CN112313424B - 能够过滤由衬垫的摩擦产生的气相的用于盘式制动系统的摩擦组合件 - Google Patents

能够过滤由衬垫的摩擦产生的气相的用于盘式制动系统的摩擦组合件 Download PDF

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Abstract

用于制动系统的摩擦组合件，其能够收集由衬垫的摩擦产生的蒸汽。用于盘式制动系统(19)的摩擦组合件(19A)包括：‑由摩擦材料制成的衬垫(22A，22B)，其包括摩擦面(30A，30B)、与摩擦面(30A，30B)相对的附接面(32A，32B)以及在摩擦面(30A，30B)上敞开的收集凹槽(3A，3B)；‑底板(20A，20B)，其支撑衬垫(22A，22B)，所述底板包括孔(17A，17B)；‑负压源(66)，其被配置成在收集凹槽(3A，3B)和孔(17A，17B)中产生负压。所述摩擦组合件(19A)包括与所述收集凹槽(3A，3B)和所述孔(17A，17B)气动连通的气体过滤装置(64)，所述气体过滤装置能够收集由所述衬垫(22A，22B)的摩擦产生并且来自所述收集凹槽(3A，3B)的气体。

Description

能够过滤由衬垫的摩擦产生的气相的用于盘式制动系统的摩 擦组合件
技术领域
本发明涉及车辆，具体地涉及汽车并且也涉及铁道车辆。更具体地，本发明涉及车辆和铁道车辆的制动。本发明进一步涉及用于此类车辆和轨道车辆的盘式制动系统的摩擦组合件的制动片。
应注意，本发明同样适用于例如铁路行业中的鼓式制动系统以及块式制动系统。本发明还可以在工业制动器中实施，例如用于风力涡轮机或电梯。
应注意，根据本发明，车辆可以是任何类型的车辆，并且具体地可以是汽车、卡车、拖拉机、长途汽车或公共汽车。同样，轨道车辆可以是火车、电车或甚至地铁。
更具体地，本发明涉及用于盘式制动系统的无污染摩擦组合件。因此，本发明涉及在由于制动而产生的摩擦期间抑制污染排放物。
背景技术
车辆或轨道车辆几乎总是包含制动系统。制动系统具体地可以是盘式制动系统。然后，制动系统包括与车辆或轨道车辆的车轮或车轴成一体的盘。因此，当车轮或车轴开始旋转以使车辆或轨道车辆移动时，盘也旋转。
这就是为了制动车辆或轨道车辆，盘式制动系统包括用于盘的摩擦装置的原因。摩擦装置具体地包括两个底板，所述底板各自承载包括摩擦材料的衬垫。摩擦材料被配置成与盘接触。承载摩擦衬垫的两个底板每个定位于盘的每一侧上，以便在制动系统致动时将盘夹在两个底板之间。
然而，当摩擦衬垫在盘旋转期间与盘接触时，摩擦力使得摩擦材料以及盘排放出对环境有害的颗粒。因此，制动系统会造成污染。
这就是众所周知的布置装置来吸入由制动系统中的制动产生的颗粒的原因。吸入装置旨在用于在制动颗粒排放后立即将其吸入。这些装置通常相对高效。然而，这些装置不能使盘式制动系统完全无污染。
发明目的
本发明的目的是提供一种污染更少的用于盘式制动系统的摩擦组合件。
发明内容
为此，根据本发明，提供了一种用于盘式制动系统的摩擦组合件，所述摩擦组合件包括：
-由摩擦材料制成的衬垫，所述衬垫包括摩擦面、与所述摩擦面相对的附接面以及在所述摩擦面上敞开的收集凹槽，
-底板，所述底板支撑所述衬垫，所述底板包括与所述收集凹槽气动连通的孔，
-负压源，所述负压源被配置成在所述收集凹槽和所述孔中产生负压，
其特征在于，所述摩擦组合件包括与所述收集凹槽和所述孔气动连通的气体过滤装置，所述气体过滤装置能够捕获由所述衬垫的摩擦产生并且来自所述收集凹槽的气体。
因此，所述气体过滤装置可以过滤在摩擦所述盘上的所述衬垫期间产生的气相。所述气体过滤装置实际上可以捕获包括在此气相中的气体。
本发明的发明人已经观察到，在制动期间，所述摩擦衬垫与所述盘之间的界面处的温度通常至少等于300℃，并且此区域周围的大气发生氧化。因此，除了所排放的固体颗粒之外，还会在制动期间产生气相。此气相的一部分以气体形式存在，并且可能污染车辆的环境。此气相的另一部分在所述车辆的环境中凝结，这可能会污染所述车辆的某些部分，或者在所述车辆外部凝结，产生呈基本上纳米颗粒形式的固体污染物。
因此，根据本发明的所述摩擦组合件可以通过过滤在制动期间释放的气相来收集污染气体，并且因此防止这些气体释放到大气中。实际上，这些气体到达所述收集凹槽，穿过所述底板中的所述孔，并且被所述气体过滤装置捕获。所述气体过滤装置具体地可以是允许空气通过的过滤器。因此，本发明可以减少由包括如上所述的摩擦组合件的盘式制动系统的致动而产生的污染。因此，根据本发明的摩擦组合件的污染较少。
另外，在本发明的各个实施例中，还可以利用以下布置中的一个或多个布置：
-所述气体过滤装置包括活性炭；因此，所述活性炭可以捕获由摩擦产生的气体，同时允许空气通过；
-所述活性炭可以具有物理或化学活性；理想地，所述活性炭包括物理活性炭的一部分和化学活性炭的一部分；
-所述气体过滤装置包括大量沸石；
-所述气体过滤装置包括大量二氧化硅；
-所述气体过滤装置包括大量氧化铝；
-所述气体过滤装置包括罐；
-所述气体过滤装置能够捕获气态二氧化碳；
-所述气体过滤装置能够捕获气态甲烷；
-所述气体过滤装置能够捕获气态一氧化氮；
-所述气体过滤装置能够捕获气态二氧化氮；
-所述气体过滤装置能够捕获气态乙烷；
-所述气体过滤装置能够捕获气态苯酚；
-所述气体过滤装置能够捕获气态己醇；
-所述气体过滤装置能够捕获气态庚烷；
-所述气体过滤装置能够捕获气态环戊酮；
-所述气体过滤装置能够捕获气态烯烃，因此所述摩擦组合件的污染较少；
-所述摩擦组合件包括与所述收集凹槽和所述孔气动连通的微粒过滤器，所述微粒过滤器被配置成过滤来自所述收集凹槽的空气；所述微粒过滤器可以捕获具有宏观和微观尺寸的固体颗粒；
-所述微粒过滤器气动地定位在所述收集凹槽与所述过滤装置之间；因此，具有宏观和微观尺寸的空气净化的颗粒到达所述过滤装置，这可以保护所述过滤装置的完整性；
-所述摩擦组合件包括用于使由所述衬垫的摩擦产生的气体凝结的装置；因此，所述气体可以以液态或甚至固态的形式被捕获；
-所述用于使由所述衬垫的摩擦产生的气体凝结的装置包括板式换热器；
-所述板式换热器被适配成供应有制冷液；
-所述制冷液是旨在用于对包括所述摩擦组合件的车辆进行空气调节的制冷液；
-所述摩擦组合件连接到所述车辆的空调系统；
-所述用于使由所述衬垫的摩擦产生的气体凝结的装置气动地定位在所述收集凹槽与所述微粒过滤器之间；
-所述衬垫包括后边缘和前边缘，当所述盘沿车辆行进方向旋转时，所述后边缘位于所述盘能够从与片的交界面退出的一侧上，所述收集凹槽定位在所述后边缘附近；因此，所有气体的捕获更加高效；
-所述收集凹槽定位在距所述后边缘小于或等于5毫米、10毫米、15毫米或20毫米的距离处。
根据本发明，还提供了一种盘式制动系统，其包括：
-如上所述的摩擦组合件，所述摩擦组合件包括两个摩擦材料衬垫和两个底板，所述两个底板分别支撑所述两个衬垫中的一个衬垫，以及
-盘，
使得所述两个摩擦材料衬垫分别定位于所述盘的每一侧上。
最后，根据本发明，提供了一种包括如上所述的盘式制动系统的车辆。
附图说明
现在将借助于以下附图描述本发明的实施例作为非限制性实例：
-图1示出了根据本发明的一个实施例的包括摩擦组合件的盘式制动系统的透视图，
-图2示出了从垂直于盘式制动系统中盘的主平面的轴线观察到的该盘式制动系统，
-图3展示了盘式制动系统的制动片的透视图，并且
-图4示意性地示出了根据一种变型的制动系统的微粒过滤器和过滤装置的特定布置。
具体实施方式
应注意，为了清楚起见，仅呈现了对理解所描述的实施例有用的元件，并且将对其进行详细描述。
另外，除非另有说明，否则“基本上”、“大约”等表述意指可能会与相关标称值有细微变化，具体地有很小的百分比的变化，特别地在10％以内。
图1和2中呈现了根据本发明的用于车辆的盘式制动系统19。在此实施例中，车辆是机动车辆，在此是轻型车辆。然而，应注意，本发明可以被实施用于任何类型的车辆，如用于半挂车的牵引车、公共汽车、长途汽车或农用拖拉机，或者用于任何类型的轨道车辆，如用于运输人、货物的列车的机车或货车、地铁或有轨电车。本发明还可以被实施用于工业制动器，例如用于风力涡轮机或电梯。
根据本发明的盘式制动系统19包括具有与车辆的车轮成一体的轴线A的盘9。因此，轴线A垂直于盘9延伸，并穿过盘9的中心。
盘9具有侧面9A和相对的侧面9B。侧面9A，9B垂直于轴线A。盘9还例如具体地通过本身连接到车辆发动机的轮毂连接到传动机构。因此，传动机构可以通过盘9将绕轴线A的旋转运动传递到车辆的车轮，以使车辆移动。
另外，盘式制动系统19包括卡钳5，所述卡钳将盘9的一部分夹在夹层中。如在图2中具体地展示的，卡钳5呈主体50的形式，所述主体通常呈U形以夹住盘9。另外，主体50具有用于容纳活塞55的腔。卡钳5还具有两个指状物51，52。活塞55能够在平行于盘的轴线A的方向上施加力PF，并且当盘式制动系统19由车辆驾驶员致动时，活塞施加力。
在图1中，呈现了盘9的旋转方向FW，所述旋转方向对应于车辆的向前运动。还呈现了与盘9的圆周相切的方向T。
还定义了后侧和相对的前侧。当盘9沿车辆行进方向旋转时，后侧对应于盘9退出与卡钳5的交界面的一侧。前侧是相对侧，并且当盘9沿车辆行进方向旋转时，对应于盘9进入与卡钳5的交界面的一侧。另外，从内部到外部定向的方向被限定为从轴线A朝盘9的圆周定向的径向方向R。
盘式制动系统19包括卡钳支架6，所述卡钳支架附接到车辆的构件。此构件具体地可以是车辆的控制臂。另外，卡钳支架6包括定位于卡钳5的两个纵向端部(分别为后部和前部)处的两个桥61，61A以及连接这两个桥61，61A的连接拱63。因此，桥61是后桥，并且桥61A是前桥。
盘式制动系统19还包括摩擦组合件19A，所述摩擦组合件具体地包括容纳在卡钳5中的两个制动片10A，10B。两个制动片10A，10B每个布置在盘9的每一侧上。制动片10A面向盘9的侧面9A布置。制动片10B面向盘9的侧面9B布置。因此，两个制动片10A，10B相对于包含盘9的平面对称布置，并且垂直于盘9的轴线A。
卡钳5的活塞55被布置成在制动片10A上施加力PF，使得当盘式制动系统19由车辆驾驶员致动时，两个片10A，10B以制动车辆的方式与盘9接触。注意，在所展示的实例中，卡钳5被安装成沿轴线A在卡钳支架6中“浮动”。因此，卡钳5可以平行于轴线A移动，具体地以补偿片10A，10B的逐渐磨损。另一方面，卡钳5沿其它可能的平移和旋转与卡钳支架6保持一体。浮动组合件通常通过沿轴线A的滑动销来实现。
制动片10A，10B具有相同的结构。其各自包括相应的底板20A，20B，所述底板支撑相应的摩擦衬垫22A，22B。图3中仅示出了制动片10A；但是，制动片10B是类似的。
底板20A，20B(有时称为背板)呈实心金属板的形式，并且具有基本上恒定的厚度。此厚度具体地可以介于3与5毫米之间。底板20A，20B的面的一般形状为矩形，但是其曲率遵照盘9的侧面9A，9B的曲率，摩擦衬垫22A，22B将在所述盘上施加力。
底板20A，20B还包含用于附接到卡钳5的主体55的装置。在此，这些装置包括后臂24和前臂26，所述后臂和前臂允许底板20A，20B通过钩28固定到卡钳5的主体55。另外，底板20A，20B具有附接面，相应的摩擦衬垫22A，22B附接到所述附接面。
摩擦衬垫22A，22B呈摩擦材料体的形式，所述摩擦材料能够与盘9的侧面9A接触以制动车辆。摩擦材料有时被称为“菲罗多(ferodo)”。
因此，摩擦衬垫22A，22B包括相应的摩擦面30A，30B，所述摩擦面旨在用于与盘9的侧面9A，9B直接接触。摩擦衬垫22A，22B还包含相应的附接面32A，32B，所述附接面与摩擦面30A，30B相对，并且直接附接到底板20的附接面。
另外，参考先前定义的侧面，摩擦衬垫22A，22B具有后边缘34和相对的前边缘36。摩擦衬垫22A，22B还具有径向内边缘38和外边缘39。
当盘式制动系统19被致动时，制动片10A，10B的摩擦衬垫22A，22B的摩擦面30A，30B与盘9的侧面9A，9B之间的接触使制动颗粒污染物排放。这些制动颗粒对应于摩擦材料的颗粒，所述颗粒通过与盘9的侧面9A，9B的磨耗而与摩擦衬垫22A，22B脱离，并且还对应于与盘9脱离的固体颗粒。另外，当制动时此摩擦过程中会排放出气相。
取决于摩擦衬垫的组成、制动温度和制动发生时的大气条件，此气相具体地包括以下化合物中的至少一种：二氧化碳、甲烷、一氧化氮、二氧化氮、乙烷、苯酚、己醇、庚烷、环戊酮和烯烃。此气相还包括更少量的其它化合物，例如苯乙烯。
另外，当此气相的一部分在车辆内部或外部凝结时，会导致高挥发性纳米颗粒的释放。这些固体颗粒和此气相是污染物并且对人体健康有害，而且还会损坏或弄脏车辆的部件。此气相不凝结的部分会造成大气污染，凝结的部分也是如此，并且然后形成一团纳米颗粒。
这就是盘式制动系统19的摩擦组合件19包括以下所述的污染控制装置的原因。
摩擦衬垫22A，22B具有相应的收集凹槽3A，3B。收集凹槽3A，3B在相应的摩擦面30A，30B上敞开，并且布置在摩擦衬垫22A，22B的相应后边缘34附近。因此，在车辆向前运动期间，固体制动颗粒和所排放的气相被机械地朝收集凹槽3A，3B抽吸，这可以提高收集效率。当车辆在其向前运动期间被制动时，固体制动颗粒和气相实际上相对于车辆的向前运动而向前FW排放。因此，当收集凹槽3A，3B布置在摩擦衬垫30A，30B的后边缘34附近时，捕获固体制动颗粒和由制动产生的气体都更加高效。因此，收集凹槽3A，3B通常被布置在距后边缘34小于或等于5毫米、10毫米、15毫米、20毫米、30毫米或50毫米的距离处。
另外，收集凹槽3A，3B是唯一的、基本上直线的且连续的。收集凹槽的宽度是恒定的。另外，收集凹槽3直接在摩擦材料中挖空，一直到底板20A，20B。
此外，收集凹槽3A，3B在开放端31与封闭端33之间延伸。开放端31布置在摩擦衬垫22A，22B的内边缘38上。封闭端33布置在外边缘39附近。当然，开放端31也可以布置在外边缘39上。封闭端33也可以布置在内边缘38附近。
底板20A，20B各自具有通入收集凹槽3A，3B的相应孔17A，17B。孔17A，17B与相应的封闭端33基本上相对。孔17可以更通常地布置在封闭端33附近。因此，孔17A与收集凹槽3A气动连通。类似地，孔17B与收集凹槽3B气动连通。
另外，如图2中所展示的，盘式制动系统19包括两个柔性管40A，40B。
柔性管40A连接到制动片10A的底板20A的孔17A。此管40A穿过卡钳5的主体55。为此，卡钳5的主体55具有贯穿通道57。
柔性管40B连接到制动片10B的底板20B的孔17B。柔性管40B绕过卡钳5的主体55。当然，根据一种变型，柔性管40B也可以通过专用通道穿过卡钳5的主体55。
因此，柔性管40A与孔17A和收集凹槽3A气动连通。柔性管40B与孔17B和收集凹槽3B气动连通。
摩擦组合件19A进一步包括与图2中所展示的柔性管17A，17B气动连通的污染控制装置60。污染控制装置60具有减少制动期间排放的污染物的功能。
因此，污染控制装置60包括微粒过滤器62、过滤装置64和吸入源66，所述吸入源例如呈涡轮机的形式。微粒过滤器62通过柔性管40A，40B与孔17A，17B气动连通，并且因此与收集凹槽3A，3B气动连通。微粒过滤器62通过柔性管68与过滤装置64气动连通。最后，过滤装置64通过柔性管70与吸入源66气动连通。因此，微粒过滤器62气动地定位在收集凹槽3A，3B与过滤装置64之间。
因此，所有上述元件都是气动连通的。具体地，过滤装置64与孔17A，17B和收集凹槽3A，3B气动连通。另外，吸入源66因此被配置成在收集凹槽3A，3B和孔17A，17B中产生负压。
微粒过滤器62被配置成从来自收集凹槽3A，3B并穿过孔17A，17B以及柔性管40A，40B的空气中过滤具有微米或毫米尺寸或甚至厘米尺寸的固体颗粒。
过滤装置64的功能是捕获在气相中包含的气体，所述气体由盘9上的制动衬垫22A，22B的摩擦产生，并且已经到达收集凹槽3A，3B，穿过孔17A，17B、柔性管40A，40B以及微粒过滤器62。为此，过滤装置64优选地包括活性炭，所述活性炭有利地包括物理活性炭的一部分和化学活性炭的一部分。过滤装置64还可以包含罐。罐和活性炭被配置成捕获以下气态化合物中的至少一种：二氧化碳、甲烷、一氧化氮、二氧化氮、乙烷、苯酚、己醇、庚烷、环戊酮和烯烃。
根据本实施例的变型，污染控制装置60包括用于使由衬垫22A，22B的摩擦产生的气体凝结的装置。这些装置有利地包括板式换热器，所述板式换热器可以供应有制冷液，所述制冷液是车辆的空调系统的制冷液。因此，污染控制装置60能够使在制动期间排放的气体凝结，并以液态或甚至固态储存经过凝结的气体。用于使由衬垫22A，22B的摩擦产生的气体凝结的装置气动地定位在收集凹槽3A，3B与微粒过滤器62之间。因此，只有气相到达过滤装置64。
因此，在制动期间，负压源66被致动，并且从衬垫22A，22B和盘9中排放的气相和固体颗粒到达捕获固体颗粒的收集凹槽3A，3B、孔17A，17B、柔性管40A，40B以及微粒过滤器62。然后，气相继续在管68中朝对其进行过滤的过滤装置64行进。因此，来自气相的气体被捕获。因此，经过过滤的气相可以释放到大气中。
因此，摩擦组合件19A和制动系统19的污染更少。
当然，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明进行多种修改。
摩擦组合件19A具体地可以只包括过滤装置64而不包括微粒过滤器62。
另外，微粒过滤器62、过滤装置64和负压源66由制动片10A，10B共享。还可以提供微粒过滤器62、过滤装置64和特定于制动片10A和制动片10B的负压源66。
还可以改变微粒过滤器62和旨在用于过滤气相的过滤装置64的布置。图4具体地呈现了可能的并且比先前展示的布置更紧凑的布置。此图用箭头F指示来自收集凹槽3A，3B的气相的方向。微粒过滤器62和过滤装置64呈一层薄薄的材料的形式。因此，微粒过滤器62和过滤装置64一个定位在另一个的顶部，并且另一个定位在支撑层100上。因此，过滤装置64定位在支撑层100与微粒过滤器62之间。

Claims (4)

1.用于制动系统(19)的摩擦组合件(19A)，所述摩擦组合件包括：
-由摩擦材料制成的衬垫(22A，22B)，所述衬垫包括摩擦面(30A，30B)、与所述摩擦面(30A，30B)相对的附接面(32A，32B)以及在所述摩擦面(30A，30B)上敞开的收集凹槽(3A，3B)，
-底板(20A，20B)，所述底板支撑所述衬垫(22A，22B)，所述底板包括与所述收集凹槽(3A，3B)气动连通的孔(17A，17B)，
-负压源(66)，所述负压源被配置成在所述收集凹槽(3A，3B)和所述孔(17A，17B)中产生负压，
其特征在于，所述摩擦组合件(19A)包括与所述收集凹槽(3A，3B)和所述孔(17A，17B)气动连通的气体过滤装置(64)，所述气体过滤装置能够捕获由所述衬垫(22A，22B)的摩擦产生并且来自所述收集凹槽(3A，3B)的气体，并且所述摩擦组合件包括微粒过滤器(62)，所述微粒过滤器与所述收集凹槽(3A，3B)和所述孔(17A，17B)气动连通，所述微粒过滤器被配置成过滤来自所述收集凹槽(3A，3B)的空气，其中，所述微粒过滤器(62)和气体过滤装置(64)呈薄层材料的形式，所述微粒过滤器和气体过滤装置一个定位在另一个的顶部，并且另一个定位在支撑层(100)上，所述气体过滤装置(64)定位在支撑层(100)与微粒过滤器(62)之间，其中，所述摩擦组合件(19A)还包括用于使由所述衬垫(22A，22B)的摩擦产生的气体凝结的装置，用于使由所述衬垫的摩擦产生的气体凝结的装置包括板式换热器，所述板式换热器被适配成供应有制冷液，其中，用于使由所述衬垫的摩擦产生的气体凝结的装置气动地定位在所述收集凹槽(3A，3B)与所述微粒过滤器(62)之间。
2.根据前述权利要求所述的摩擦组合件(19A)，其特征在于，所述气体过滤装置(64)包括活性炭和/或大量沸石和/或大量二氧化硅和/或大量氧化铝。
3.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦组合件(19A)，其特征在于，所述气体过滤装置(64)包括罐。
4.根据权利要求1所述的摩擦组合件(19A)，其特征在于，所述气体过滤装置(64)能够捕获二氧化碳和/或甲烷和/或一氧化氮和/或二氧化氮和/或乙烷和/或苯酚和/或己醇和/或庚烷和/或环戊酮和/或烯烃气体。
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