DE10154334B4 - wheel brake - Google Patents
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Abstract
Radbremse,
umfassend
– einen
mit dem Rad (3) mitdrehenden Bremskörper, insbesondere eine Bremsscheibe
(1), mit einem Scheibenbelag (21),
– wenigstens einen nicht mit
dem Rad (3) mitdrehenden, gegen den Bremskörper pressbaren, Bremsklotz
(2) mit einem an seiner Rückenplatte
(23) gehaltenen Klotzbelag (22), wobei
– der Klotzbelag (22) keramisches
Material aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Scheibenbelag
(21) aus gegenüber
dem Bremsklotzbelag (22) weicheren Materialien besteht, und
– der Scheibenbelag
(21) auf jeder Seite aus mehreren Segmenten (6a, 6b) besteht.Wheel brake, comprising
A brake body rotating with the wheel (3), in particular a brake disc (1), with a disc lining (21),
- At least one not with the wheel (3) co-rotating, pressed against the brake body, brake pad (2) with a on its back plate (23) held block lining (22), wherein
The block lining (22) comprises ceramic material,
characterized in that
- The disc covering (21) consists of opposite the pad pad (22) softer materials, and
- The disc covering (21) on each side of a plurality of segments (6a, 6b) consists.
Description
I. AnwendungsgebietI. Field of application
Die Erfindung betrifft Radbremsen, insbesondere Scheibenbremsen für Straßen- und Schienenfahrzeuge sowie die Fahrwerke von Flugzeugen.The The invention relates to wheel brakes, especially disc brakes for road and rail vehicles as well as the landing gear of aircraft.
II. Technischer HintergrundII. Technical background
Zur Vereinfachung wird im Folgenden ausschließlich von Scheibenbremsen gesprochen, ohne die Erfindung hierauf zu beschränken, da alle hier vorgebrachten Lösungen auch auf Trommelbremsen und andere Formen von Radbremsen anwendbar sind. Die Erfindung ist dabei auf solche Radbremsen gerichtet, bei denen als wenigstens ein Teil der Reibpaarung der Bremse sog. keramisches Material verwendet wird.to Simplification is referred to below exclusively by disc brakes, without limiting the invention to this, since all put forward here solutions Also applicable to drum brakes and other forms of wheel brakes. The invention is directed to such wheel brakes, in which as at least a part of the friction pair of the brake so-called ceramic Material is used.
Als keramisches Material wird in der vorliegenden Anmeldung ein Material definiert, welches Carbide und/oder Nitride, insbesondere Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid, enthält und/oder bei denen Füllstoffe, insbesondere Carbide, in einer Matrix aus Kohlenstoff, insbesondere in Form von Kohlenstofffasern, aufgenommen sind.When Ceramic material in the present application is a material which defines carbides and / or nitrides, in particular silicon carbide or silicon nitride and / or where fillers, in particular carbides, in a matrix of carbon, in particular in the form of carbon fibers.
Konventionelle Scheibenbremsen bestanden bisher aus einer Bremsscheibe aus Metall, insbesondere Grauguß, Aluminium oder Stahl, gegen welche ein Bremsklotz mit einem Bremsbelag gepreßt wurde. Ein solcher Bremsbelag, ein soge nannter „organischer Bremsbelag", besteht aus einem Gemisch, welches organische Bestandteile (z.B. Harze, Kautschuk), insbesondere in Form von organischen Fasern (z. B. Aramidfasern), anorganische Bestandteile, insbesondere Metalle und Metallverbindungen, insbesondere in Form von Fasern (z. B. Mineralfasern, Stahlfasern, Glasfasern, Keramikfasern), Füllstoffe, Reibungseinstellstoffe (z. B. Graphit oder Bariumsulfat) und/oder Bindemittel, insbesondere Harze, insbesondere Fenolharz, enthält. Beispiele für organische Füllstoffe sind Styren-Butadien-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Urethan-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Isoprenkautschuk, Silikon-Kautschuk oder anderer unvulkanisierter Kautschuk.conventional Disc brakes previously consisted of a brake disc made of metal, especially gray iron, Aluminum or steel, against which a brake pad with a brake pad pressed has been. Such a brake pad, a so-called "organic brake pad", consists of a Mixture containing organic components (e.g., resins, rubber), in particular in the form of organic fibers (eg aramid fibers), inorganic constituents, in particular metals and metal compounds, in particular in the form of fibers (eg mineral fibers, steel fibers, glass fibers, Ceramic fibers), fillers, Friction adjuvants (eg, graphite or barium sulfate) and / or Binders, in particular resins, in particular Fenol resin contains. Examples for organic fillers are styrene butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, Urethane rubber, ethylene-propylene rubber, Isoprene rubber, silicone rubber or other unvulcanized Rubber.
Da bei diesen Reibpaarungen bei einem z. B. Personenkraftwagen keine Lebensdauer erzielbar war, bei denen wenigstens der härtere Teil der Reibpaarung, in diesem Fall die Bremsscheibe aus Metall, die Lebensdauer des Kraftfahrzeuges erreichte, und der Bremsklotz noch wesentlich öfter gewechselt werden musste, wurden andere Reibpaarungen entwickelt.There in these friction pairings at a z. B. passenger cars no Life was achievable, where at least the harder part the friction pair, in this case, the brake disc made of metal, the Lifespan of the motor vehicle reached, and the brake pad still much more often had to be changed, other friction pairings were developed.
So sind bereits Radbremsen bekannt, bei denen die Bremsscheibe insgesamt aus keramischem Material besteht, und der Klotzbelag des Bremsklotzes entweder ebenfalls keramisches Material als Reibbelag aufwies oder die üblichen, lediglich in ihrer Zusammensetzung leicht abgewandelten, zuvor erwähnten organischen Bremsbeläge wie bei metallenen Bremsscheiben.So Wheel brakes are already known in which the brake disc as a whole made of ceramic material, and the pad lining of the brake pad either also had ceramic material as a friction lining or the usual, only slightly modified in their composition, previously mentioned organic Brake pads like with metal brake discs.
Dabei wurde anstelle des vorbeschriebenen keramischen Materials zunächst nur Kohlenstoff, insbesondere verstärkt mit einem Anteil von Kohlenstofffasern, z. B. als Kohlenstoffgewebe, verwendet, der mit einem Binder, meist einem Phenol- oder Epoxydharz, versetzt und verpreßt und ausgehärtet wurde. Danach erfolgt das Karbonisieren und Graphitisieren des Preßlings, meist mehrmals hintereinander, um eine entsprechende Dichte zu erzielen, gefolgt von der mechanischen Bearbeitung des Materials.there was in place of the above-described ceramic material initially only Carbon, in particular reinforced with a proportion of carbon fibers, eg. As carbon cloth, used with a binder, usually a phenolic or epoxy resin, offset and compressed and cured has been. Thereafter, the carbonization and graphitization of the compact, usually several times in succession to achieve a corresponding density, followed by the mechanical processing of the material.
Dieser Kohlenstofffaser-verstärkte Kohlenstoff (CFC) wird noch heute bei den Rennfahrzeugen der Formel 1 und den Radbremsen bei Flugzeugen sowohl für die Bremsscheibe als auch als Bremsklotzbelag eingesetzt. Die Vorteile des geringen Gewichts und der hohen Bremsleistung werden dabei jedoch mit den Nachteilen einer geringen Lebensdauer durch hohen Abrieb, schlechtes Naßbremsverhalten und einem oxydativen Abbrand an Luft bei Temperaturen ab etwa 480°C erkauft.This Carbon fiber reinforced Carbon (CFC) is still used today in racing cars of the formula 1 and the wheel brakes on aircraft both for the brake disc and used as a brake pad lining. The advantages of low weight and the high braking performance but with the disadvantages a short service life due to high abrasion, poor wet braking behavior and an oxidative combustion in air at temperatures from about 480 ° C.
Durch Einlagern eines Carbides oder Nitrides, insbesondere eines Silizium-Carbid (SiC)-Pulvers wurde diese Temperaturgrenze zwar auf etwa 1.100°C angehoben, aufgrund der chemischen Unverträglichkeit von Kohlenstoff und SiC musste jedoch dabei der Kohlenstoff, insbesondere die Kohlenstofffasern, durch Beschichten oder Tränken z. B. mittels Phenol-Harzen oder CVD-Infiltration von Methan gegen direkten Kontakt mit dem SiC geschützt werden, so dass insgesamt eine Vielzahl von Fertigungsschritten zur Herstellung einer solchen Bremsscheibe aus sog. CSiC-Material erforderlich war.By Storing a carbide or nitride, in particular a silicon carbide (SiC) powder, although this temperature limit was raised to about 1100 ° C, due to the chemical incompatibility Of carbon and SiC, however, had the carbon, in particular the carbon fibers, by coating or soaking z. Example by means of phenolic resins or CVD infiltration of methane against direct contact with the SiC be protected, so that a total of a variety of manufacturing steps to manufacture Such a brake disc of so-called. CSiC material was required.
Weiterhin wiesen auch derartige CSiC-Scheiben den prinzipiellen Nachteil – neben den hohen Herstellungskosten – einer hohen Sprödigkeit und sehr schweren mechanischen Bearbeitbarkeit, beispielsweise zum Zwecke des Auswuchtens, auf.Farther also such CSiC discs had the principal disadvantage - in addition to the high production costs - one high brittleness and very heavy mechanical workability, for example for Balancing purposes.
Diese sogenannten keramischen Bremsen wiesen nunmehr zwar eine hohe, etwa der Lebensdauer eines Kraftfahrzeuges entsprechende, Lebensdauer auf, sowie sehr gute Verzögerungswerte, sind jedoch aufgrund des aufwendigen Herstellungsprozesses sehr teuer und besitzen dennoch die beschriebenen Systemimmanenten Nachteile.These so-called ceramic brakes now had a high, about the life of a motor vehicle corresponding life on, as well as very good deceleration values are However, due to the complex manufacturing process very expensive and still have the system inherent disadvantages described.
Darüber hinaus
ist es aus der
III. Darstellung der ErfindungIII. Presentation of the invention
a) Technische Aufgabea) Technical task
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Radbremse zu schaffen, bei der trotz weichem Reibpartner auf der Bremsscheibe und keramischem Reibpartner auf dem Bremsklotz ein einfaches Befestigen und auch Wechseln der Beläge, insbesondere des Scheibenbelages, möglich ist.It is therefore the object according to the invention, to create a wheel brake, despite the soft friction partner on the brake disc and ceramic friction partner on the brake pad a simple fastening and changing the pads, in particular of the disc covering, possible is.
b) Lösung der Aufgabeb) Solution of the task
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.These The object is solved by the features of claims 1 and 2. advantageous embodiments emerge from the dependent claims.
Während bei
bisherigen Radbremsen das weichere und schneller verschleißende Material
der Reibpaarung als Bremsklotz verwendet wird, welcher leichter
zu wechseln ist als die Bremsscheibe, wird erfindungsgemäß die Umkehrung
dieses Prinzips vorgeschlagen:
Durch die spezifische Ausbildung
des Scheibenbelages gemäß Anspruch
1 bzw. die Aufnahme des Klotzbelages gemäß Anspruch 2 ermöglichen
eine schnelle und einfache Montage sowie ein Auswechseln der Beläge, insbesondere
des Scheibenbelages, und zwar vor allem mittels mechanischer Befestigungsmittel.While in previous wheel brakes the softer and faster-wearing material of the friction pairing is used as a brake pad, which is easier to change than the brake disc, according to the invention, the reversal of this principle is proposed:
Due to the specific design of the disc covering according to claim 1 or the inclusion of the block lining according to claim 2 allow a quick and easy installation and replacement of the pads, in particular the disc covering, especially by means of mechanical fasteners.
Diese
Umkehrung ist nur auf den ersten Blick widersinnig:
– Durch
die Verwendung von keramischen Material in der Reibpaarung kann
das andere Teil der Reibpaarung, also in diesem Fall das Material
der Kontaktfläche
der Bremsscheibe, so modifiziert werden, das auch dessen Lebensdauer
ansteigt, und nicht wie bisher bei einem PKW alle ca. 20.000-40.000
Kilometer ausgetauscht werden muß, sondern nur noch halb so
oft.This reversal is contradictory only at first glance:
- Through the use of ceramic material in the friction pair, the other part of the friction pair, so in this case, the material of the contact surface of the brake disc, be modified so that its life increases, and not as before in a car all about 20,000 40,000 kilometers must be replaced, but only half as often.
Das keramische Material wird nunmehr in Form des Reibbelages eines üblichen Bremsklotzes benötigt.The Ceramic material is now in the form of the friction lining of a conventional Brake pad needed.
Die Formgebung und Maßhaltigkeit, die dabei erzielt werden muß, ist bei einem keramischen Teil, welches ja mittels sintern als Formling hergestellt wird, und mechanisch kaum bzw. nur mit sehr hohem Aufwand nachbearbeitet werden kann, leichter zu erreichen als bei der komplexen und einer hohen Drehzahl im Betrieb, und damit gegebenenfalls hohen Unwuchten unterworfenen, Bremsscheibe.The Shape and dimensional accuracy, which has to be achieved is in a ceramic part, which yes by sintering as a molded product is produced, and mechanically hardly or only with great effort can be reworked, easier to achieve than the complex one and a high speed during operation, and thus possibly high Imbalanced, brake disc.
Das schneller verschleißende Material der Reibpaarung wird über die relativ große Fläche der Bremsscheibe verteilt, während das langsamer verschleißende, härtere Material der Reibpaarung auf die relativ kleine Fläche des Bremsklotzes beschränkt wird. Dadurch nähern sich die Standzeiten der beiden Teile der Reibpaarung, also Bremsscheibe und Bremsbelag, gegeneinander an, was der Vereinheitlichung der Wechselintervalle der beiden Teile dient und angesichts der sehr hohen Standzeit des keramischen Teiles der Reibpaarung in der Praxis kaum einen Nachteil darstellt.The faster-wearing Material of the friction pair is over the relatively large one area the brake disc is distributed while the slower wearing, tougher Material of the friction pairing on the relatively small surface of the Limited brake pad becomes. This approach the life of the two parts of the friction pair, so brake disc and brake pad, against each other, which is the standardization of Replacement intervals of the two parts serves and given the very long service life of the ceramic part of the friction pairing in practice barely represents a disadvantage.
Die Fertigungsmethoden und Fertigungsanlagen für bisher produzierte, konventionelle Bremsscheiben aus Metall, beispielsweise Grauguß, können weitestgehend weiter benutzt werden, in dem als Basiskörper der Bremsscheibe nach wie vor Metall, insbesondere Grauguß, verwendet wird, auf deren stirnseitigen Flächen ein Reibbelag aufgebracht wird unter Anwendung der gleichen Technik, mit denen bisher der Reibbelag auf den Rückenplatten von Bremsbelägen angeordnet wurde.The Production methods and production facilities for previously produced, conventional Brake discs made of metal, such as gray cast iron, can largely continue to be used in which as a base body the brake disc still metal, especially gray cast iron used is, on the frontal surfaces a friction lining is applied using the same technique, with which previously arranged the friction lining on the back plates of brake pads has been.
Die bei Bremsscheiben notwendige gute Rundheit, also Vermeidung von Unwuchten, kann relativ einfach durch mechanische Nachbearbeitung, z. B. Plandrehen, des Reibbelages auf der Bremsscheibe erzielt werden, der deutlich weicher und damit leichter zu bearbeiten ist als das Material einer keramischen Bremsscheibe.The Good roundness required for brake discs, so avoidance of Imbalances, can be relatively easily by mechanical post-processing, z. B. facing, the friction lining can be achieved on the brake disc, which is much softer and thus easier to work than that Material of a ceramic brake disc.
Insgesamt wird damit eine Radbremse erzielt, deren Lebensdauer zwar insgesamt etwas geringer ist als diejenige einer keramischen Bremse, bei der zumindest die Bremsscheibe auf ihrer Kontaktfläche aus keramischem Material bestehen, jedoch sind die Herstellkosten der erfindungsgemäßen Bremse demgegenüber drastisch geringer, unter anderem da nur 1/6 des teuren CSiC-Materials benötigt wird und auch dessen Formgebung sehr viel einfacher ist.All in all This is a wheel brake achieved, the lifetime while a total is slightly lower than that of a ceramic brake in which at least the brake disc on its contact surface of ceramic material exist, however, the manufacturing costs of the brake according to the invention are in contrast drastic lower, among other things, since only 1/6 of the expensive CSiC material is needed and its shape is much simpler.
Zusätzlich sind auch die systemimmanenten Nachteile des keramischen Materials für eine solche Radbremse weniger dramatisch, da durch das – vorzugsweise flächige – Aufbringen des keramischen Klotzbelages auf die metallene Rückenplatte des Bremsklotzes selbst bei Bruch des keramischen Belages die Bruchstücke sich nicht lösen, und damit die Bremse wenigstens teilweise funktionsfähig bleibt. Zusätzlich kann die metallische Rückenplatte konstruktiv so ausgebildet werden, dass selbst nach Zerstörung und vollständigem Lösen des keramischen Klotzbelages das Metall der Rückenplatte auf der Rückenplatte/dem Scheibenbelag zum Tragen kommt und dadurch immer noch eine wenn auch geringere Bremswirkung erzielt werden kann.In addition, the system-inherent disadvantages of the ceramic material for such a wheel brake are less dramatic, since by the - preferably surface - applying the ceramic pad lining on the metal back plate of the brake pad even with breakage of the ceramic coating, the fragments do not dissolve, and thus the brake at least partially remains functional. In addition, the metallic back plate can be structurally designed so that even after destruction and complete release of the ceramic block lining, the metal of the back plate on the back plate / the disc covering comes to fruition and thereby still one although less braking effect can be achieved.
Bei
der Befestigung der Beläge
auf den jeweiligen Grundkörpern
stehen unterschiedliche Möglichkeiten
zur Verfügung:
Der
keramische Klotzbelag wird auf der Rückenplatte entweder vollständig verklebt
und/oder zusätzlich formschlüssig gesichert
durch Aufnahme in einer sich konisch in Laufrichtung des Rades verjüngenden
Schwalbenschwanzführung
und/oder durch in Belastungsrichtung des Klotzbelages an der Rückenplatte
vorstehenden formschlüssigen
Anschlag in Form eines Wulstes etc.When attaching the coverings on the respective bodies different possibilities are available:
The ceramic pad lining is either completely bonded to the back plate and / or additionally positively secured by receiving in a tapered in the direction of the wheel dovetail guide and / or in the loading direction of the pad lining on the back plate protruding positive stop in the form of a bead etc.
Der auf der Bremsscheibe aufzubringende Scheibenbelag muss eine vorzugsweise ringförmige Form besitzen, wobei die Ringform einstückig oder zusammengesetzt aus einzelnen Segmenten erzielt werden kann. Die Befestigung kann in beiden Fällen wiederum entweder durch vollflächiges Verkleben oder durch kraft schlüssige Befestigung, also z. B. Vernieten, Verschrauben, Einsetzen zwischen Vorsprünge etc. erzielt werden. Die entsprechende Befestigungsfläche auf einem aus z. B. Grauguß hergestellen Basiskörper kann vorzugsweise durch Drehen ausreichend formgenau hergestellt werden.Of the on the brake disc to be applied disc covering must preferably annular shape possess, wherein the ring shape in one piece or composed of individual segments can be achieved. The attachment can be in both cases again either through full-surface Glueing or forceful Attachment, so z. B. riveting, screwing, insertion between projections etc. are achieved. The appropriate mounting surface one from z. B. gray cast iron base body can preferably made sufficiently accurate by turning become.
Wie bereits an sich bekannt, wird auch in diesen Fällen die Bremszange, in der ein Bremsklotz fest und einer beweglich aufgenommen ist, vorzugsweise schwimmend am Fahrzeug gelagert, um eine flächige Anlage des keramischen Klotzbelages an dem Reibbelag der Bremsscheibe zu bewirken.As already known per se, in these cases, the brake caliper, in the a brake pad fixed and a movably received, preferably floating on the vehicle stored to a surface conditioning of the ceramic To cause block lining on the friction lining of the brake disc.
Beim Verkleben der Beläge auf den jeweiligen Basiskörpern kann der Kleber einerseits gleichzeitig als Ausgleichsmasse hinsichtlich der Formgebung der gegeneinander zu befestigen Teile dienen als auch als termische Isolierung, um die jeweiligen Basiskörper so gering wie möglich beim Einsatz der Bremse aufzuheizen.At the Gluing the coverings on the respective basic bodies On the one hand, the adhesive can at the same time be used as a leveling compound the shape of the parts to be fastened together serve as also called thermal insulation to the respective base body so low as possible to heat up when using the brake.
c) Ausführungsbeispielec) embodiments
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:A embodiment according to the invention in the following with reference to the figures described in more detail by way of example. Show it:
In
dem ringscheibenförmigen
Funktionsteil des Basiskörpers
Zusätzlich sind
die dementsprechend axial vorstehenden Scheibenbeläge
Schrauben
Die Öffnungen
Dabei
ist der Klotzbelag
Seitlich
des Klotzbelages
Dadurch
wird beim Bremsen der Belagklotz
Demgegenüber zeigt
Die
einzelnen Segmente
Dies
gilt zwar auch für
die in der rechten Bildhälfte
der
In
der unteren Bildhälfte
der
Dabei besitzen die einzelnen Segmente
The individual segments have this
Dies
ermöglicht
es jedoch, diese Stege
Die
Schrägstellung
der Seitenflächen
Durch
geringfügiges
radiales Verlagern dieses Sicherungsringes
Dabei
besteht der Nachteil, daß die
Stege
Wie
in der oberen Bildhälfte
der
- 11
- Bremsscheibebrake disc
- 22
- Bremsklotzbrake pad
- 33
- Radwheel
- 44
- Nabehub
- 55
- Bremszangecaliper
- 6a, b, x6a, b, x
- Segmentsegment
- 77
- Zwischenwinkelintermediate angle
- 88th
- Befestigungsflächemounting surface
- 99
- Kontaktflächencontact surfaces
- 1010
- Achsrichtungaxially
- 1111
- Hauptebenemain level
- 1212
- Belüftungsöffnungventilation opening
- 1313
- Seitenflächenfaces
- 1414
- Hinterschnittundercut
- 1515
- Stegweb
- 1616
- Nieterivet
- 1717
- RaststiftPlunger
- 1818
- Öffnungopening
- 1919
- Wulstbead
- 2020
- KleberGlue
- 2121
- Scheibenbelagdisk liner
- 2222
- KlotzbelagKlotz covering
- 2323
- Rückenplattebackplate
- 2424
- Schraubescrew
- 2525
- radiale Erhebungradial survey
- 2626
- AusgleichsmasseLeveling compound
- 2727
- Sicherungsringcirclip
- 2828
- Öffnungenopenings
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2001
- 2001-11-06 DE DE2001154334 patent/DE10154334B4/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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