DE102007000276A1

DE102007000276A1 - Hybridbremsklötze für Scheibenbremsen

Info

Publication number: DE102007000276A1
Application number: DE102007000276A
Authority: DE
Inventors: Hiromasa Kariya Okamura
Original assignee: Advics Co Ltd
Current assignee: Advics Co Ltd
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2007-11-22
Also published as: US20070267257A1

Abstract

Ein Hybridbremsklotz (1) für eine Scheibenbremse hat erste Reibungselemente (2, 3) und ein zweites Reibungselement (4). Die ersten Reibungselemente (2, 3) können an einem Rotorrotationseingangsabschnitt und an einem Rotorrotationsausgangsabschnitt des Bremsklotzes (1) positioniert werden. Das zweite Reibungselement (4) kann an einem zentralen Abschnitt des Bremsklotzes (1) positioniert werden. Die ersten Reibungselemente (2, 3) weisen einen Young-Modul E1, einen Reibungskoeffizient µ1 und eine Summe der Gleitflächen A1 der paarweisen ersten Reibungselemente (2, 3) auf, die in Gleitkontakt mit dem Scheibenrotor (6) gelangen. Das zweite Reibungselement (4) hat einen Young-Modul E2, einen Reibungskoeffizient µ2 und eine Gleitfläche A2, die in Gleitkontakt mit dem Scheibenrotor (6) gelangt. Der Wert µ2 ist höher als der Wert µ1, E2 ist höher als E1 und (E2 x A2)/(E1 x A1) beträgt 0,8 oder mehr und 1,2 oder weniger.

Description

Technisches Gebiet
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-138988, 2006-328145, 2007-37681, deren Inhalt durch die Bezugnahme hierin enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft Hybridbremsklötze für Scheiben, die eine Vielzahl von Reibungselementen mit unterschiedlichen Charakteristiken aufweisen.
Stand der Technik
Nach dem Stand der Technik wurden Hybridbremsklötze in dem US-Patent Nr. 4,926,978 (Patent '978), JP-A-2004-125081 (Patent '081), JP-A-2003-172385 (Patent '385), JP-A-9-112606 (Patent '606) und JP-A-2000-120738 (Patent '738) beschrieben.
Der Hybridbremsklotz, der in dem Patent '978 beschrieben ist, hat Reibungselemente mit unterschiedlichen Härtegraden. Der Bremsklotz hat ein hartes Reibungselement an einem zentralen Abschnitt und weiche Reibungselemente an den zwei Seitenabschnitten. Diese Konstruktion zielt darauf ab, eine ungleichmäßige Abnutzung eines Scheibenrotors zu unterdrücken, damit der Bremsklotz im Gleitkontakt damit gelangt.
Der Hybridbremsklotz, der in dem Patent '081 offenbart ist, hat eine Vielzahl von Reibungselementen mit unterschiedlichen Young-Modulen und Abnutzungseigenschaften. Der Bremsklotz hat das Reibungselement mit einem hohen Young-Modul und einer einfachen Abnutzungseigenschaft an einem Rotationsausgangsabschnitt, von dem sich ein Scheibenrotor herausdreht. Diese Konstruktion zielt darauf ab, das Bremsgeräusch geringer zu machen und die effektiven Charakteristiken des Bremsklotzes kompatibel zu machen.
Der Hybridbremsklotz, der in dem Patent '385 offenbart ist, hat eine Vielzahl von Reibungselementen mit unterschiedlichen Reibungscharakteristiken. Der Bremsklotz ist konstruiert, um die gewünschten Beziehungen zwischen einer Gleitrate und einem Reibungskoeffizient durch Kombinieren dieser Reibungselemente zu erhalten. Diese Konstruktion zielt auf ein Unterdrücken des Bremsgeräuschs ab.
Der Hybridbremsklotz, der in dem Patent '606 offenbart ist, hat Reibungselemente mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten. Eine Höhe des Reibungselements mit einem niedrigeren Reibungskoeffizient ist größer als eine Höhe des Reibungselements mit einem höheren Reibungskoeffizient. Diese Konstruktion zielt darauf ab, das Bremsgeräusch geringer zu machen und die effektiven Charakteristiken des Bremsklotzes kompatibel zu machen.
Der Hybridbremsklotz, der in dem Patent '738 offenbart ist, hat Reibungselemente mit unterschiedlichen Härtegraden. Der Bremsklotz hat ein härteres Reibungselement an einem Rotationsausgangsabschnitt, aus dem der Scheibenrotor sich herausdreht. Diese Konstruktion zielt ebenso auf die Unterdrückung des Geräuschs ab.
Die Hybridbremsklötze, die in dem Patent '081 und dem Patent '606 offenbart sind, haben Reibungselemente mit unterschiedlichen Höhen. Beim Bremsen gelangt daher das höhere Reibungselement frühzeitiger in Gleitkontakt mit dem Scheibenrotor und gelangt dann das niedrigere Reibungselement in Gleitkontakt mit dem Scheibenrotor. In diesem Fall ist nicht klar, wie die Stufen des Reibungselements sich ändern, während die Bremsbetätigungen wiederholt werden, wodurch die Wirkung der gestuften Reibungselemente undefiniert bleibt.
Ferner hat, wie vorstehend beschrieben ist, ein weiterer Hybridbremsklotz nach dem Stand der Technik eine Vielzahl von Reibungselementen aus unterschiedlichen Werkstoffen, so dass die Abnutzung der individuellen Reibungselemente unterschiedlich ist. Wenn die Abnutzung voranschreitet, werden die daher die Höhen der individuellen Reibungselemente unterschiedlich, wodurch ein Problem verursacht wird, dass das Bremsgefühl verschlechtert wird.
Somit besteht beim Stand der Technik ein Bedarf nach einem Hybridbremsklotz, der das Bremsgeräusch geringer machen kann und der die Bremsgefühlcharakteristiken angemessen kompatibel machen kann.
Darstellung der Erfindung
Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist ein Hybridbremsklotz die ersten Reibungselemente, die aus einem ersten Werkstoff ausgebildet sind, und die zweiten Reibungselemente auf, die aus dem zweiten Werkstoff ausgebildet sind. Die Reibungselemente werden individuell an einem Rotorrotationseingangsabschnitt des Bremsklotzes und an einem Rotorrotationsausgangsabschnitt des Bremsklotzes angeordnet. Das zweite Reibungselement ist an dem zentralen Abschnitt des Bremsklotzes angeordnet. Darüber hinaus werden die ersten Reibungselemente und das zweite Reibungselement ausgeführt, so dass sie μ2 > μ1, E2 > E1 und 0,8 ≤ (E2 × A2)/(E1 × A1) ≤ 1,2 erfüllen.
Diese Konfiguration macht es möglich, ein Bremsgeräusch zu verringern, während ein gutes Bremsgefühl aufrechterhalten wird. Bei einem Mechanismus, der das Bremsgeräusch angemessen verringern kann, treten Schwingungen in die Dickenrichtung an dem Bremsrotor beim Bremsen auf und haben die Schwingungen eine Vielzahl von feststehenden Knotenpunkten. Darüber hinaus ist zumindest ein feststehender Knotenpunkt im Wesentlichen an der Mitte des Bremsklotzes positioniert. Bei diesem Bremsklotz ist das zweite Reibungselement mit einer großen Härte und einem hohen μ-Wert an dem feststehenden Knotenpunkt positioniert. Gemäß diesem Bremsklotz ist es daher möglich, die ausreichende Reibungskraft zu erhalten, während das Auftreten des Bremsgeräuschs unterdrückt wird.
Ein Grund, warum das Bremsgefühl angemessen erhalten wird, ist ein Ergebnis der Einrichtung des ersten Reibungselements und des zweiten Reibungselements, so dass diese sich bei im Wesentlichen gleichen Raten abnutzen. Das kann durch Einrichten von (E2 × A2)/(E1 × A1) auf ungefähr 1 (0,8 bis 1,2) erzielt werden. Als Folge können die ersten Reibungselemente und das zweite Reibungselement im Wesentlichen gleiche Höhen beibehalten, um die Reibungskraft linear zu erhalten, so dass das Bremsgefühl befriedigend ist. Wie später gezeigt wird, wurden diese Ergebnisse durch Versuche verifiziert.
In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat das zweite Reibungselement eine Breite, die in einem Bereich innerhalb eines Zentralwinkels von 20° der Mitte der Rotation des Scheibenrotors positioniert werden kann. Daher wird das zweite Reibungselement mit der großen Härte und dem hohem μ-Wert an einem feststehenden Knotenpunkt positioniert, der im Allgemeinen an der Mitte des Bremsklotzes positioniert ist, und trägt die Breite des zweiten Reibungselements, das innerhalb des Zentralwinkels von 20° positioniert wird, dazu bei, den feststehenden Knotenpunkt im Wesentlichen an der Mitte des Bremsklotzes zu halten. Gemäß dieser Konfiguration ist es daher möglich, die ausreichende Reibungskraft zu erhalten, während das Auftreten des Bremsgeräuschs unterdrückt wird.
In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat das zweite Reibungselement eine Breitenlänge von 30 mm in die Längsrichtung des Bremsklotzes. Daher wird das zweite Reibungselement mit der großen Härte und dem hohem μ-Wert an dem feststehenden Knotenpunkt positioniert, der im Allgemeinen an der Mitte des Bremsklotzes positioniert ist, und wird die Breite des zweiten Reibungselements innerhalb von 30 mm eingerichtet, um nur in der Umgebung des feststehenden Knotenpunkts zu drücken. Daher ist es möglich, die ausreichende Reibungskraft zu erhalten, während das Auftreten des Bremsgeräuschs unterdrückt wird.
In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird das Young-Modul E2 des zweiten Reibungselements zweimal so groß oder mehr als das Young-Modul E1 der Reibungselemente, vorzugsweise zwei bis vier Mal so hoch eingerichtet. Gemäß dieser Konstruktion ist es möglich, das Bremsgeräusch zu verringern und ein ausreichendes Bremsgefühl zu erhalten.
In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist das erste Reibungselement einen Gleitbereich an dem Rotorrotationseingangsabschnitt und an dem Rotorrotationsausgangsabschnitt des Bremsklotzes auf. Die individuellen Gleitbereiche können 40 bis 60% von A1 betragen. Daher können das erste Reibungselement des Rotorrotationseingangsabschnitts und das erste Reibungselement des Rotorrotationsausgangsabschnitts im Wesentlichen gleiche Gleitbereiche bzw. Flächen haben. Als Folge kann der zentrale Abschnitt des zweiten Reibungselements im Wesentlichen an der Mitte des Bremsklotzes positioniert werden. Als Folge kann das zweite Reibungselement zuverlässig mit Bezug auf den feststehenden Knotenpunkt der Schwingungen des Scheibenrotors positioniert werden, die im Wesentlichen an dem Zentralabschnitt des Bremsklotzes auftreten. Somit ist es möglich, das Bremsgeräusch zuverlässig zu unterdrücken.
In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung können abgeschrägte Abschnitte, die geneigt von der Dickenrichtung der Reibungselemente ausgeschnitten sind, weggelassen werden. Als Folge können die individuellen Reibungselemente die gleichen Gleitbereiche (Gleitflächen), die den Scheibenrotor 6 berühren, unabhängig von der Abnutzung beibehalten. Nachdem die Reibungselemente abgenutzt sind, ist es daher möglich, die gleiche Bremskraft und das gleiche Bremsgefühl wie vor der Abnutzung zu erhalten. Darüber hinaus ist es möglich, das Bremsgeräusch auf eine ähnliche Weise wie vor der Abnutzung verringern.
Technische Lösung
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen Zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einfach nach dem Studium der folgenden genauen Beschreibung gemeinsam mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen verständlich, wobei:
1 eine Vorderansicht eines Bremsklotzes der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Seitenansicht des Bremsklotzes in Richtung eines Pfeils II in 1 ist;
3 eine Vorderansicht eines Scheibenrotors, eines Bremssattels und des Bremsklotzes ist;
4 eine Ansicht ist, die ein Rahmenformat einer Schwingung des Bremsklotzes während einer Bremsbetätigung zeigt;
5 eine Vorderansicht eines Bremsklotzes einer zweiten Konfiguration der vorliegenden Erfindung ist; und
6 eine Seitenansicht des Bremsklotzes in Richtung eines Pfeils VI in 5 ist.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
Die zusätzlichen Merkmale und Lehren, die jeweils vorstehend und nachstehend offenbart sind, können getrennt oder in Verbindung mit anderen Merkmalen und Lehren eingesetzt werden, um verbesserte Hybridbremsklötze bereitzustellen. Repräsentative Beispiele der vorliegenden Erfindung, die den Einsatz vieler dieser zusätzlichen Merkmale und Lehren sowohl getrennt als auch in Verbindung miteinander beispielhaft darstellen, werden nun im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese genaue Beschreibung soll lediglich dem Fachmann weitergehende Details zum Ausführen der bevorzugten Gesichtspunkte der vorliegenden Lehren vermitteln und soll den Schutzbereich der Erfindung nicht beschränken. Nur die Ansprüche definieren den Schutzbereich der beanspruchten Erfindung. Daher können Kombinationen von Merkmalen und Schritten, die in der folgenden genauen Beschreibung offenbart sind, auch nicht notwendig sein, um die Erfindung in ihrer allgemeinsten Bedeutung auszuführen und sollen stattdessen lediglich repräsentative Erfindung im Besonderen beschreiben. Darüber hinaus können verschiedenartige Merkmale der repräsentativen Beispiele und der abhängigen Ansprüche auf eine Weise kombiniert werden, die nicht speziell nummeriert ist, um zusätzliche nützliche Konfigurationen der vorliegenden Lehre bereitzustellen.
Ein Bremsklotz, wie in den 1 bis 4 gezeigt ist, ist ein Hybridbremsklotz für eine Scheibenbremse und ist einstückig mit einer Vielzahl von Reibungselementen 2 bis 4 mit unterschiedlichen Charakteristiken und einem Rückplattenelement 5 versehen. Die Reibungselemente 1 und 3 sind erste Reibungselemente, die aus einem ersten Werkstoff bestehen, und das Reibungselement 4 ist ein zweites Reibungselement, das aus einem zweiten Werkstoff besteht.
Das Reibungselement 4 (hier ebenso „das zweite Reibungselement" genannt) hat einen größeren Reibungskoeffizient und einen größeren Young-Modul im Vergleich mit den Reibungselementen 2 und 3 (hier ebenso „die ersten Reibungselemente") in der folgenden Beziehung: μ1 < μ2 und E1 < E2.
Bei dieser Beziehung ist μ1 der Reibungskoeffizient des ersten Reibungselements, ist μ2 der Reibungskoeffizient des zweiten Reibungselements, ist E1 der Young-Modul des ersten Reibungselements und ist E2 der Young-Modul des zweiten Reibungselements.
Das Reibungselement 2 des ersten Reibungselements ist an einem Rotorrotationseingangsabschnitts des Bremsklotzes 1 angeordnet, zu dem ein Scheibenrotor 6 sich eindreht, wie in 1 gezeigt ist. Das Reibungselement 3 ist an einem Rotorrotationsausgangsabschnitt des Bremsklotzes 1 angeordnet, aus dem der Scheibenrotor 6 sich herausdreht. Das Reibungselement 4 oder das zweite Reibungselement ist an einem zentralen Abschnitt zwischen dem Rotorrotationseingangsabschnitt und dem Rotorrotationsausgangsabschnitt angeordnet. Daher ist der Bremsklotz 1 mit dem zweiten Reibungselement (oder dem Reibungselement 4) mit einer großen Härte und einem hohem μ-Wert an seinem zentralen Abschnitt und den ersten Reibungselementen (oder den Reibungselementen 2 und 3) mit einer niedrigen Härte und einem geringen μ-Wert an seinen zwei Enden versehen.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, werden die Reibungselemente 2 bis 4 an ihren Rückseiten durch das Rückplattenelement 5 gestützt und werden durch das Rückplattenelement 5 integriert. Das Rückplattenelement 5 besteht aus Metall oder Kunstharz. Die Reibungselemente 2 bis 4 haben eine im Wesentlichen gleiche Höhe in Dickenrichtung und können eine Gleitwand an ihrer Fläche für den Scheibenrotor 6 haben. Darüber hinaus können die Bereiche der individuellen Gleitwände so konfiguriert werden, dass das Bremsgeräusch unterdrückt werden kann und die Bremsgefühlscharakteristiken angemessen erhalten oder verbessert werden können.
Zum angemessenen Unterdrücken des Bremsgeräuschs werden zunächst die Gründe für das Bremsgeräusch untersucht. Ein Grund, der für das Bremsgeräusch bekannt ist, ist aus der Tatsache bekannt, dass der Scheibenrotor 6 in die Dickenrichtung beim Bremsen schwingt. Wenn der Scheibenrotor 6 sich dreht, tritt eine Schwingung auf, wie in den 3 und 4 gezeigt ist, wenn der Bremsklotz 1 in die Dickenrichtung gedrückt wird. Beispielsweise schwingt der Scheibenrotor 6 in die Plus-Richtung (zu dieser Seite der Zeichnung) zwischen Punkten A und B und zwischen Punkten B und C sowie in die Minus-Richtung (zu der Tiefenseite der Zeichnung) an den äußeren Seitenabschnitten des Punkts A und des Punkts C. Dann erscheinen eine Vielzahl von feststehenden Knotenpunkten (räumlich fixierte Knotenpunkte oder Schwingungsknoten) 6b1 bis 6b5 ohne Schwingung in die Dickenrichtung an dem Scheibenrotor 6. Diese feststehenden Knotenpunkte 6b1 bis 6b5 erscheinen im Wesentlichen an feststehenden Positionen mit Bezug auf den Bremsklotz 1 und ein feststehender Knotenpunkt 6b1 erscheint durchweg an einer zentralen Position des Bremsklotzes 1.
Wie in 3 gezeigt ist, erscheint ein Nullschwingungsbereich 6c, der eine Schwingungsauslenkung von nahezu null hat, (wie in 4 gezeigt ist) in der Umgebung des feststehenden Knotenpunkts 6b1. Darüber hinaus hat das Reibungselement 6 eine Breitenlänge, die so bestimmt ist, dass sie in dem Nullschwingungsbereich 6c positioniert und begrenzt werden kann. Wie in 1 gezeigt ist, wird beispielsweise die Breitenlänge des Reibungselements 4 so bestimmt, dass ein Zentralwinkel 1c (an einer Mitte der Drehung 6a des Scheibenrotors) innerhalb von 20° positioniert werden kann. Vorzugsweise wird die Breitenlänge des Reibungselements 4 so bestimmt, dass ein Zentralwinkel 1d (über die quer verlaufende Zentrallinie 1b des Bremsklotzes 1) innerhalb von 10°, 8° und 6° positioniert werden kann. Die Zentrallinie 1b wird durch Verbinden des Schwerpunkts 1a des Bremsklotzes 1 und der Drehmitte 6a des Scheibenrotors 6 erhalten.
Als nächstes werden die Bremsgefühlscharakteristiken angegeben. Für das Bremsgefühl ist es vorzuziehen, dass die Bremskraft linear gemäß der Niederdrückkraft des Bremspedals erzeugt wird. Es ist daher vorzuziehen, dass die mehreren Reibungselemente 2 bis 4 beim Bremsen beginnen gleichzeitig in Gleitkontakt mit dem Scheibenrotor 6 zu gelangen, und dass der Kontaktzustand aufrechterhalten wird, auch nachdem die Reibungselemente 4 bis 6 abgenutzt sind.
Daher ist erforderlich, dass die Reibungselemente 2 bis 4 im Wesentlichen gleiche Abnutzungen haben und die Bedingungen für die gleichen Abnutzungen wurden theoretisch zunächst auf die folgende Weise bestimmt. Unter der Annahme, dass die Reibungselemente 2 bis 4 eine identische Durchbiegung e hatten, wurde (Gleichung 1) aus Relationsgleichungen zwischen der Spannung und der Durchbiegung erhalten: ε = F1/(A1 × E1) = F2/(A2 × E2) (Gleichung 1)
In Gleichung 1 ist F1 die gesamte Last, die auf die ersten Reibungselemente (oder die Reibungselemente 2 und 3) aufgebracht wird, ist A1 die gesamte Leitfläche des ersten Reibungselements (oder der Reibungselemente 2 und 3 und ist E1 der Young-Modul des ersten Reibungselements (oder der Reibungselemente 2 und 3).
Ferner ist in Gleichung 1 F2 eine Last, die auf das zweite Reibungselement (oder das Reibungselement 4) aufgebracht wird, ist A2 eine Gleitfläche des zweiten Reibungselements (oder des Reibungselements 4) und ist E2 der Young-Modul des zweiten Reibungselements (oder des Reibungselements 4). F = F1 + F2 (Gleichung 2)
In Gleichung 2 ist F die gesamte Last, die auf die Reibungselemente 2 bis 4 aufzubringen ist.
Die Gleichungen 3 bis 5 wurden aus den Gleichungen 1 und 2 erhalten. F1 = F/(1 + q) (Gleichung 3) F2 = F × q/(1 + q) (Gleichung 4) q = (E2/E1) × (A2/A1) (Gleichung 5)
Es hat sich gezeigt, dass die Abnutzung des Bremsklotzes durch Gleichung 6 ausgedrückt werden kann (siehe Analyse und Gegenmaßnahmen der Tribologie, herausgegeben am 31. Mai 2005, Seite 441), und Gleichung 7 durch Differenzieren des Logarithmus von Gleichung 6 erhalten. W = CPα × Vβ × Tγ (Gleichung 6)
In Gleichung 6 ist W die Abnutzung, P der Druck, V eine anfängliche Bremsrate und T die Temperatur der Reibung an der Gleitwand. ΔW/W = αΔP/P + βΔV/V + γΔT/T (Gleichung 7)
In Gleichung 7 gilt ΔV = 0, ΔT = 0 und ΔP/P = (F1 – F2)/F. Ferner kann Gleichung 8 aus den Gleichungen 3 und 4 erhalten werden. ΔW/W = α × (1 – q) (Gleichung 8)
Zum Unterdrücken der gestuften Abnutzung zwischen den Reibungselementen 2 bis 4 und des ersten Reibungselements und des zweiten Reibungselements ausgeglichen, wobei somit ΔW = 0 angenommen wird, um diesen Zustand zu erzielen. Daher kann Gleichung 9 aus Gleichung 8 erhalten werden und kann Gleichung 10 aus den Gleichungen 5 bis 9 erhalten werden. 1 – q = 0 (Gleichung 9) Q = (E2 × A2)/(E1 × A1) = 1 (Gleichung 10)
Durch Einrichten von (E2 × A2)/(E1 × A1) auf ungefähr 1 kann theoretisch abgeschätzt werden, dass die Abnutzung des ersten Reibungselements und des zweiten Reibungselements im Wesentlichen ausgeglichen werden kann. Es wurde als vorzuziehen herausgefunden, dass der Wert q gleich wie oder größer als 0,8 und gleich wie oder geringer als 1,2 und vorzugsweise gleich wie oder größer als 0,9 und gleich wie oder geringer als 1,1 ist.
Hier ist der Young-Modul E2 des zweiten Reibungselements (oder des Reibungselements 4) zweimal so hoch, vorzugsweise 2 bis 4 Mal so hoch, wie der Young-Modul E1 des ersten Reibungselements (oder der Reibungselemente 2 und 3). Für die Reibungselemente 2 und 3 ist es vorzuziehen, dass die Summe der Gleitfläche A1 beträgt und dass die individuellen Gleitflächen im Wesentlichen gleich 40 bis 60% von A1 sind. Darüber hinaus befinden sich die Reibungselemente 2 und 4 und die Reibungselemente 3 und 4 an den Verbindungspositionen und haben das Reibungselement 2 und das Reibungselement 3 zweiseitig symmetrische Formen.
Eine Vielzahl von Bremsklötzen 1 (A bis D), die so ausgebildet sind, wurde für Experimente vorbereitet, deren Ergebnisse in der Tabelle 1 aufgelistet sind.
Tabelle 1
Die vorstehend erwähnten Bremsklötze A bis D, die bei dem zweiten Reibungselement 4 verwendet werden, haben eine längsgerichtete Breite von 25 mm und einen Reibungskoeffizient von 0,5. Die ersten Reibungselemente 2 und 3 hatten die Summe von A1 der Gleitflächen, die 3,5 Mal so groß wie diejenigen des zweiten Reibungselements sind. Ferner hatten die ersten Reibungselemente 2 und 3 einen Reibungskoeffizient von 0,4 und waren zweiseitig symmetrisch mit im Wesentlichen gleichen Gleitflächen.
Als Ergebnis der Experimente wurde herausgefunden, dass die Abnutzungen der individuellen Reibungselemente 2 bis 4 der Bremsklötze A bis D im Wesentlichen gleich waren, dass eine gestufte Abnutzung nicht auftrat und dass das Bremsgefühl befriedigend war. Aus den experimentellen Ergebnissen kann bestätigt werden, dass jegliches Geräusch ausreichend gering beim Bremsen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrten war. Es kann ebenso aus den experimentellen Ergebnissen bestätigt werden, dass das Bremsgeräusch, das beim Kriechen (beispielsweise dann, wenn die Bremse an einer Steigung bei einem Automatikfahrzeug gelöst wird) verursacht wird, ausreichend verringert werden konnte. Das zweite Reibungselement 4 der vorstehend erwähnten Bremsklötze A bis D hatte eine Breite von 25 mm aber wurde durch einen Bremsklotz mit einem zweiten Reibungselement mit einer Breite eines Zentralwinkels von 18° ersetzt. Andere Charakteristiken dieser Bremsklötze wurden auf eine ähnliche Weise wie die vorstehen erwähnten Bremsklötze A bis D vorbereitet. Die Ergebnisse der Experimente der Bremsklötze waren ähnlich wie diejenige der Bremsklötze A bis D.
Hier kann der zusammengesetzte Reibungskoeffizient μm der Reibungselemente 2 bis 4 durch die Gleichung 11 erhalten werden. μm = (μ1 + q × μ2)/(1 + q) (Gleichung 11)
in Gleichung 11 ist μ1 ein Reibungskoeffizient des ersten Reibungselements (oder der Reibungselemente 2 und 3) und ist μ2 ein Reibungskoeffizient des zweiten Reibungselements (oder des Reibungselements 4).
In dem Fall von q = 1 kann der Koeffizient in Gleichung 12 bestimmt werden. μm = (μ1 + μ2)/2 (Gleichung 12)
Somit wird der Bremsklotz ausgebildet. Insbesondere weist der Bremsklotz 1, wie in 1 gezeigt ist, die ersten Reibungselemente, die aus dem ersten Werkstoff ausgebildet sind, und das zweite Reibungselement aus dem zweiten Werkstoff auf. Die Reibungselemente (oder die Reibungselemente 2 und 3) werden individuell an dem Rotationseingangsabschnitt des Bremsklotzes und an dem Rotationsausgangsabschnitts des Bremsklotzes angeordnet. Das zweite Reibungselement (oder das Reibungselement 4) ist an dem zentralen Abschnitt des Bremsklotzes angeordnet. Darüber hinaus werden die ersten Reibungselemente und das zweite Reibungselement ausgeführt, um μ2 > μ1, E2 > E1 und 0,8 ≤ (E2 × A2)/(E1 × A1) ≤ 1,2 zu erfüllen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es daher möglich, das Bremsgeräusch zu verringern und ein gutes Bremsgefühl zu erhalten. Bei dem Mechanismus, der das Bremsgeräusch angemessen verringern kann, wie in 3 gezeigt ist, erscheinen die Schwingungen in die Dickenrichtung an dem Scheibenrotor 6 beim Bremsen und haben die Schwingungen mehrere feststehende Knotenpunkte 6b1 bis 6b5. Darüber hinaus erscheint ein feststehender Knotenpunkt (6b1) durchgehend im Wesentlichen an der Mitte des Bremsklotzes 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Reibungselement (oder das Reibungselement 4) mit großer Härte und hohem μ-Wert an dem feststehenden Knotenpunkt 6b1 positioniert. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es daher möglich, die ausreichende Reibungskraft zu erhalten, während das Auftreten des Bremsgeräuschs unterdrückt wird.
Der Grund, warum das Bremsgefühl angemessen erhalten wird, liegt darin, dass die ersten Reibungselemente (oder die Reibungselemente 2 und 3) und das zweite Reibungselement (oder das Reibungselement 4) auf die im Wesentlichen gleiche Abnutzung eingerichtet werden, indem (E2 × A2)/(E1 × A1) auf ungefähr 1 (0,8 bis 1,2) eingerichtet wird. Als Folge können die ersten Reibungselemente (oder die Reibungselemente 2 und 3) und das zweite Reibungselement (oder das Reibungselement 4) im Wesentlichen gleiche Höhen annehmen, um die Reibungskraft zu erhalten, die linear ist, so dass das Bremsgefühl befriedigend ist. Die vorstehend erwähnten relativen Gleichungen wurden aus theoretischen Gleichungen gebildet. Wie hier dargestellt ist, wurden alle über die Ergebnisse verifiziert.
Darüber hinaus hat das zweite Reibungselement (oder das zweite Reibungselement 4) die Breite, die in dem Bereich innerhalb des Zentralwinkels von 20° an der Mitte der Rotation des Scheibenrotors 6 positioniert ist, wie in 1 gezeigt ist. Wie in 3 gezeigt ist, ist daher das zweite Reibungselement mit großer Härte und hohem μ-Wert an dem feststehenden Knotenpunkt 6b1 positioniert, der durchgehend im Wesentlichen an der Mitte des Bremsklotzes 1 auftritt, und ist die Breite des zweiten Reibungselements so innerhalb des Zentralwinkels von 20° positioniert, um die Umgebung des feststehenden Knotenpunkts 6b1 einzuhalten. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es daher möglich, eine ausreichende Reibungskraft zu erhalten, während das Auftreten des Bremsgeräuschs unterdrückt wird.
Andererseits wird der Young-Modul E2 des zweiten Reibungselements (oder des Reibungselements 4) auf das zweifache oder mehr des Young-Moduls E1 der ersten Reibungselemente (oder der Reibungselemente 2 und 3), vorzugsweise zwei bis vier Mal so hoch eingerichtet. Gemäß dieser Konstruktion ist es möglich, das Bremsgeräusch zu verringern und das ausreichende Bremsgefühl zu erhalten.
Jedes der ersten Reibungselemente (oder der Reibungselemente 2 und 3) an dem Rotationseingangsabschnitt und an dem Rotationsausgangsabschnitt hat eine Gleitfläche. Und die individuellen Gleitflächen betragen 40% bis 60% von A1. Daher haben das erste Reibungselement (oder das Reibungselement 2) des Rotationseingangsabschnitts und das erste Reibungselement (des Reibungselements 3) des Rotationsausgangsabschnitts im Wesentlichen gleiche Gleitflächen. Als Folge kann das zweite Reibungselement (oder das Reibungselement 4) im Wesentlichen an einer Mitte des Bremsklotzes 1 positioniert werden. Als Folge kann das zweite Reibungselement (oder das Reibungselement 4) zuverlässig mit Bezug auf den feststehenden Knoten 6b1 der Schwingungen des Scheibenrotors 6 positioniert werden, der im Wesentlichen an einer Zentralposition des Bremsklotzes 1 auftritt. Somit ist es möglich, das Bremsgeräusch zuverlässig zu unterdrücken.
Darüber hinaus werden abgeschrägte Abschnitte (die geneigt von der Dickenrichtung ausgeschnitten werden können) von den individuellen Reibungselementen 2 bis 4 weggelassen, wie in 2 gezeigt ist. Als Folge können die individuellen Reibungselemente 2 bis 4 die gleichen Gleitflächen, die den Scheibenrotor 6 berühren, unabhängig von der Abnutzung aufrechterhalten. Nachdem die Reibungselemente abgenutzt sind, ist es daher möglich, eine ähnliche Bremskraft und ein ähnliches Bremsgefühl wie vor der Abnutzung zu erhalten. Darüber hinaus ist es möglich, das Bremsgeräusch ähnlich wie vor der Abnutzung zu verringern.
Eine weitere Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben. Diese Konfiguration ist im Wesentlichen wie der Bremsklotz 1 aufgebaut, wie in den 1 bis 4 gezeigt ist, aber die Reibungselemente 2 bis 4 haben geringfügig unterschiedliche Formen. Der Bremsklotz 1, der in den 5 und 6 gezeigt ist, wird im Folgenden mit Blickrichtung auf die Unterschiede von der vorstehend erwähnten Konfiguration beschrieben.
Das Reibungselement 4 (oder das zweite Reibungselement) wird eingerichtet, so dass es eine Breitenlänge 1e von 30 mm oder geringer in die Bremsklotzlängsrichtung hat, wie in 5 gezeigt ist. Die Länge wird vorzugsweise innerhalb von 20 mm eingerichtet. Als Folge hat das Reibungselement 4 mit großer Härte und hohem μ-Wert eine Breitenlänge innerhalb des μ-Schwingungsbereichs 6c oder des Bereichs in der Nähe des feststehenden Knotenpunkts 6b1, wie in 4 gezeigt ist.
Vorzugsweise kann die Breitenlänge 1f über die quer verlaufende Zentrallinie 1b des Bremsklotzes 1 15 mm oder weniger, vorzugsweise 10 mm oder weniger betragen.
Darüber hinaus kann die Konstruktion so ausgeführt werden, dass μ2 > μ1, E2 > E1 und 0,8 ≤ (E2 × A2)/(E1 × A1) ≤ 1,2 gilt.
Gemäß dieser Konfiguration ist es daher möglich, das Bremsgeräusch zu verringern und ein gutes Bremsgefühl zu erhalten. Der Grund, warum das Bremsgeräusch angemessen verringert werden kann, liegt darin, dass das zweite Reibungselement (oder das Reibungselement 4) mit großer Härte und hohen μ-Wert an dem feststehenden Knotenpunkt 6b1 (siehe 3) der Schwingungen des Scheibenrotors 6 positioniert ist. Gemäß dieser Konfiguration ist es daher möglich, die ausreichende Reibungskraft zu erhalten, während das Auftreten des Bremsgeräuschs unterdrückt wird.
Darüber hinaus ist der Grund, warum das Bremsgefühl angemessen erhalten wird, derjenige, dass die ersten Reibungselemente (oder die Reibungselemente 2 und 3) und das zweite Reibungselement (oder das Reibungselement 4) so eingerichtet sind, dass sie sich auf eine im Wesentlichen gleiche Art und Weise abnutzen.
Darüber hinaus hat das zweite Reibungselement (oder das Reibungselement 4) die Breitenlänge von 30 mm in die Längsrichtung des Bremsklotzes 1, wie in 5 gezeigt ist. Wie in 3 gezeigt ist, ist daher das zweite Reibungselement mit großer Härte und hohem μ-Wert an dem feststehenden Knotenpunkt 6b1 positioniert, der durchgehend im Wesentlichen an der Mitte des Bremsklotzes auftritt, und ist die Breite des zweiten Reibungselements auf innerhalb von 30 mm eingerichtet, um nur in der Umgebung des feststehenden Knotenpunkts 6b1 zu drücken.
Gemäß dieser Konfiguration ist es daher möglich. Die ausreichende Reibungskraft zu erhalten, während das Auftreten des Bremsgeräuschs unterdrückt wird.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Konfigurationen beschrieben wurde, ist dem Fachmann offensichtlich, dass viele Alternativen, Abwandlungen und Variationen vorgenommen werden können. Demgemäß soll die vorliegende Erfindung alle solche Alternativen, Abwandlungen und Variationen umfassen, die innerhalb des Grundgedankens und des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche liegen. Beispielsweise sollte die vorliegende Erfindung nicht auf die repräsentativen Konfigurationen beschränkt werden, sondern kann abgewandelt werden, wie nachstehend beschrieben ist.
Beispielsweise hat das Reibungselement 4 gemäß den vorstehend erwähnten Konfigurationen die linken und rechten Endwände (oder die Grenzlinien), die geradlinig ausgebildet sind, wie in den 1 und 5 gezeigt ist. Jedoch sollte das Reibungselement 4 nicht auf die geradlinige Form beschränkt werden, sondern kann ebenso als polygonale geradlinige Form oder gekrümmte Form abgewandelt werden.
Die Reibungselemente 2 und 3 gemäß den vorstehend erwähnten Konfigurationen haben eine zweiseitig symmetrische Form, aber können mit einer anderen Form abgewandelt werden. Darüber hinaus werden die Reibungselemente 2 und 3 vorzugsweise eingerichtet, so dass sie im Wesentlichen gleiche Gleitflächen haben, aber sie können abgewandelt werden, so dass sie verschiedene Gleitflächen haben.
Die Reibungselemente 2 bis 4 gemäß den vorstehend erwähnten Konfigurationen sind nicht voneinander beabstandet (insbesondere besteht keine Vertiefung in Dickenrichtung). Jedoch kann ein Abstand zwischen den Reibungselementen vorgesehen werden.
Somit hat der Hybridbremsklotz 1 für eine Scheibenbremse erste Reibungselemente 2, 3 und ein zweites Reibungselement 4. Die ersten Reibungselemente 2, 3 können an einem Rotorrotationseingangsabschnitt und an einem Rotorrotationsausgangsabschnitt des Bremsklotzes 1 positioniert werden. Das zweite Reibungselement 4 kann an einem zentralen Abschnitt des Bremsklotzes 1 positioniert werden. Die ersten Reibungselemente 2, 3 weisen einen Young-Modul E1, einen Reibungskoeffizient μ1 und eine Summe der Gleitflächen A1 der paarweisen ersten Reibungselemente 2, 3 auf, die in Gleitkontakt mit dem Scheibenrotor 6 gelangen. Das zweite Reibungselement 4 hat einen Young-Modul E2, einen Reibungskoeffizient μ2 und eine Gleitfläche A2, die in Gleitkontakt mit dem Scheibenrotor 6 gelangt. Der Wert μ2 ist höher als der Wert μ1, E2 ist höher als E1 und (E2 × A2)/(E1 × A1) beträgt 0,8 oder mehr und 1,2 oder weniger.

Claims

Hybridbremsklotz (1) für eine Scheibenbremse mit: ersten Reibungselementen (2, 3), die aus einem ersten Werkstoff ausgebildet sind, wobei die ersten Reibungselemente (2, 3) individuell an einem Rotorrotationseingangsabschnitt und an einem Rotorrotationsausgangsabschnitt angeordnet sind; und einem zweiten Reibungselement (4), das aus einem zweiten Werkstoff ausgebildet ist, wobei das zweite Reibungselement (4) an einem zentralen Abschnitt zwischen dem Rotorrotationseingangsabschnitt und dem Rotorrotationsausgangsabschnitt angeordnet ist, wobei μ2 > μ1, E2 > E1 gilt und wobei 0,8 ≤ (E2 × A2)/(E1 × A1) ≤ 1,2 gilt, wobei ferner ein Young-Modul des ersten Reibungselements (2, 3) E1 beträgt, eine Summe der Gleitflächen der ersten Reibungselemente (2, 3), die in Gleitkontakt mit dem Scheibenrotor (6) gelangen können, A1 beträgt, ein Reibungskoeffizient der ersten Reibungselemente (2, 3) μ1 beträgt, ein Young-Modul des zweiten Reibungselements (4) E2 beträgt, eine Gleitfläche des zweiten Reibungselements (4), die in Gleitkontakt mit dem Scheibenrotor (6) gelangen kann, A2 beträgt und ein Reibungskoeffizient des zweiten Reibungselements (4) μ2 beträgt.
Hybridbremsklotz (1) gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Reibungselement (4) eine Breite hat, die in einem Bereich zwischen einem Zentralwinkel (1c) von 20° an einer Mitte (6a) der Rotation des Scheibenrotors (6) positioniert ist.
Hybridbremsklotz (1) gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Reibungselement (4) eine Breite (1e) von 30 mm oder weniger in eine Bremsklotzlängsrichtung hat.
Hybridbremsklotz (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Young-Modul E2 des zweiten Reibungselements (4) auf das zweifache oder mehr des Young-Moduls E1 der ersten Reibungselemente (2, 3) eingerichtet ist.
Hybridbremsklotz (1) gemäß Anspruch 1, wobei jedes der ersten Reibungselemente (2, 3) an dem Rotorrotationseingangsabschnitt und an dem Rotorrotationsausgangsabschnitt eine Gleitfläche aufweist, wobei ferner jede Gleitfläche auf 40 bis 60% von A1 eingerichtet ist.
Hybridbremsklotz (1) gemäß Anspruch 5, wobei abgeschrägte Abschnitte, die geneigt in eine Dickenrichtung ausgeschnitten sind, an den ersten Reibungselementen (2, 3) und dem zweiten Reibungselement (4) weggelassen sind.
Hybridbremsklotz (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Young-Modul E2 des zweiten Reibungselements (4) das 2- bis 4-fache des Young-Moduls E1 der ersten Reibungselemente (2, 3) beträgt.
Hybridbremsklotz (1) für eine Scheibenbremse mit: ersten Reibungselementen (2, 3) mit einem ersten Werkstoff, wobei die ersten Reibungselemente (2, 3) jeweils an einem Rotorrotationseingangsabschnitt und an einem Rotorrotationsausgangsabschnitt positioniert sind; einem zweiten Reibungselement (4) mit einem zweiten Werkstoff, wobei das zweite Reibungselement (4) zwischen dem Rotorrotationseingangsabschnitt und einem Rotorrotationsausgangsabschnitt positioniert ist, wobei μ2 > μ1, E2 ≥ 2E1 gilt und wobei 0,8 ≤ (E2 × A2)/(E1 × A1) ≤ 1,2 gilt wobei ferner ein Young-Modul des ersten Reibungselements (2, 3) E1 beträgt, eine Summe der Gleitflächen der ersten Reibungselemente (2, 3), die in Gleitkontakt mit dem Scheibenrotor (6) gelangen kann, A1 beträgt, ein Reibungskoeffizient der ersten Reibungselemente (2, 3) μ1 beträgt, ein Young-Modul des ersten Reibungselements (4) E2 beträgt, eine Gleitfläche des zweiten Reibungselements (4), die in Gleitkontakt mit dem Scheibenrotor (6) gelangen kann, A2 beträgt und ein Reibungskoeffizient des zweiten Reibungselements (4) μ2 beträgt.
Hybridbremsklotz (1) gemäß Anspruch 8, wobei das zweite Reibungselement (4) eine Breite hat, die in einem Bereich zwischen einem Zentralwinkel (1c) von 20° an einer Mitte (6a) der Rotation des Scheibenrotors (6) positioniert ist.
Hybridbremsklotz (1) gemäß Anspruch 8, wobei das zweite Reibungselement (4) eine Breite (1e) von 30 mm oder weniger in eine Bremsklotzlängsrichtung hat.
Hybridbremsklotz (1) gemäß Anspruch 8, wobei jedes der ersten Reibungselemente (2, 3) an dem Rotorrotationseingangsabschnitt und an dem Rotorrotationsausgangsabschnitt eine Gleitfläche aufweist, wobei ferner jede Gleitfläche auf 40 bis 60% von A1 eingerichtet ist.
Hybridbremsklotz (1) gemäß Anspruch 11, wobei abgeschrägte Abschnitte, die geneigt in eine Dickenrichtung ausgeschnitten sind, an dem ersten Reibungselementen (2, 3) und dem zweiten Reibungselement (4) weggelassen sind.