CN104769309A - 带有颗粒捕获的制动组件 - Google Patents

Abstract

无污染制动组件包括转子(6)、衬垫(5)、自主抽吸装置(1)，衬垫(5)包括能够释放磨损产生的颗粒的摩擦材料，自主抽吸装置(1)用于抽去所述颗粒，其包括安装在衬垫和转子邻近处的吸入口(11)，用于收集颗粒的收集腔室，借助于挤压在转子上的滚筒(15)由转子驱动的叶轮(14)，叶轮(14)用于通过开口抽去颗粒并将其推入收集腔室内，因此颗粒在尽可能靠近其发射处被困住。

Description

带有颗粒捕获的制动组件

技术领域

本发明涉及无污染的制动组件，尤其是用于道路或轨道车辆。本发明特别涉及能够通过抽吸来捕获因为磨损造成的，即摩擦制动放出的颗粒和灰尘的制动组件。众所周知的是，当这些颗粒释放到环境中时，对健康是有害的。

背景技术

捕获摩擦制动的磨损而造成的灰尘颗粒的系统或装置早已被提出，特别是在专利FR2815099和US8191691中。这些已知的技术方案的实施是复杂的，并对制动盘合适的冷却及因此对制动性能均具有负面影响。

因此，为了消除一些或所有以上的缺陷，需要改进捕获由制动引起的灰尘和颗粒的技术方案。

发明内容

为了这个目的，本发明提出无污染的制动组件，其包括：

-转子，

-可移动的衬垫，其用于压靠所述转子来制动它，衬垫包括可以释放磨损造成的颗粒的摩擦材料，

-用于抽去所述颗粒的自主抽吸装置，抽吸装置包括：

·吸入口，

·收集腔室，用于收集颗粒，

·管子，从吸入口通往收集腔室，

·叶轮，其借助于压靠在转子上的滚筒，由转子来驱动，用于抽去颗粒并将它们推进到收集腔室内，

吸入口紧邻衬垫和转子布置，并且抽吸装置在衬垫的附近成为一体，因此颗粒能够被尽可能靠近其发射处被捕获。

具有这些安排，抽吸装置能够尽可能靠近其发射处捕获颗粒，并避免为了捕获颗粒而必须包围住转子；在本发明中，转子的冷却不会因抽吸装置的存在而显著地减慢，因此，制动行为不会因抽吸装置的存在而受影响。

进一步地，抽吸装置减小的尺寸允许很好地与转子周围成为一体，并且特别地在制动衬垫的附近。

另外，抽吸装置的结构特别简单：叶轮驱动装置不需要外部动力源且不需要维护。事实上，抽吸装置不需要外部管道系统和外部附加的连接，因此是自主的；这支持可靠性。

在本发明不同的实施例中，可使用以下一种或多种安排布置：

-吸入口相对于转子表面的高度可以在0.5mm至2mm之间，并且最好约为1mm；该特征使颗粒的收集量最大化；

-吸入口的圆周尺寸可以小于10mm，最好约为4mm，以便对制动性能的影响最小化；

-滚筒能够压靠在被衬垫扫掠的区域之外的转子上；借此，驱动滚筒对被衬垫扫掠的转子表面没有影响，并且不会降低制动性能；

-装置可进一步包括止回阀，来防止颗粒从收集腔室中回流；因此，当反向运动时防止意外的反向操作；

-叶轮和滚筒可以同轴安装；以使尺寸和生产成本最小化；

-收集腔室可包括纤维性媒介的过滤器；以便所有颗粒被困在过滤器中；

-收集装置通过支架连接到卡钳或制动锚固板；由此促进装置的安装；

-收集装置向着转子偏置地连接到卡钳或制动锚固板；以便滚筒对转子的支承压力得到适当的控制；

-装置可进一步包括辅助吸入口，其对称地安装在转子盘的相对侧上；以便仅需单个叶轮来处理盘的两侧；

-叶轮可更好地插入在吸入口和具有过滤器的收集腔室之间；借此，由于叶轮将空气推入过滤器内(并且不会从过滤器中抽吸空气)，抽吸损失降低。

附图说明

本发明的其他特点、目的和优点，将从以下对两个作为非限定性示例给出的本发明实施例的描述中显得更加明白，本发明还将通过参考附图来更好地理解，其中：

-图1是装备有抽吸装置的根据本发明第一实施例的制动组件的侧视图，

-图2是图1的制动组件示意的透视图，

-图3是图1的抽吸装置的局部垂直剖视图，

-图4示出了抽吸区域的部分细节，

-图5是装备有吸尘装置的根据本发明第二实施例的制动组件的侧视图，

-图6是本发明第一实施例的变体的制动组件的示意的透视图。

具体实施方式

在不同的视图中，同样的参考号指示相同或类似的元件。

图1示出了根据本发明第一实施例的制动组件2，其涉及盘式制动器结构。这样的盘式制动器结构在汽车、商用车、重型卡车、公交车和轨道车辆中是十分常见的，且在两轮车中同样常见。在该结构中，制动作用被施加到称为“盘”的转子上，其因轮缘或轴的缘故而是刚性的，但是与轮缘本身不同。

然而，本发明还涉及制动结构，这里制动作用被直接应用到车轮边缘上，例如，用于轨道车辆，如电车、地铁或传统火车。也可以将本发明运用到其他结构中，例如，鼓式制动器。

由于车辆交通的增多，制动系统释放的颗粒量也越来越多，特别是在市区地区。医学研究确认这些颗粒对人呼吸系统以及常规健康的毒性。因此，显著减少这些颗粒释放到环境中是重要的，这也是本发明目标所要做的。

即使人们尽可能地使用无摩擦的制动系统，例如，再生或涡流制动器(只要可能的话)，但摩擦制动系统不能完全被淘汰，因为它们在所有速度上是有效的，并能够在静止时用于保持车辆不动。

摩擦制动基于围绕轴X转动的转子，衬垫挤压在上面而产生摩擦，来降低速度，同时将动能改变为热能。所述转子可以是如上所述的车轮边缘本身或专用于制动的盘。

在图1至4所示出的示例中，制动组件2包括转子6和衬垫5，转子6呈厚度均匀盘的形式，其刚性地固定到待要被制动的车轮(或待要被制动车轴的轮子)，衬垫5在轴向X的方向上挤压在所述转子上，以便制动该转子，衬垫5相对于制动钳4可移动地安装。在所示的传统结构中，事实上有两个衬垫5，其能够通过活塞7的效应朝着彼此偏置，将转子夹在中间，因此产生平行于车轮的轴向X方向的力。在图2中，仅示出了位于盘上方的元件，第二衬垫未被示出。

每个制动衬垫5(或“刹车制动片”)包括金属基座50和摩擦主体51，而摩擦主体51包括能够释放由于摩擦磨损造成的颗粒30的摩擦材料3。

在图中未示出的其他结构中，可能仅有一个衬垫在轮轴X的方向上施加径向力，例如，在传统的轨道车辆中，其中，制动发生在车轮边缘的外围环形区域上。在这种情况下，没有真正的“卡钳”，而是衬垫支持4’。

更特别的是，制动组件2包括抽吸装置1，其能够捕获灰尘和颗粒，灰尘和颗粒构成了来自制动导致磨损的残渣。抽吸装置1尺寸减小，以便促成整合在卡钳4的直接周边中。

更特别的是，抽吸装置1包括：

-吸入口11，其紧邻衬垫5和转子6安装，

-收集腔室13，其用于收集摩擦材料3的颗粒，所述腔室包括过滤器，

-管子12，其从吸入口11通往收集腔室13，所述管子也能够被称为“箱”或“外壳”，

-叶轮14，转子通过压靠在转子上的滚筒15来驱动叶轮，所述叶轮通过吸入口11脱除颗粒，并且将它们推进到收集腔室内，所述叶轮被安装在管子12内。

吸入口11(也可以被称为“吸入端口”)作为开口嘴21示出，其放置在平行于转子表面60的平面中，因此，垂直于转子的轴X。该开口嘴21更好地位于距离转子表面小于5mm处，并且更好地位于距离转子的表面小于2mm处。

如图4所示，吸入口11的开口嘴21相对于转子表面的高度H可以选为在0.5mm至0.2mm之间，特别的可以选为1mm，来优化颗粒的吸入，同时避免接触盘，并防止在接触很热的盘时，开口嘴的塑料材料降解。

吸入口11的开口嘴21大体上是矩形形状，在径向方向上延伸被衬垫扫掠的转子的整个径向距离D，例如，典型地从3cm至6cm，并且在周向方向上延伸距离E，距离E小于10mm，较佳地是小于5mm。特别的是，圆周方向上的尺寸可选约为4mm。需要注意的是，壁的厚度相对于该圆周尺寸E保持很薄。

吸入口11定位在衬垫5的摩擦主体51的下游的圆周距离K处(见图4)，其最好在2mm至10mm之间；可以选择优化距离K大约为5mm。如果吸入口11平行于衬垫5的摩擦主体51的下游边缘定位，则距离K为常量；然而，这可能也有别的情况，特别是，如果吸入口11与半径一致，或如果衬垫5的摩擦主体51的下游边缘不是完全径向定向的情况。

给定以上所列尺寸，则吸入口11的开口嘴21的区域可小于5cm²，最好小于2cm²。用这种方法，吸入口的存在对于转子冷却具有可忽略的影响。

由于颗粒30在衬垫5和转子表面60之间的接触面处，直接在它们被释放的地方被吸入，所以，这消除了安装任何包住转子的一部分的附加元件的需要，因此，保持冷却特性。

因此，可以抽吸走几乎所有由于制动的磨损产生的颗粒30，特别是，不论有磁性的还是无磁性的，都超过所有颗粒的95％。任何尺寸的颗粒或灰尘都能被捕获，包括微米的甚至是纳米尺寸的那些颗粒。

在有利的方面，滚筒15的支撑发生在环形区域66上，其位于被衬垫扫掠的区域65的外侧(图3)，其不干扰被衬垫扫掠的转子表面60，因此，使滚筒15的存在对制动特性的影响最小化。

在优选的方面，叶轮14和滚筒15围绕垂直于车轮轴X的叶轮轴Y同轴地安装。

在本示例中所示的叶轮14可旋转地安装在轴承16上，轴承16安装在叶轮外壳17内。叶轮包括多个用于产生离心运动的叶片，离心运动的作用驱动空气向着收集腔室13运动，以及包含在轴承16中的中心轴18，其具有连接滚筒的一端19。在所示的示例中，叶轮直径为5cm，但可根据以下几方面来调整该直径：盘和车轮边缘之间的可用空间，叶轮的轴向长度，以及相对于衬垫5尺寸的吸力要求和所考虑的制动应用。

驱动滚筒15安装在轴18的连接端19上，以便围绕轴Y随叶轮旋转。滚筒的外围边缘66压在转子的表面上。例如，驱动滚筒15由铝制成，但也可以选用高性能塑料。需要注意的是，轴Y穿过轴X，以便允许滚筒在最小的阻力下滚动。

在有利的方面，叶轮14和滚筒15也可以形成单一件，例如，用高温塑料材料制成。

管子12和外壳17可由PVC(聚氯乙烯)塑料制成；吸入口11例如由高温PVC或聚偏二氟乙烯或PEEK(聚二醚酮)制成，其承受高至250℃，或甚至超过300℃的温度。

现将解释耦合组件的操作。由于转子的旋转，特别是在对应于汽车前进运动的旋转方向“F”上，使得滚筒15旋转来驱动叶轮。然后，离心式叶轮在吸入口产生负压。

可以调节滚筒的直径和叶轮的体积，以获得对应于颗粒排出率的抽吸率，其大致是转子表面的线速度。申请人业已发现，该抽吸率对应于允许捕获差不多所有颗粒的最优值，不会造成摩擦材料的过早磨损；该数值太高是不利的，因为这将促使位于衬垫和转子表面之间的不稳定颗粒的吸入，造成衬垫的过早磨损。

在许多可能选择中的一个特别示例中，为使车速为50KM/h，为使盘直径为汽车中的常规直径，叶轮的转速可以是17000转/分钟。

需要注意的是，当在中速或高速制动时，产生由制动装置排出的大多数颗粒30；当低速制动时，射出的颗粒量是不显著的。

在可供选择的优选方面，抽吸装置1进一步包括安装在哎管子上的止回阀9，例如，在吸入口11和叶轮14之间，或如图所示，在叶轮和收集腔室之间。因此，当车轮和转子(以及因此叶轮)在相当于汽车的逆向运动的‘R’方向上旋转时，这样的安排防止颗粒从收集腔室逃出。

当然，可能的是，将抽吸装置1放置在盘的每侧上，即，两个类似的抽吸装置对称地安装在盘的每侧上。

然而，在可选的优势方面，如图6所示，抽吸装置1可包括辅助吸入口110，其对称地安装在与转子盘相对的那侧上。用这种方法，单叶轮能吸走夹在盘中间的两个衬垫5，5’中颗粒。辅助管子120将辅助开口110连接到主管12，旁路盘的径向外部区域。

关于抽吸装置1的安装，其可固定到卡钳上，或直接固定到衬垫上。可选地，抽吸装置1能够固定到制动锚固板或转向轴上。在所示实例中，抽吸装置1通过支架8(见图2)固定到卡钳上.可以这样进行安装，使得该支架8具有一定的弹性，以使抽吸装置在转子沿着轴向X的方向上偏置。

有利地，不管生产和装配误差如何，如此朝向转子的偏置‘P’有利于将滚筒15在转子表面上的支承压力保持大体上恒定不变。

然而，该偏置效果可通过带有更多传统弹簧(未示出)的组件来获得。

在有利的方面，抽吸装置1的重量不超过50克，取决于所用的材料，或可能甚至只有30克，这允许限制装置存在对车轮和汽车组件的动态行为的影响。

在图5中，制动衬垫向车轮轴施加向内径向压力。如在先前的结构中，抽吸装置1安装在衬垫5的下游处，在常规的运动方向‘F’；类似于上文所讨论的，这可固定到衬垫支撑4上。

由于汽车可能在两个方向运动，诸如是城市轨道车辆，可让抽吸装置位于衬垫每侧上，只要它们装备有上述的止回阀9。

需要注意的是，在本发明的上下文中可以考虑一些替代选择。例如，驱动滚筒15能在衬垫5扫掠的区域内承载在环形表面上。在另一个示例中，滚筒能承载在盘边缘上。也可以安装成在滚筒和叶轮之间具有中间齿轮，例如，用来调节旋转的最佳速度，或具有独立于滚筒的旋转轴的叶轮轴。

管子和外壳的形状可以适于衬垫周围的空间限制，吸入口的开口嘴可以相对于盘表面具有微小的角度，以及吸入口的邻近区域可以具有任何合适的形状。

收集腔室可以放置在不同于图中所示的任何合适的位置。

摩擦主体51可以是任何形状，并且可以包括不连续的元件。

为了维护该系统，可在每次衬垫更换时，清空收集腔室，重新放置纤维过滤器，或者甚至重置抽吸装置。

Claims (11)

1.无污染制动装配，包括：

-转子(6)，

-可移动的衬垫(5)，其用于挤压所述转子以便制动它，所述衬垫包括能够释放由磨损产生的颗粒的摩擦材料，

-自主的抽吸装置(1)，其用于抽去所述颗粒，所述抽吸装置(1)包括：

-吸入口(11)，

-收集腔室(13)，其用于收集所述颗粒，

-管子(12)，其从所述吸入口通往所述收集腔室，

-叶轮(14)，其通过挤压在所述转子上的滚筒(15)由所述转子驱动，以通过开口抽去所述颗粒，并且将其推入所述收集腔室内，

其特征在于，所述吸入开口紧邻所述衬垫和转子安装，较佳地距离转子表面小于5mm，并且所述抽吸装置(1)与所述衬垫的邻近处成为一体，因此所述颗粒在尽可能靠近其发射处被捕获。

2.根据权利要求1所述的制动组件，其特征在于，所述吸入口相对于所述转子表面的高度在0.5mm至2mm之间，并且更好地为1mm。

3.根据权利要求1或2所述的制动组件，其特征在于，所述吸入口的圆周尺寸(E)小于10mm，更好地约为4mm。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制动组件，其特征在于，所述滚筒挤压在被所述衬垫扫掠的区域之外的所述转子上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的制动组件，其特征在于，进一步包括止回阀(9)，来防止颗粒从所述收集腔室的任何回流。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的制动组件，其特征在于，所述叶轮和所述滚筒同轴安装。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的制动组件，其特征在于，所述收集腔室包括纤维性媒介的过滤器。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的制动组件，其特征在于，所述收集装置通过支架(8)连接到卡钳或制动锚固板。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的制动组件，其特征在于，所述收集装置朝向所述转子偏置地连接到卡钳或制动锚固板。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的制动组件，其特征在于，进一步包括辅助吸入开口(110)，其对称地安装在转子盘的相对侧上。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的制动组件，其特征在于，所述叶轮插入在所述吸入口(11)和其中具有过滤器的所述收集腔室(13)之间。