DE102022202704A1

DE102022202704A1 - Bremsbacke mit räumlich variierenden thermischen Materialeigenschaften

Info

Publication number: DE102022202704A1
Application number: DE102022202704.3A
Authority: DE
Inventors: Hatem Shahin; Lothar Wagner; Kai Braun; Volker Kinder
Original assignee: HL Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2022-03-18
Publication date: 2023-09-21
Also published as: KR20230136557A; US20230296151A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsbacke (1, 2) für eine Trommelbremsanlage, wobei die Bremsbacke (1, 2) eine Länge aufweist, die dafür eingerichtet ist, sich in eine Umfangsrichtung einer Bremstrommel (40) der Trommelbremsanlage zu erstrecken, und eine Breite, die dafür eingerichtet ist, sich in eine axiale Richtung der Bremstrommel (40) zu erstrecken, wobei die Bremsbacke (1, 2) entlang ihrer Länge räumlich variierende thermische Eigenschaften aufweist, insbesondere eine Änderung der Wärmekapazität und/oder eine Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder eine Änderung der Wärmeleitfähigkeit. Die Erfindung betrifft auch eine Trommelbremsanlage mit einer Bremsbacke (1, 2) der vorgenannten Art.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus. Sie bezieht sich auf eine Bremsbacke für eine Trommelbremsanlage. Sie bezieht sich auch auf eine Trommelbremsanlage.
Trommelbremsanlagen sind komplexe Bremssysteme, die einige bekannte Nachteile aufweisen. Eines der technischen Hauptprobleme von Trommelbremsen ist unsymmetrische(r) und ungleichmäßige(r) Druck und Bremskraft, ausgeübt von den Bremsbacken auf die Trommel.
Sowohl bei Simplex- als auch bei Duplex-Trommelbremsen ist eine auf die Bremstrommel wirkende, durch die Bremsbacken bewirkte Kraft über die Länge der Bremsbacken oft nicht konstant, was zu einer unerwünschten Temperaturverteilung und einer ungleichmäßigen Verteilung der Reibung führt. Dies wiederum verringert die Bremswirkung und verursacht Staub, Korrosion und Lärm. Außerdem sind der Druck und die Bremskraft zwischen der führenden und der nachlaufenden Bremsbacke unterschiedlich.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest einige der oben genannten Probleme zu beseitigen.
Dies wird durch eine Bremsbacke nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen sowie in der folgenden Beschreibung und den Figuren.
Dementsprechend hat eine Bremsbacke für eine Trommelbremsanlage eine Länge, die dafür eingerichtet ist, sich in einer Umfangsrichtung einer Bremstrommel der Trommelbremsanlage zu erstrecken, und eine Breite, die dafür eingerichtet ist, sich in einer axialen Richtung der Bremstrommel zu erstrecken. Die Bremsbacke hat entlang ihrer Länge räumlich variierende thermische Eigenschaften. So kann die Bremsbacke beispielsweise eine Änderung der Wärmekapazität und/oder eine Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder eine Änderung der Wärmeleitfähigkeit über ihre Länge aufweisen.
Auf diese Weise kann eine gleichmäßigere Druckverteilung und/oder eine gleichmäßigere Reibungsverteilung beim Bremsen erreicht werden. Wenn die Bremsbacke zum Bremsen gegen eine Bremstrommel gedrückt wird, entsteht durch Reibung Wärme. In einem Beispiel ist ein anfänglicher Druck und/oder eine anfängliche Reibung zwischen der Bremsbacke und der Bremstrommel nicht gleichmäßig über die Bremsbacke verteilt, was zu einer ungleichmäßigen Wärmeverteilung führt. Die räumlich variierenden thermischen Eigenschaften führen zu einer räumlich variierenden Reaktion der Bremsbacke auf eine Erwärmung der Bremsbacke. Insbesondere kann die räumlich variierende Reaktion der Bremsbacke auf Wärme die ungleichmäßige Druck- und/oder Reibungsverteilung ausgleichen. Dies kann zu einer gleichmäßigeren Druckverteilung und/oder zu einer gleichmäßigeren Reibungsverteilung über die Länge der Bremsbacke führen.
In einem Beispiel weist eine Trommelbremsanlage eine Bremstrommel und mindestens eine erfindungsgemäße Bremsbacke auf.
Bei der Trommelbremsanlage kann die Bremstrommel eine Hauptdrehrichtung haben, die beispielsweise einer Vorwärtsbewegung eines Fahrzeugs entspricht, in dem die Bremsanlage vorgesehen ist. Wenn die Bremsbacke in der Trommelbremsanlage verwendet wird, greift sie an eine Oberfläche der Bremstrommel an, wobei ein bestimmter Bereich der Bremstrommel zunächst an der führenden Seite mit der Bremsbacke in Kontakt kommt und sich dann entlang der Bremsbacke zu ihrer nachlaufenden Seite bewegt. Welche Seite die nachlaufende Seite ist und welche Seite die führende Seite ist, lässt sich in der Regel an der Bremsbacke selbst erkennen.
Bei einem Beispiel der Bremsbacke nimmt die Wärmekapazität und/oder die Wärmeleitfähigkeit und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient von der führenden Seite der Bremsbacke zur nachlaufenden Seite der Bremsbacke zu.
Die Bremsbacke kann als führende Bremsbacke der Trommelbremsanlage ausgebildet sein. Die Bremsbacke kann auch als nachlaufende Bremsbacke der Trommelbremsanlage ausgebildet sein. Insbesondere ist eine Bremsanlage vorgesehen, die eine führende Bremsbacke und eine nachlaufende Bremsbacke aufweist, wobei sowohl die führende Bremsbacke als auch die nachlaufende Bremsbacke gemäß irgendeiner der hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen gestaltet sind.
Um die räumlich variierenden thermischen Eigenschaften bereitzustellen, kann Bremsbacke mindestens zwei, insbesondere mindestens drei Segmente umfassen, die voneinander verschiedene thermische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere können die Segmente eine voneinander unterschiedliche Wärmekapazität und/oder einen voneinander unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder eine voneinander unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit aufweisen. In einem Beispiel sind die Wärmekapazität, der Wärmeausdehnungskoeffizient und die Wärmeleitfähigkeit in jedem Segment konstant. Das heißt, die Eigenschaften können sich von einem Segment zum nächsten schrittweise ändern.
Es können bei der Bremsbacke zum Beispiel insgesamt zwei Segmente oder drei Segmente oder vier Segmente oder fünf Segmente vorliegen.
Die mindestens zwei Segmente oder die mindestens drei Segmente sind in einem Bremsbelag und/oder in einem Belagträger der mindestens einen Bremsbacke vorgesehen. Das bedeutet, dass es möglich ist, die thermischen Eigenschaften durch entsprechende Materialien im Bremsbelag und/oder im Belagträger einzustellen.
In einem Beispiel hat der Bremsbelag zwei oder mehr Segmente, wobei sich das Material von einem Segment zum nächsten unterscheidet, um die variierenden thermischen Eigenschaften zu erreichen. In diesem Fall kann der Belagträger einheitlich sein, ohne Segmente, oder er kann ebenfalls Segmente mit variierenden thermischen Eigenschaften aufweisen, um zum gewünschten Effekt beizutragen.
In einem anderen Beispiel hat der Belagträger zwei oder mehr Segmente, wobei sich das Material von einem Segment zum nächsten unterscheidet, um die variierenden thermischen Eigenschaften zu erreichen. In diesem Fall kann der Bremsbelag einheitlich sein, ohne Segmente, oder er kann ebenfalls Segmente mit variierenden thermischen Eigenschaften aufweisen, um zum gewünschten Effekt beizutragen.
Das zugrundeliegende Konzept besteht darin, die einzelnen Materialbestandteile in jedem Segment anzupassen, wobei jeder Materialbestandteil eine Reihe von Eigenschaften (sowohl mechanische als auch thermische) aufweist, so dass insgesamt die gewünschten Materialeigenschaften für jedes Segment entstehen. Dies kann sowohl bei der Änderung der Eigenschaften im Bremsbelag als auch bei der Änderung der Eigenschaften im Belagträger geschehen.
Es kann beispielsweise auch angedacht sein, graduell variierende thermische Eigenschaften vorzusehen, beispielsweise durch eine graduell variierende Materialzusammensetzung, insbesondere eine graduell variierende Materialzusammensetzung des Bremsbelags, aber auch des Belagträgers.
In einem Beispiel umfassen die mindestens zwei Segmente oder die mindestens drei Segmente (die im Bremsbelag, im Belagträger oder sowohl im Bremsbelag als auch im Belagträger vorgesehen sein können) ein erstes Segment, das ein führendes Segment ist, und ein zweites Segment, das an das erste Segment angrenzt. Dabei kann die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit im ersten Segment um mindestens 5 % oder mindestens 10 % geringer sein als die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit im zweiten Segment. Beispielsweise kann die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit im ersten Segment bis zu 20 % geringer sein als im zweiten Segment. Das zweite Segment kann ein nachlaufendes Segment bilden, oder es kann ein oder mehrere weitere Segmente geben, die nach dem zweiten Segment, weiter in Richtung des nachlaufenden Endes der Bremsbacke, angeordnet sind.
In einem Beispiel ist ein drittes Segment angrenzend an das zweite Segment, d. h. entgegengesetzt dem ersten Segment, vorgesehen, wobei die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit im dritten Segment mindestens 5 % oder mindestens 10 % größer ist als die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit im zweiten Segment. In einem Beispiel kann die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit im dritten Segment um bis zu 20 % höher sein als im zweiten Segment. Das dritte Segment kann ein nachlaufendes Segment sein, oder es kann ein oder mehrere weitere Segmente geben, die nach dem dritten Segment, weiter in Richtung des nachlaufenden Endes der Bremsbacke, angeordnet sind.
Bei der Bremsbacke können die räumlich variierenden thermischen Eigenschaften im Bremsbelag der Bremsbacke vorgesehen sein, wobei der Bremsbelag eine Wärmekapazität aufweisen kann, die in einem Bereich von 5 J/(Kg*K) bis 20 J/(Kg*K) liegt, wobei die Wärmekapazität des Bremsbelags beispielsweise um mindestens 10 % oder mindestens 20 % entlang der Länge der Bremsbacke variiert. Die angegebenen Werte der Wärmekapazität können bei Raumtemperatur (20°C) bestimmt werden.
Alternativ oder zusätzlich können bei der Bremsbacke die räumlich variierenden thermischen Eigenschaften im Bremsbelag des Bremsbacke vorgesehen sein, wobei der Bremsbelag einen volumetrischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen kann, der in einem Bereich von 100*E-06 1/K bis 300*E-06 1/K liegt, wobei der volumetrische thermische Ausdehnungskoeffizient des Bremsbelags beispielsweise um mindestens 10 % oder mindestens 20 % entlang der Länge des Bremsschuhs variiert. Die angegebenen Werte des volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten können bei Raumtemperatur (20°C) bestimmt werden.
Alternativ oder zusätzlich können bei der Bremsbacke die räumlich variierenden thermischen Eigenschaften im Bremsbelag des Bremsbacke vorgesehen sein, wobei der Bremsbelag eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann, die in einem Bereich von 0,1 W/(m*K) bis 0,8 W/(m*K) liegt, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Bremsbelags beispielsweise um mindestens 10 % oder mindestens 20 % entlang der Länge der Bremsbacke variiert. Die angegebenen Werte der Wärmeleitfähigkeit können bei Raumtemperatur (20°C) bestimmt werden.
In einem Beispiel sind die räumlich variierenden thermischen Eigenschaften zusätzlich oder alternativ in einem Belagträger der mindestens einen Bremsbacke vorgesehen. Der Belagträger kann beispielsweise Stahl und/oder Gusseisen umfassen.
Bei der Bremsbacke können die räumlich variierenden thermischen Eigenschaften im Belagträger der Bremsbacke vorgesehen sein, wobei der Belagträger beispielsweise eine Wärmekapazität aufweist, die in einem Bereich von 280 J/(Kg*K) bis 420 J/(Kg*K) liegt, wobei die Wärmekapazität des Belagträgers beispielsweise um mindestens 10 % oder mindestens 20 % entlang der Länge der Bremsbacke variiert. Die angegebenen Werte der Wärmekapazität können bei Raumtemperatur (20°C) bestimmt werden.
Alternativ oder zusätzlich können bei der Bremsbacke die räumlich variierenden thermischen Eigenschaften im Belagträger der Bremsbacke vorgesehen sein, wobei der Belagträger beispielsweise einen volumetrischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der in einem Bereich von 24*E-06 1/K bis 36*E-06 1/K liegt, wobei der volumetrische thermische Ausdehnungskoeffizient des Belagträgers beispielsweise um mindestens 10 % oder mindestens 20 % entlang der Länge der Bremsbacke variiert. Die angegebenen Werte des volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten können bei Raumtemperatur (20°C) bestimmt werden.
Alternativ oder zusätzlich können bei der Bremsbacke die räumlich variierenden thermischen Eigenschaften im Belagträger der Bremsbacke vorgesehen sein, wobei der Belagträger beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die in einem Bereich von 8 W/(m*K) bis 18 W/(m*K) liegt, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Belagträgers beispielsweise um mindestens 10 % oder mindestens 20 % entlang der Länge des Bremsbackens variiert. Die angegebenen Werte der Wärmeleitfähigkeit können bei Raumtemperatur (20°C) bestimmt werden.
Die Bremsbacke kann über ihre Länge einen räumlich variierenden Reibkoeffizienten aufweisen. Dies kann dazu beitragen, die gewünschte gleichmäßige Verteilung der Reibung zu erreichen. Der Reib kann z. B. von der führenden zur nachlaufenden Seite zunehmen oder abnehmen.
Sind Segmente der oben beschriebenen Art vorhanden, kann der Reibkoeffizient von einem Segment zum nächsten unterschiedlich sein.
Hierin wird eine Trommelbremsanlage für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Sie umfasst eine Bremstrommel, eine führende Bremsbacke und eine nachlaufende Bremsbacke, wobei mindestens eine der führenden und der nachlaufenden Bremsbacke eine Bremsbacke gemäß irgendeiner der hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsformen ist. Insbesondere können sowohl die führende als auch die nachlaufende Bremsbacke Bremsbacken dieses Typs sein.
Bei dieser Trommelbremsanlage kann vorgesehen sein, dass die Änderung der Wärmekapazität und/oder die Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder die Änderung der Wärmeleitfähigkeit der führenden Bremsbacke größer ist als die Änderung der Wärmekapazität und/oder die Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder die Änderung der Wärmeleitfähigkeit der nachlaufenden Bremsbacke.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert.
Darin zeigen:

1a eine Trommelbremsanlage mit zwei Bremsbacken und eine Druckverteilung über die Länge der Bremsbacken,
1b eine ungleichmäßige Druckverteilung gemäß Stand der Technik,
1c eine gleichmäßige Druckverteilung,
2 zwei Bremsbacken einer Trommelbremsanlage, wobei jede Bremsbacke drei Segmente aufweist,
3a zwei Bremsbacken einer Trommelbremsanlage, wobei jede Bremsbacke zwei in einem Bremsbelag vorgesehene Segmente aufweist,
3b zwei Bremsbacken einer Trommelbremsanlage, wobei jede Bremsbacke drei in einem Bremsbelag vorgesehene Segmente aufweist,
3c zwei Bremsbacken einer Trommelbremsanlage, wobei jede Bremsbacke vier in einem Bremsbelag vorgesehene Segmente aufweist,
4a zwei Bremsbacken einer Trommelbremsanlage, wobei jede Bremsbacke zwei in einem Bremsbelag und in einem Belagträger vorgesehene Segmente aufweist,
4b zwei Bremsbacken einer Trommelbremsanlage, wobei jede Bremsbacke drei in einem Bremsbelag und in einem Belagträger vorgesehene Segmente aufweist, und
5 zwei Bremsbacken einer Trommelbremsanlage, wobei jede Bremsbacke drei in einem Belagträger vorgesehene Segmente aufweist.

1a zeigt schematisch eine Trommelbremsanlage für ein Fahrzeug. Die Trommelbremsanlage hat eine Bremstrommel 40 mit einer Hauptdrehrichtung 41 (durch einen Pfeil gekennzeichnet), die der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs entspricht. Die Trommelbremsanlage umfasst eine Rückplattenanordnung mit zwei Bremsbacken 1, 2. Die Bremsbacken 1, 2 haben jeweils einen Bremsbelag 11, 21, hergestellt aus einem Reibmaterial, und einen Belagträger 12, 22, hergestellt z. B. aus gegossenem Metall oder Stahl. Die Bremsbacken 1, 2 haben jeweils eine Schwenkachse 13, 23 an der Unterseite, wo sie schwenkbar mit einer Rückplatte verbunden sind, und es gibt einen Aktuator 30, der in der Nähe der Oberseite der Bremsbacken vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass er die Bremsbacken 1, 2 zum Bremsen nach außen und gegen die Bremstrommel 40 drückt. Dementsprechend, und mit Blick auf die Hauptdrehrichtung 41 der Bremstrommel, ist die rechte Bremsbacke 1 eine führende Bremsbacke 1 und die linke Bremsbacke 2 eine nachlaufende Bremsbacke.
In 1a ist eine Bremskraftverteilung F1 für die führende Bremsbacke 1 und eine Bremskraftverteilung F2 für die nachlaufende Bremsbacke 2 durch Pfeile angedeutet, wobei längere Pfeile eine höhere Bremskraft und kürzere Pfeile eine geringere Bremskraft anzeigen. Bei beiden Bremsbacken 1, 2 nimmt die Bremskraft von der führenden Kante zur nachlaufenden Kante ab. Außerdem ist die Bremskraft der nachlaufenden Bremsbacke 2 geringer als die Bremskraft an der führenden Bremsbacke 1. Diese Verteilungen sind auf den mechanischen Aufbau der Trommelbremse zurückzuführen und können z. B. zu einer nicht optimalen Bremsleistung sowie zu ungleichmäßiger Erwärmung und Abnutzung führen.
Die 1b und 1c zeigen eine typische ungleichmäßige Kraftverteilung in 1b und eine gleichmäßige Druckverteilung in 1c. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine gleichmäßigere Bremskraftverteilung zu ermöglichen, d.h. von der Kraftverteilung der 1b zur Kraftverteilung der 1c überzugehen.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Bremsanlage mit Bremsbacken ausgestattet wird, wie sie in irgendeiner der folgenden Abbildungen gezeigt und erläutert sind.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Bremsbackenpaares 1, 2, das eine gleichmäßigere Verteilung der Bremskraft bewirken soll.
Die Bremsbacken 1, 2 haben jeweils einen Bremsbelag 11, 21, hergestellt aus einem Reibmaterial, und einen Belagträger 12, 22, hergestellt z. B. aus gegossenem Metall oder Stahl.
Jede der Bremsbacken 1, 2 hat eine Länge, die so gestaltet ist, dass sie sich in Umfangsrichtung der Bremstrommel 40 der Trommelbremsanlage erstreckt, und eine Breite, die so gestaltet ist, dass sie sich in axialer Richtung der Bremstrommel 40 erstreckt.
Die beiden Bremsbacken 1, 2 haben über ihre Länge räumlich variierende thermische Eigenschaften, wobei sich ihre Wärmekapazität und ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient sowie ihre Wärmeleitfähigkeit von ihrer führenden Seite zu ihrer nachlaufenden Seite ändern.
Nämlich nehmen bei der führenden Bremsbacke 1 und der nachlaufenden Bremsbacke 2 die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizient von der führenden Seite der jeweiligen Bremsbacke 1, 2 zu ihrer nachlaufenden Seite hin zu. D.h. bei der führenden Bremsbacke 1 auf der rechten Seite befindet sich die führende Seite oben, und die Parameter nehmen von oben nach unten zu, und bei der nachlaufenden Bremsbacke 2 auf der linken Seite befindet sich die führende Seite unten, und die Parameter nehmen von unten nach oben zu.
Die Idee besteht darin, die thermischen Eigenschaften an den verschiedenen Positionen aufeinander abzustimmen, um relativ konstante Reibungswerte über den gesamten Umfang der Trommel zu erreichen.
In einer Trommelbremsanlage für ein Fahrzeug, wie sie z. B. in 1a dargestellt ist, können die führende Bremsbacke 1 und die nachlaufende Bremsbacke 2 von 2 vorgesehen sein.
Die Änderung der Wärmekapazität und/oder die Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder die Änderung der Wärmeleitfähigkeit der führenden Bremsbacke 1 ist größer als die Änderung der Wärmekapazität und/oder die Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder die Änderung der Wärmeleitfähigkeit der nachlaufenden Bremsbacke 2, wie im Folgenden noch erläutert wird.
Die führende Bremsbacke 1 und die nachlaufende Bremsbacke 2 umfassen jeweils drei Segment S11, S12, S13; S21, S22, S23 mit voneinander abweichenden thermischen Eigenschaften, insbesondere mit unterschiedlicher Wärmekapazität und unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten und unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit.
Die Segmente S11, S12, S13; S21, S22, S23 sind in den Belägen 11, 21 vorgesehen.
Die führende Bremsbacke 1 hat ein erstes Segment S11, das ein führendes Segment bildet, ein zweites Segment S12, das ein mittleres Segment bildet, und ein drittes Segment S13, das ein nachlaufendes Segment bildet. Im zweiten Segment S12, dem mittleren Segment, hat der Bremsbelag 11 eine Wärmekapazität mit einem Nennwert, der in einem Bereich von 5 J/(Kg*K) bis 20 J/(Kg*K), beispielsweise zwischen 7 J/(Kg*K) und 17 J/(Kg*K) liegt, und einen volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten mit einem Nennwert, der in einem Bereich von 100*E-06 1/K bis 300*E-06 1/K, beispielsweise zwischen 130*E-06 1/K und 270*E-06 1/K liegt, und eine Wärmeleitfähigkeit mit einem Nennwert, der in einem Bereich von 0,1 W/(m*K) bis 0,8 W/(m*K), beispielsweise zwischen 0,2 W/(m*K) und 0,7 W/(m*K) liegt. Die Werte sind jeweils bei 20°C angegeben. Im ersten Segment S11 der führenden Bremsbacke 1 weist der Bremsbelag 11 für Wärmekapazität, Wärmeausdehnungskoeffizient und Wärmeleitfähigkeit jeweils einen um 10 bis 20 % reduzierten Nennwert gegenüber dem des mittleren zweiten Segments S12 auf. Im dritten Segment S13, dem nachlaufenden Segment der führenden Bremsbacke 1, weist der Bremsbelag 11 für Wärmekapazität, Wärmeausdehnungskoeffizient und Wärmeleitfähigkeit jeweils einen um 10 bis 20 % erhöhten Nennwert gegenüber dem des mittleren zweiten Segments S12 auf.
Im Fall der nachlaufenden Bremsbacke 2 gibt es ebenfalls ein erstes Segment S21, das ein führendes Segment darstellt, ein zweites Segment S22, das ein mittleres Segment darstellt, und ein drittes Segment S23, das ein nachlaufendes Segment darstellt. Im zweiten Segment S22, dem mittleren Segment, hat der Bremsbelag 21 eine Wärmekapazität mit einem Nennwert, der in einem Bereich von 5 J/(Kg*K) bis 20 J/(Kg*K), beispielsweise zwischen 7 J/(Kg*K) und 17 J/(Kg*K), liegt, und einen volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten mit einem Nennwert, der in einem Bereich von 100*E-06 1/K bis 300*E-06 1/K, beispielsweise zwischen 130*E-06 1/K und 270*E-06 1/K, liegt, und eine Wärmeleitfähigkeit mit einem Nennwert, der in einem Bereich von 0,1 W/(m*K) bis 0,8 W/(m*K), beispielsweise zwischen 0,2 W/(m*K) und 0,7 W/(m*K) liegt. Die Werte sind jeweils bei 20°C angegeben. Im ersten Segment S21 der nachlaufenden Bremsbacke 2 weist der Bremsbelag 21 für Wärmekapazität, Wärmeausdehnungskoeffizient und Wärmeleitfähigkeit jeweils einen um 5 bis 20 % reduzierten Nennwert gegenüber dem des mittleren zweiten Segments S22 auf. Insbesondere kann die Reduzierung kleiner sein als die Reduzierung zwischen den Segmenten S11 und S12 der führenden Bremsbacke 1. Im dritten Segment S23, dem nachlaufenden Segment der nachlaufenden Bremsbacke 2, weist der Bremsbelag 21 für Wärmekapazität, Wärmeausdehnungskoeffizient und Wärmeleitfähigkeit jeweils einen um 10 bis 25 % erhöhten Nennwert gegenüber dem des mittleren zweiten Segments S22 auf. Insbesondere kann diese Erhöhung größer sein als die Erhöhung zwischen den Segmenten S12 und S13 der führenden Bremsbacke 1.
Die Reibmaterialien, die die Beläge bilden, bestehen aus einer Reihe verschiedener Stoffe, die die Reibung, die Haftung und die thermischen Eigenschaften beeinflussen. Die Zusammensetzung dieser Stoffe wird von einem Segment zum nächsten geändert, um die oben genannten Zielwerte zu erreichen, was zu einer homogenen Bremskraft- und Temperaturverteilung über die gesamte Länge der beiden Beläge 11, 21 führt.
Bei den Bremsbacken 1, 2 kann zusätzlich ein räumlich variierender Reibkoeffizient entlang ihrer Länge vorgesehen sein.
3a zeigt ein Paar Bremsbacken 1, 2, eine führende Bremsbacke 1 und eine nachlaufende Bremsbacke 2 umfassend. Jede der Bremsbacken 1, 2 hat zwei Segmente S11, S12; S21, S22, die jeweils im Belag 11, 21 vorgesehen sind. Für jede der Bremsbacken 1, 2 ist die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit des nachlaufenden Segments S12, S22 um mindestens 20 % höher als im führenden Segment S11, S21.
3b zeigt ein Paar Bremsbacken 1, 2, umfassend eine führende Bremsbacke 1 und eine nachlaufende Bremsbacke 2. Jede der Bremsbacken 1, 2 hat drei Segmente S11, S12, S13; S21, S22, S23, die jeweils im Belag 11, 21 vorgesehen sind. Für jede der Bremsbacken 1, 2 nimmt die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit vom jeweiligen führenden Segment S11, S21 zum jeweiligen mittleren Segment S12, S22 um mindestens 10 % zu und steigt dann nochmal, vom jeweiligen mittleren Segment S12, S22 zum jeweiligen nachlaufenden Segment S13, S23, um weitere mindestens 10 %.
3c zeigt ein Paar Bremsbacken 1, 2, umfassend eine führende Bremsbacke 1 und eine nachlaufende Bremsbacke 2. Jede der Bremsbacken 1, 2 hat vier Segmente S11, S12, S13, S14; S21, S22, S23, S24, die jeweils im Belag 11, 21 vorgesehen sind. Für jede der Bremsbacken 1, 2 nimmt die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit vom jeweiligen ersten, führenden Segment S11, S21 zum jeweiligen zweiten Segment S12, S22 um mindestens 5 % zu, um dann wieder vom jeweiligen zweiten Segment S12, S22 zum jeweiligen dritten Segment S13, S23 um weitere mindestens 5 % zuzunehmen, um dann wieder vom jeweiligen dritten Segment S13, S23 zum jeweiligen vierten, nachlaufenden Segment S14, S24 um weitere mindestens 5 % zuzunehmen.
Die 4a und 4b beziehen sich auf Ausführungsformen von Bremsbacken, bei denen in einem Belagträger 12, 22 der Bremsbacke 1, 2 räumlich variierende thermische Eigenschaften vorgesehen sind, wobei der Belagträger 12, 22 Stahl und/oder Gusseisen umfasst. Dabei sind variierende thermische Eigenschaften auch in den Belägen 11, 21 vorgesehen. In diesen Fällen wird eine Kombination von Modifikationen in Belag und Belagträger vorteilhaft ausgenutzt, um das gewünschte Ziel zu erreichen.
Mit Blick auf beide 4a und 4b haben die Belagträger 12, 22 eine Wärmekapazität im Bereich von 280 J/(Kg*K) bis 420 J/(Kg*K), einen volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von 24*E-06 1/K bis 36*E-06 1/K und eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 8 W/(m*K) bis 18 W/(m*K). Insbesondere sind in den Belagträgern 12, 22 Segmente S11, S12; S21, S22 (und S13, S23 im Fall von 4b) vorgesehen, wobei die Wärmekapazität, der volumetrische Wärmeausdehnungskoeffizient und die Wärmeleitfähigkeit der Belagträger 12, 22 von einem Segment zum nächsten variieren, wobei jeder dieser Parameter über die Länge der Bremsbacke 1, 2 von den führenden Segmenten S11, S21 zu den nachlaufenden Segmenten S12, S22 oder S13, S23 um mindestens 10 % zunimmt. Zu diesem Zweck weisen die Belagträger 12, 22 in den verschiedenen Segmenten unterschiedliche Materialzusammensetzungen auf, wobei Wärmekapazität, volumetrischer Wärmeausdehnungskoeffizient und Wärmeleitfähigkeit durch Änderung der Bestandteile oder ihrer Konzentration von einem Segment zum nächsten abgestimmt werden.
Im Fall von 4a sind in jeder Bremsbacke 1, 2 zwei Segmente S11, S12, S21, S22 sowohl im Bremsbelag 11, 21 als auch im Belagträger 12, 22 vorgesehen. Sowohl die Bremsbeläge 11, 21 als auch die Belagträger 12, 22 weisen variierende Wärmekapazität, volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeit auf.
Im Fall von 4b sind in jeder Bremsbacke 1, 2 drei Segmente S11, S12, S13, S21, S22, S23 sowohl im Bremsbelag 11, 21 als auch im Belagträger 12, 22 vorgesehen. Sowohl die Bremsbeläge 11, 21 als auch die Belagträger 12, 22 weisen variierende Wärmekapazität, volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeit auf.
5 zeigt ein Paar Bremsbacken 1, 2, wobei in einem Belagträger 12, 22 der Bremsbacken 1, 2 räumlich variierende thermische Eigenschaften vorgesehen sind, wobei der Belagträger 12, 22 Stahl und/oder Gusseisen umfasst. Dabei nehmen die Wärmekapazität, der volumetrische Wärmeausdehnungskoeffizient und die Wärmeleitfähigkeit der Belagträger 12, 22 von den jeweiligen führenden Segmenten S11, S21 zu den jeweiligen mittleren Segmenten S12, S22 um mindestens 10 % zu und steigen dann nochmals um mindestens 10 % zu den jeweiligen nachlaufenden Segmenten S13, S23. Die Beläge 11, 21 können mit durchgängig konstanten Materialeigenschaften versehen sein.
Bezugszeichenliste:

1: führende Bremsbacke
11: Bremsbelag der führenden Bremsbacke
12: Belagträger der führenden Bremsbacke
13: Schwenkachse der führenden Bremsbacke
S11, S12, S13, S14: Segmente der führenden Bremsbacke
F1: Bremskraftverteilung der führenden Bremsbacke
2: nachlaufende Bremsbacke
21: Bremsbelag der nachlaufenden Bremsbacke
22: Belagträger der nachlaufenden Bremsbacke
23: Schwenkachse der nachlaufenden Bremsbacke
S21, S22, S23, S24: Segmente der nachlaufenden Bremsbacke
F2: Bremskraftverteilung der nachlaufenden Bremsbacke
30: Aktuator
40: Bremstrommel
41: Hauptdrehrichtung

Claims

Bremsbacke (1, 2) für eine Trommelbremsanlage, wobei die Bremsbacke (1, 2) eine Länge aufweist, die dafür eingerichtet ist, sich in einer Umfangsrichtung einer Bremstrommel (40) der Trommelbremsanlage zu erstrecken, und eine Breite, die dafür eingerichtet ist, sich in einer axialen Richtung der Bremstrommel (40) zu erstrecken, wobei die Bremsbacke (1, 2) entlang ihrer Länge räumlich variierende thermische Eigenschaften aufweist, insbesondere eine Änderung der Wärmekapazität und/oder eine Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder eine Änderung der Wärmeleitfähigkeit.
Bremsbacke (1, 2) nach Anspruch 1, mit einer führenden Seite und einer nachlaufenden Seite, wobei die Wärmekapazität und/oder die Wärmeleitfähigkeit und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient von der führenden Seite der Bremsbacke (1) zur nachlaufenden Seite hin zunimmt.
Bremsbacke (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens zwei Segmente (S11, S12, S21, S22), insbesondere mindestens drei Segmente (S11, S12, S13, S21, S22, S23), mit voneinander unterschiedlichen thermischen Eigenschaften, insbesondere mit voneinander unterschiedlicher Wärmekapazität und/oder unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit.
Bremsbacke (1, 2) nach Anspruch 3, wobei die mindestens zwei Segmente (S11, S12, S21, S22) oder die mindestens drei Segmente (S11, S12, S13, S21, S22, S23) in einem Bremsbelag (11, 21) und/oder in einem Belagträger (12, 22) der mindestens einen Bremsbacke (1, 2) vorgesehen sind.
Bremsbacke (1, 2) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die mindestens zwei Segmente (S11, S12, S21, S22) oder die mindestens drei Segmente (S11, S12, S13, S21, S22, S23) ein erstes Segment (S11, S21), das ein führendes Segment ist, und ein zweites Segment (S12, S22), das an das erste Segment (S11, S21) angrenzt, umfassen, wobei die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit in dem ersten Segment (511, S21) mindestens 5 % oder mindestens 10 % geringer ist als die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit in dem zweiten Segment (S12, S22).
Bremsbacke (1, 2) nach Anspruch 5, umfassend ein drittes Segment (S13, S23), das an das zweite Segment (S12, S22) angrenzt, wobei die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit in dem dritten Segment (S13, S23) mindestens 5 % oder mindestens 10 % größer ist als die Wärmekapazität und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder die Wärmeleitfähigkeit in dem zweiten Segment (S12, S22).
Bremsbacke (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die räumlich variierenden thermischen Eigenschaften in einem Bremsbelag (11, 21) der Bremsbacke (1, 2) vorgesehen sind, wobei der Bremsbelag aufweist: - eine Wärmekapazität, die in einem Bereich von 5 J/(Kg*K) bis 20 J/(Kg*K) liegt, wobei die Wärmekapazität des Bremsbelags (11, 21) entlang der Länge der Bremsbacke (1, 2) um mindestens 10 % oder mindestens 20 % variiert, und/oder - einen volumetrischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der in einem Bereich von 100*E-06 1/K bis 300*E-06 1/K liegt, wobei der volumetrische thermische Ausdehnungskoeffizient des Bremsbelags (11, 21) um mindestens 10 % oder mindestens 20 % entlang der Länge der Bremsbacke (1, 2) variiert, und/oder - eine Wärmeleitfähigkeit, die in einem Bereich von 0,1 W/(m*K) bis 0,8 W/(m*K) liegt, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Bremsbelags (11, 21) um mindestens 10 % oder mindestens 20 % entlang der Länge der Bremsbacke (1, 2) variiert.
Bremsbacke (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die räumlich variierenden thermischen Eigenschaften in einem Belagträger (12, 22) der Bremsbacke (1, 2) vorgesehen sind, wobei der Belagträger (12, 22) Stahl und/oder Gusseisen umfasst.
Bremsbacke (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die räumlich variierenden thermischen Eigenschaften in einem Belagträger (12, 22) der Bremsbacke (1, 2) vorgesehen sind, wobei der Belagträger (12, 22) aufweist: - eine Wärmekapazität, die in einem Bereich von 280 J/(Kg*K) bis 420 J/(Kg*K) liegt, wobei die Wärmekapazität des Belagträgers (12, 22) entlang der Länge der Bremsbacke (1, 2) um mindestens 10 % oder mindestens 20 % variiert, und/oder - einen volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der in einem Bereich von 24*E-06 1/K bis 36*E-06 1/K liegt, wobei der volumetrische Wärmeausdehnungskoeffizient des Belagträgers (12, 22) entlang der Länge der Bremsbacke (1, 2) um mindestens 10 % oder mindestens 20 % variiert, und/oder - eine Wärmeleitfähigkeit, die in einem Bereich von 8 W/(m*K) bis 18 W/(m*K) liegt, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Belagträgers (12, 22) entlang der Länge der Bremsbacke (1, 2) um mindestens 10 % oder mindestens 20 % variiert.
Bremsbacke (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremsbacke (1, 2) einen über ihre Länge räumlich variierenden Reibkoeffizienten aufweist.
Trommelbremsanlage für ein Fahrzeug, mit einer Bremstrommel (40), einer führenden Bremsbacke (1) und einer nachlaufenden Bremsbacke (2), wobei zumindest eine der führenden Bremsbacke (1) und der nachlaufenden Bremsbacke (2) eine Bremsbacke nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist, wobei insbesondere sowohl die führende Bremsbacke (1) als auch die nachlaufende Bremsbacke (2) Bremsbacken nach einem der vorhergehenden Ansprüche sind.
Trommelbremsanlage nach Anspruch 11, wobei die Änderung der Wärmekapazität und/oder die Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder die Änderung der Wärmeleitfähigkeit der führenden Bremsbacke (1) größer ist als die Änderung der Wärmekapazität und/oder die Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder die Änderung der Wärmeleitfähigkeit der nachlaufenden Bremsbacke (2).