Bremsbelagschicht 30 sichtbar,
so dass der Bremsrotor 22 allmählich die zweite Bremsbelagschicht 28 abnutzen
kann. Daher bieten Teile der ersten Bremsbelagschicht 30A auch
weiterhin ein höheres
Reibungsniveau, während
sich Teile der zweiten Bremsbelagschicht 28A allmählich "einlaufen", um ein höheres Reibungsniveau
zu bieten. Schließlich
nutzt sich die erste Bremsbelagschicht 30 ganz ab, und
zurück
bleibt die zweite Bremsbelagschicht 28, die bereits "eingelaufen" ist und bereit für eine lange
Lebensdauer.
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Im
Gegensatz zu einer Beschichtung können die erste Bremsbelagschicht 30 und
die zweite Bremsbelagschicht 28 vor ihrer Montage mit denselben
Geräten
gebildet werden, mit denen Bremsklötze allgemein gebildet werden.
Ein Bremsklotz wird typischerweise hergestellt, indem Reibmaterial
in eine Form eingesetzt wird und das Material gehärtet wird, bis
der Bremsklotz vollständig
ausgebildet ist. Dieselben Geräte
können
verwendet werden, um die zusätzliche
Bremsbelagschicht (erste Bremsbelagschicht 30) zu schaffen.
Wie in 6 schematisch dargestellt, wird die zweite Bremsbelagschicht 28 aus
einem zweiten Reibmaterial mit einem üblichen Bindemittel in die
Form 100 eingesetzt. Die erste Bremsbelagschicht 30 aus
einem ersten Reibmaterial wird dann zusammen mit dem Bindemittel
auf die zweite Bremsbelagschicht 28 aufgebracht. Wenngleich
dies nicht notwendig ist, kann dann jede Bremsbelagschicht in bekannter
Weise mit der Presse 102 komprimiert werden. Aufgrund von
Unterschieden zwischen dem ersten Reibmaterial und dem zweiten Reibmaterial
vor allem in der Konsistenz wird die Grenzfläche 32 zwischen der
ersten Bremsbelagschicht 30 und der zweiten Bremsbelagschicht 28 uneben
sein. Die Bremsbelagschichten werden dann mit dieser Unebenheit
zusammengebacken, bis daraus Bremsklötze hergestellt sind.
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Auf
diese Weise kann der mehrlagige Bremsklotz, im Gegensatz zur Verwendung
von Reibbelägen,
ohne zusätzliche
Geräte
oder Arbeitsschritte hergestellt werden. Der Monteur verbindet einfach
die beiden Bremsbelagschichten miteinander, wobei er dieselben Geräte verwendet,
mit denen Bremsklötze
allgemein hergestellt werden. Darüber hinaus ist es auch nicht
notwendig, die Maßhaltigkeit jeder
Beschichtung während
des Aufbringens zu überwachen,
weil die Maße
der getrennten Bremsbelagschichten leicht zu kontrollieren sind.
Wichtiger ist es, dass dieses Herstellungsverfahren die Schaffung der
unebenen Grenzfläche 32 sicherstellt,
die das allmähliche "Einlaufen" der zweiten Bremsbelagschicht 28 erlaubt.
Weitere in der Technik bekannte Herstellungsverfahren können ebenfalls
den genauso funktionierenden mehrlagigen Bremsklotz bereitstellen.
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Ein
Durchschnittsfachmann kann in der Tat unterschiedliche Materialien
für die
erste Bremsbelagschicht 30 und die zweite Bremsbelagschicht 28 verwenden,
um höhere
und konstante Reibungsniveaus über
die gesamte Lebensdauer des Bremsklotzes sicherzustellen. Bei einer
sich rasch abnutzenden ersten Bremsbelagschicht 30 muss
zum Beispiel die zweite Bremsbelagschicht 28 eine kürzere "Einlaufzeit" haben, um ein höheres Reibungsniveau zu
bieten, sobald sich die erste Bremsbelagschicht 30 abgenutzt
hat. Eine sich langsamer abnutzende erste Bremsbelagschicht 30 würde dagegen
eine längere "Einlaufzeit" erlauben, damit
die zweite Bremsbelagschicht 28 ein hohes Reibungsniveau
erreicht. Ein dazwischen liegendes Material mit mäßigem Abnutzungsniveau
und mäßigem Reibungsniveau
dient als Übergangsbremsbelagschicht
zwischen der ersten Bremsbelagschicht 30 und der zweiten
Bremsbelagschicht 28. Darüber hinaus können zusätzliche Bremsbelagschichten über die
erste Bremsbelagschicht 30 und die zweite Bremsbelagschicht 28 hinaus
verwendet werden, um den Übergang
zwischen der ersten Bremsbelagschicht 30 und der zweiten Bremsbelagschicht 28 zu
verbessern.
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Die
vorstehende Beschreibung ist beispielhaft und nicht so sehr einschränkend. Viele
Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind angesichts
der obigen Lehre möglich.
Die bevorzugten Ausführungsformen
dieser Erfindung wurden offenbart. Ein Durchschnittsfachmann würde jedoch erkennen,
dass bestimmte Modifikationen in den Rahmen dieser Erfindung fallen
würden.
Im Rahmen der beigefügten
Ansprüche
kann die Erfindung daher auch anders als speziell beschrieben praktiziert
werden. Aus diesem Grund sollten die nun folgenden Ansprüche studiert
werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Erfindung zu ermitteln.