DE112009004943B4 - Bremssystem und Verfahren zum Erzeugen von Reibmaterial - Google Patents

Abstract

Bremssystem, aufweisend: ein erstes Reibungsmaterial (100a) mit einer ersten Reibungsoberfläche (101); und ein zweites Reibungsmaterial (200a) mit einer zweiten Reibungsoberfläche (201), die sich in Bezug auf die erste Reibungsoberfläche (101) bewegt, wobei die erste Reibungsoberfläche (101) erste Vorsprünge (102) beinhaltet, und wobei die zweite Reibungsoberfläche (201) eine Mehrzahl von zweiten Vorsprüngen (202) beinhaltet, die entlang der Bewegungsrichtung der zweiten Reibungsoberfläche (201) in Bezug auf die erste Reibungoberfläche (101) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vorsprünge (102) in einer Richtung senkrecht zu der zweiten Reibungsoberfläche (201) elastisch getragen werden, alle von einer Mehrzahl der ersten Vorsprünge (102) oder alle von einer Mehrzahl der zweiten Vorsprünge (202) in entweder einer kugeligen Form oder einer halbkugeligen Form der gleichen Größe ausgebildet sind und nahe beieinander in entweder der ersten Reibungsoberfläche (101) oder in der zweiten Reibungsoberfläche (201) angeordnet sind, und dass, wenn die erste Reibungsoberfläche (101) sich in Bezug auf die zweite Reibungsoberfläche (201) bewegt, die ersten Vorsprünge (102) an den jeweiligen zweiten Vorsprüngen (202) kontinuierlich anstoßen, und nur die Bereiche im Anschluß an die Spitzen der ersten Vorsprünge (102), die innerhalb eines Bereichs von 3% der Höhe der Spitzen der ersten Vorsprünge (102) ab der Reibungsoberfläche (101) liegen, und die Bereiche im Anschluß an die Spitzen der zweiten Vorsprünge (202), die innerhalb eines Bereichs von 3% der Höhe der Spitzen der zweiten Vorsprünge (202) ab der Reibungsoberfläche (201) liegen, aneinander anstoßen.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem, und insbesondere ein Bremssystem, das ein Paar von Reibmaterialien mit einer Reibungsoberfläche aufweist.
• Technischer Hintergrund
• Ein Bremssystem bestehend aus einem Belag und einer Scheibe (Platte) einer herkömmlichen Bremse für ein Automobil ist eine Kombination aus einer relativ harten Komponente und einer relativ weichen Komponente. Daher weist das herkömmliche Bremssystem ein Problem dahingehend auf, dass die Wirkung der Bremse schlecht ist oder entweder die harte oder die weiche Komponente zum Verschleiß neigt. In einem Bremssystem, in dem z. B. ein Nichtstahlbelag bestehend aus einer weichen Komponente aus Harzbasis und ein harter Gusseisenrotor zusammen kombiniert werden, und eine Reibungskraft durch Adhäsionsreibung erzeugt wird, besteht dahingehend das Problem, dass die Wirkung der Bremse schlecht ist. Zusätzlich besteht in einem Bremssystem, in dem ein Niedrigstahlbelag bestehend aus Hartstahlfasern und eine weichere Gusseisenscheibe miteinander kombiniert werden, und eine Reibungskraft durch Abrieb erzeugt wird, dahingehend ein Problem, dass der Rotor stark verschleißt.
• Somit offenbart z. B. die JP 2002-257168 A einen Bremsbelag, der dadurch erzeugt wird, dass ein Verbundmaterialabschnitt, der aus zumindest Siliciumcarbid und Metall in einem vorbestimmten Verhältnis besteht und eine hervorragende Verschleißfestigkeit aufweist, auf der Oberfläche eines Basismaterials eines C/C-Verbundes, bei dem es sich um eine Verbundkohlefaser, eine Bremsscheibe und eine Bremse bestehend aus dem Bremsbelag handelt, angeordnet und ausgebildet wird, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern.
• Aus der US 4,291,794 ist eine Bremsanordnung bekannt, bei welcher die Oberflächen der jeweiligen Bremselemente mechanisch bearbeitet, genauer gesagt, geglättet, werden, um dadurch insbesondere die Anfangsabnutzung der Inbetriebnahme der Bremse zu vermeiden. Eine Bremsanordnung mit elastisch gelagerten Reibelementen ist Gegenstand der US 2005/0039992 A1 . Ferner offenbart die DE 101 30 395 A1 einen Reibwerkstoff mit zwei oder mehr Werkstoffkomponenten, der dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens zwei Werkstoffkomponenten für sich jeweils einen in drei Raumrichtungen durchgängigen Verbund bilden und daß diese Werkstoffkomponenten im Reibwerkstoff in Form von sich gegenseitig durchdringenden Netzwerken ausgebildet sind. Zudem werden ein Reibelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Reibwerkstoffs vorgeschlagen.
• Kurzfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• In dem Bremssystem, in dem die harten Materialien auf sowohl dem Belag als auch der Scheibe angeordnet sind, wie vorstehend beschrieben, besteht dahingehend ein Vorteil, dass der Verschleiß auf sowohl Belag als auch Scheibe sehr gering ist. In dem Bremssystem, in dem die harten Materialien auf sowohl dem Belag als auch der Scheibe angeordnet sind, wie vorstehend beschrieben, sind die Reibkräfte (Reibungskoeffizient) des Belags und der Scheibe nicht notwendigerweise hoch, und die Stabilität der Reibungskräfte is ebenfalls niedrig.
• Die Erfindung ist unter Berücksichtigung dieser Umstände entwickelt worden, und es ist eine Aufgabe derselben, ein Bremssystem zu schaffen, das eine hohe Reibungskraft erhalten kann, ohne dass dies zu Lasten der Verschleißfestigkeit geht.
• Lösung der Aufgabe
• Die Erfindung schafft ein Bremssystem nach Anspruch 1, das ein erstes Reibungsmaterial mit einer ersten Reibungsoberfläche und ein zweites Reibungsmaterial mit einer zweiten Reibungsoberfläche, die sich in Bezug auf die erste Reibungsoberfläche bewegt, beinhaltet. Die erste Reibungsoberfläche beinhaltet erste Vorsprünge, die in einer Richtung senkrecht zu der zweiten Reibungsoberfläche elastisch getragen sind. Die zweite Reibungsoberfläche beinhaltet eine Mehrzahl von zweiten Vorsprüngen, die entlang der Bewegungsrichtung der zweiten Reibungsoberfläche in Bezug auf die Reibungsoberfläche angeordnet sind. Alle von einer Mehrzahl der ersten Vorsprünge oder alle von einer Mehrzahl der zweiten Vorsprünge sind in entweder einer kugeligen Form oder einer halbkugeligen Form der gleichen Größe ausgebildet und nahe beieinander in entweder der ersten Reibungsoberfläche oder in der zweiten Reibungsoberfläche angeordnet. Wenn die erste Reibungsoberfläche sich in Bezug auf die zweite Reibungsoberfläche bewegt, stoßen die ersten Vorsprünge an den jeweiligen zweiten Vorsprüngen kontinuierlich an, und nur die Bereiche im Anschluß an die Spitzen der ersten Vorsprünge, die innerhalb eines Bereichs von 3% der Höhe der Spitzen der ersten Vorsprünge ab der Reinbungsoberfläche liegen, und die Bereiche im Anschluß an die Spitzen der zweiten Vorsprünge, die innerhalb eines Bereichs von 3% der Höhe der Spitzen der zweiten Vorsprünge ab der Reinbungsoberfläche liegen stoßen aneinander an.
• Gemäß dieser Konfiguration in einem Bremssystem einschließlich eines ersten Reibungsmaterials mit einer ersten Reibungsoberfläche, und eines zweiten Reibungsmaterials mit einer zweiten Reibungsoberfläche, die sich in Bezug auf die erste Reibungsoberfläche bewegt, beinhaltet die erste Reibungsoberfläche erste Vorsprünge, die in einer Richtung senkrecht zu der zweiten Reibungsoberfläche elastisch getragen sind, beinhaltet die zweite Reibungsoberfläche eine Mehrzahl von zweiten Vorsprüngen, die entlang der Bewegungsrichtung der zweiten Reibungsoberfläche in Bezug auf die erste Reibungsoberfläche angeordnet sind, und wenn die erste Reibungsoberfläche sich in Bezug auf die zweite Reibungsoberfläche bewegt, stoßen die ersten Vorsprünge an den jeweiligen zweiten Vorsprüngen kontinuierlich an, während sie in einer Richtung senkrecht zu der zweiten Reibungsoberfläche verschoben werden. Daher kann die Verschleißfestigkeit im Vergleich zu einem Bremssystem verbessert werden, das hauptsächlich Abrasivreibung erfährt.
• Da nur die Bereiche in der Nähe der Spitzen der ersten Vorsprünge und die Bereiche in der Nähe der Spitzen der zweiten Vorsprünge aneinander anstoßen, folgen die ersten Vorsprünge Unregelmäßigkeiten der zweiten Reiboberfläche nicht, und die ersten Vorsprünge und die zweiten Vorsprünge wiederholen einen Punktkontakt (Haftreibung). Da dabei der Abstand zwischen den ersten Vorsprüngen und den zweiten Vorsprüngen stabilisiert ist und die Adhäsionsreibungskraft zwischen der ersten Reiboberfläche und der zweiten Reiboberfläche stabilisiert ist, kann eine stabile Reibungskraft erhalten werden.
• Da außerdem die Vibration der ersten Vorsprünge niedrig ist und die ersten Vorsprünge elastisch getragen sind, so dass sie einen großen Dämpfungskoeffizienten aufweisen, kann eine Wärmeaustauscheffizienz erhöht und eine höhere Reibungskraft erhalten werden.
• Gemäß dieser Konfiguration werden im Wesentlichen die gleichen Arbeitseffekte wie in einem Fall gezeigt, wo nur die Spitzen der ersten Vorsprünge und die Spitzen der zweiten Vorsprünge aneinander stoßen. Der Abstand zwischen den ersten Vorsprüngen und den zweiten Vorsprüngen ist daher stabilisiert und die Adhäsionsreibungskraft zwischen der ersten Reibungsoberfläche und der zweiten Reibungsoberfläche ist stabilisiert. Somit kann eine stabile Reibungskraft erhalten werden. Da zusätzlich die Vibration der ersten Vorsprünge gering ist und die ersten Vorsprünge elastisch getragen sind, so dass sie einen großen Dämpfungskoeffizienten aufweisen, kann eine Wärmeaustauscheffizienz erhöht und eine höhere Reibungskraft erhalten werden.
• In diesem Fall beinhaltet das Bremssystem ferner ein weiches Element, das die Umfänge von entweder den ersten Vorsprüngen oder den zweiten Vorsprüngen bedeckt und weicher als die ersten Vorsprünge und die zweiten Vorsprünge ist, und das weiche Material liegt nur in den Bereichen der ersten Vorsprünge, die innerhalb des Bereichs von 3% der Höhe der Spitzen der ersten Vorsprünge liegen, und in den Bereichen der zweiten Vorsprünge, die innerhalb des Bereichs von 3% der Höhe der Spitzen der zweiten Vorsprünge liegen, frei.
• Gemäß dieser Konfiguration beinhaltet das Bremssystem zudem ein weiches Element, das die Umfange von entweder den ersten Vorsprüngen oder den zweiten Vorsprüngen bedeckt. Das weiche Material liegt nur in den Bereichen in der Nähe der Spitzen der ersten Vorsprünge und in den Bereichen in der Nähe der zweiten Vorsprünge frei. Selbst in einem Fall, wo die Bewegungsgeschwindigkeit niedrig ist, folgen die ersten Vorsprünge keinen Unregelmäßigkeiten der zweiten Reibungsoberfläche, und es kann eine stabilere Reibungskraft erhalten werden. Außerdem folgen selbst in einem Fall, wo die Bewegungsgeschwindigkeit niedrig ist, die ersten Vorsprünge keinen Unregelmäßigkeiten der zweiten Reibungsoberfläche. Daher kann eine Vibration oder ein Geräusch der ersten Vorsprünge verhindert werden.
• Zusätzlich sind vorzugsweise die ersten Vorsprüngen oder die zweiten Vorsprüngen in entweder einer sechseckigen gitterartigen Anordnung oder einer viereckigen gitterartigen Anordnung in entweder der ersten Reibungsoberfläche oder in der zweiten Reibungsoberfläche angeordnet.
• Da gemäß dieser Konfiguration entweder jeder die ersten Vorsprünge oder die zweiten Vorsprünge in entweder einer einer sechseckigen gitterartigen Anordnung oder einer viereckigen gitterartigen Anordnung in entweder der ersten Reibungsoberfläche oder in der zweiten Reibungsoberfläche angeordnet ist, ist die Produktion unaufwändig. Zusätzlich erreicht die Dichte der Vorsprünge pro Flächeneinheit einen hohen Wert. Dadurch wird die Häufigkeit, mit der die Vorsprünge miteinander pro Zeiteinheit in Kontakt gelangen, erhöht, und eine große Reibungsoberfläche kann erhalten werden.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Gemäß dem Bremssystem der Erfindung kann eine stabilere Reibungskraft, die nicht zu Lasten der Abnutzungsfähigkeit geht, erhalten werden.
• [Kurzbeschreibung der Zeichnung]
• 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Belag und eine Scheibe zeigt, die auf eine erste Ausführungsform bezogen sind.
• 2 ist eine Draufsicht, die die Reibungsoberfläche des Belags bezogen auf die erste Ausführungsform zeigt.
• 3A bis 3C sind Seitenansichten, die den Kontaktzustand zwischen dem Belag und der Scheibe bezogen auf die erste Ausführungsform zeigen.
• 4 ist eine Draufsicht, die eine herkömmliche Reibungsoberfläche zeigt.
• 5A bis 5C sind Seitenansichten, die den Kontaktzustand zwischen einem Belag und einer Scheibe bezogen auf die herkömmliche Technik zeigen.
• 6 ist eine Ansicht, die die Folgefähigkeit von harten Partikeln durch ein Modell zeigt, das den Dämpfungskoeffizienten und den Federkoeffizienten des Belags zeigt.
• 7 ist ein Graph, der eine Verschiebung von Massepunkten der harten Partikel in Bezug auf die Reibungsoberfläche der Scheibe in einem Fall zeigt, in dem der Dämpfungskoeffizient zu groß ist und Unregelmäßigkeiten der Reibungsoberfläche der Scheibe nicht folgt.
• 8 ist ein Graph, der eine Verschiebung von Massepunkten der harten Partikel in Bezug auf die Reibungsoberfläche der Scheibe in einem Fall zeigt, wo der Dämpfungskoeffizient klein oder die Drehzahl der Scheibe langsam ist.
• 9A sind Seitenansichten, die den Kontaktzustand zwischen dem Belag und der Scheibe bezogen auf die zweite Ausführungsform zeigen.
• 10A bis 10C sind Seitenansichten, die den Kontaktzustand zwischen dem Belag und der Scheibe bezogen auf die herkömmliche Technik in einem Fall zeigen, wo der Dämpfungskoeffizient groß und die Drehzahl der Scheibe langsam ist.
• 11 ist eine Draufsicht, die die Reibungsoberfläche eines Belags bezogen auf eine dritte Ausführungsform zeigt.
• 12 ist eine Draufsicht, die die Reibungsoberfläche eines Belags bezogen auf eine vierte Ausführungsform zeigt.
• 13 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel der tragenden Struktur eines Belags bezogen auf eine fünfte Ausführungsform zeigt.
• 14 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für die tragende Struktur eines Belags bezogen auf eine sechste Ausführungsform zeigt.
• 15 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel für die tragende Struktur bezogen auf eine siebte Ausführungsform zeigt.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Im Folgenden wird ein Bremssystem bezogen auf die Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
• In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird das Bremssystem bezogen auf die Erfindung auf eine Scheibenbremse eines Automobils angewendet. Wie in 1 gezeigt ist, erzeugt die Scheibenbremse eine Reibungskraft, während ein Belag 100a gegen die rotierende Scheibe 200a gedrückt wird.
• Wie in 2 gezeigt ist, bei der es sich um eine Draufsicht auf den Belag 100a handelt, der aus einer y-Richtung von 1 gesehen wird, ist eine Mehrzahl von kugelförmigen harten Partikeln 102 regelmäßig auf der Reibungsoberfläche 101 des Belags 100a angeordnet. Der Durchmesser der harten Partikel 102 beträgt 5 bis 20 μm und vorzugsweise 8 bis 15 μm. Die harten Partikel 102 bestehen aus Keramik, wie z. B. Si₃N₄, Al₂O₃ und ZrO₂.
• Wie in 3A bis 3C gezeigt ist, bei denen es sich um Seitenansichten des Belags 100a und der Scheibe 200a aus einer z-Richtung von 1 handelt, sind eine Mehrzahl von Reihen von Vorsprüngen 202 entlang einer Richtung angeordnet, in der die Scheibe 200a auf dem Belag 100a gleitet, auch auf einer Reibungsoberfläche 201 der Scheibe 200a. Die harten Partikel 102 und die Vorsprünge 202 sind gleich groß. Wenn die Scheibe 200a auf dem Belag 100a gleitet, sind die harten Partikel 102 und die Vorsprünge 202 derart angeordnet, dass die mittleren Bereiche derselben aneinander anstoßen.
• Die harten Partikel 102 des Belags 100a und die Vorsprünge 202 der Scheibe 200a weisen eine solche Härte auf, dass die harten Partikel und die Vorsprünge während eines Bremsvorgangs nicht verschleißen oder weisen vorzugsweise eine Mohs-Härte von 9 oder mehr auf. Zusätzlich sind die harten Partikel 102 des Belags 100a und die Vorsprünge 202 der Scheibe 200a aus der gleichen Materialart gefertigt oder sind – vorzugsweise aus einem Material mit der gleichen Mohs-Härte gefertigt.
• Die harten Partikel 102 werden durch einen elastischen Tragekörper elastisch getragen, wie z. B. eine organische Verbindung (Beimengung, die organische Inhaltsstoffe auf Harzbasis enthält, wie z. B. 50% oder mehr), so dass der Belag 100a eine vorbestimmte Federkonstante und einen vorbestimmten Dämpfungskoeffizienten aufweist. Wenn daher, wie in 3A bis 3C gezeigt ist, die Scheibe 200a auf dem Belag 100a gleitet, stoßen die harten Partikel kontinuierlich an den jeweiligen Vorsprüngen 202 an. Zusätzlich stoßen dabei die harten Partikel und die Vorsprünge nur innerhalb eines Bereichs von 2 bis 3% der Höhe der Spitzen der harten Partikel 102 ab der Reibungsoberfläche 101 nahe der Spitzen der harten Partikel 102 und innerhalb eines Bereichs von 2 bis 3% der Höhe der Spitzen der Vorsprünge 202 nahe der Spitzen der Vorsprünge 202 aneinander.
• Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der Arbeitseffekte des Bremssystems der vorliegenden Ausführungsform. Im Allgemeinen sind zwei Arten von Einflüssen, nämlich eine Adhäsionsreibung und eine thermische Umwandlung, die durch Dämpfung bewirkt wird, in dem Trockenreibphänomen zwischen harten Elementen mit geringem Härteunterschied erheblich. Darüber hinaus handelt es sich bei der vorstehend beschriebenen Abrasivreibung um den Grundsatz, das ein hartes Reibungsmaterial ein anderes weicheres Reibungsmaterial abschabt und geringen Einfluss auf das Trockenreibungsphänomen zwischen harten Elementen mit geringem Härteunterschied aufweist.
• Der Grundsatz der thermischen Umwandlung, die durch Dämpfung bewirkt wird, ist der, dass, wenn die harten Teilchen 102 so getragen werden, dass sie einen vorbestimmten Dämpfungskoeffizienten aufweisen, dadurch, dass die elastisch getragenen harten Teilchen 102 durch die Vorsprünge 202 getragen werden, die kinetische Energie der Scheibe 200a thermisch umgewandelt werden kann, um eine Entschleunigung herbeizuführen.
• Was den herkömmlichen Belag 10a angeht, wie in 4 gezeigt ist, werden hier die harten Partikel 102 durch die Reibungsoberfläche 101 elastisch getragen, ohne die Intervalle zwischen den harten Partikeln 102, die Federkonstante und den Dämpfungskoeffizienten zu beachten. Insbesondere in einem Fall, wo der Dämpfungskoeffizient gering ist, wie in 5A bis 5C gezeigt ist, vibrieren die harten Partikel 102 in der senkrechten Richtung y der Reibungsoberfläche 201, wenn die Scheibe 20a auf dem Belag 10a gleitet. Die Presslast des Belags 10a gegen die Scheibe 20a wird instabil. Der Abstand zwischen den harten Partikeln 102 und den Vorsprüngen 202 wird instabil. Daher wird die Adhäsionsreibungskraft instabil. Zusätzlich wird der Wärmeaustausch ebenfalls weniger effizient.
• Somit werden in der vorliegenden Ausführungsform die harten Partikel 102 entsprechend der Reibungsoberfläche 101 regelmäßiger und dichter angeordnet. Zusätzlich trägt die Reibungsoberfläche 101 die harten Partikel 102 so elastisch, dass sie einen Dämpfungskoeffizienten über einem Grad aufweist, bei dem die harten Partikel 102 den Vorsprüngen 202 nicht folgen können.
• Nachstehend wird die Folgefähigkeit der harten Partikel 102 zu den Vorsprüngen 202 erörtert. Wie in 6 gezeigt ist, wird davon ausgegangen, dass die harten Partikel 102 an den sinusförmigen Vorsprüngen 202 mit einer Amplitude A anstoßen und verschoben werden. Es wird angenommen, dass die harten Partikel 102, die eine Masse m aufweisen, so getragen werden, dass sie durch ein elastisches Element mit einer Federkonstante K und einem Dämpfungskoeffizienten C gegen die Vorsprünge 202 mit einer Druckkraft W gedrückt werden. Der Winkel, den die Oberfläche eines Vorsprungs 202 mit der horizontalen Oberfläche macht, ist als θ definiert.
• Unter der Annahme, dass die Geschwindigkeit V, mit der die Scheibe 200a auf dem Belag 100a gleitet, in den jeweiligen Zuständen der harten Partikel 102 konstant ist, wie in 6 gezeigt ist, wird der nachstehende Ausdruck (1) hergeleitet. x = Vt (1)
• (1) Folgen
• (1) Angenommen, eine Verschiebung der harten Partikel 102 in der y-Richtung wird entsprechend dem nachstehenden Ausdruck (2) bestimmt, wenn die harten Partikel 102 den Vorsprüngen 202 folgen, dann wird die Bedingung des Folgens zum nachstehenden Ausdruck (3). y = f(x) (2) F ≥ 0 (3)
• Dementsprechend werden die nachstehenden Ausdrücke (4) und (5), die vorstehend beschrieben sind, hergeleitet. tanθ = dy/dx (4) mÿ = Fcosθ – Ky – Cẏ – W (5)
• Zusätzlich wird der nachstehende Ausdruck (6) anhand des Ausdrucks (5) hergeleitet. F = 1 / cosθ(Ky + Cẏ + mÿ + W) (6)
• (2) Nichtfolgen
• Die Bedingung des Nichtfolgens ist der nachstehende Ausdruck (7). F > 0 (7)
• Dementsprechend wird der nachstehende Ausdruck (8) hergeleitet. ÿ = 1 / m(–Ky – Cẏ – W) (8)
• (3) (Federkraft + W) und Dämpfungskraft werden im Nichtfolgen kompensiert.
• Die Bedingung, in der eine (Federkraft + W) und eine Dämpfungskraft im Nichtfolgen kompensiert werden, ist folgender Ausdruck (9). –Ky–Cẏ – W > 0 (9)
• Dementsprechend wird der nachstehende Ausdruck (10) hergeleitet. ẏ = 1 / C(–Ky – W) (10)
• (4) Landebedingung (wird anschließend zu (1) Folgen)
• Die Bedingung, in der ein hartes Partikel 102 am Fuß eines Vorsprungs 202 landet, entspricht dem folgenden Ausdruck (11). y ≤ A(1 – cosx) (11)
• Die Erfinder implementierten in den vorstehenden Modellen eine numerische Berechnung. Es wird davon ausgegangen, dass die Masse eines Massepunktes eines harten Partikels 4,1 × 10^–12 kg ist, und dass die spezifische Schwerkraft 7,85 g/cm³ ist, unter der Annahme, dass der Durchmesser der harten Partikel 102 10 μm ist. Das spezifische Gewicht von 7,85 g/cm³ ist gleich dem spezifischen Gewicht von Eisen. Es wird angenommen, dass die Geschwindigkeit V, bei der die Reibungsoberfläche 201 der Scheibe 200a gleitet, 5,56 m/s ist. Die Geschwindigkeit V = 5,56 m/s entspricht einem Fall, wo die Fahrzeuggeschwindigkeit eines Automobils 40 km/h beträgt. Es wird davon ausgegangen, dass die Last W 4,7 × 10^–4 N ist. Die Last W = 4,7 × 10^–4 N ist 1 MPa und die Dichte (das Dichteverhältnis) ist gleich 0,1.
• In den vorstehenden Bedingungen wird davon ausgegangen, dass die Konstante K 100 N/m ist. Es wird davon ausgegangen, dass der Dämpfungskoeffizient C 0,2 N/(m/s) ist. Angenommen, eine Feder, deren Federkonstante K 1000 N/mm pro 1 mm² ist, wird durch 10 × 10 μm geteilt, so wird die Federkonstante K 100 N/m. Da in einem Fall, wo der elastische Körper Gummi ist, der Dämpfungskoeffizient C etwa 0,2 bis 0,3% der Federkonstante K ist, wird der Dämpfungskoeffizient von C = 0,2 N/(m/s) anhand der Eigenschaften einer Gummimuffe zitiert. Da in diesem Fall der Dämpfungskoeffizient C groß ist, wie in 7 gezeigt ist, folgen die harten Partikel 102 den Vorsprüngen 202 nicht mehr.
• Es wird andererseits davon ausgegangen, dass der Dämpfungskoeffizient C 0,0005 N/(m/s) ist, wobei es sich um einen kleineren Wert handelt. Da in diesem Fall der Dämpfungskoeffizient C klein ist, folgen die harten Partikel 102 den Vorsprüngen nicht vollständig, wie in 8 gezeigt ist. Hingegen vibriert der geometrische Ort eines Kontaktpunktes. Selbst wenn der Dämpfungskoeffizient C der gleiche ist, ist auch in einem Fall, wo die Fahrzeuggeschwindigkeit eines Automobils langsam ist, außerdem die Drehzahl der Scheibe 200a niedrig, und wenn die Geschwindigkeit V niedrig ist, wie in 8 gezeigt ist, vibrieren die harten Partikel 102.
• In dem Bremssystem der vorliegenden Ausführungsform, das den Belag 100a, der die Reibungsoberfläche 101 aufweist, und die Scheibe 200a beinhaltet, die die Reibungsoberfläche 201 aufweist, die auf der Reibungsoberfläche 101 gleitet, beinhaltet die Reibungsoberfläche 201 die harten Partikel 102, die in der Richtung senkrecht zu der Reibungsoberfläche 201 elastisch getragen werden, und die Reibungsoberfläche 201 beinhaltet die Mehrzahl der Vorsprünge 202, die entlang der Richtung angeordnet sind, in der die Reibungsoberfläche 201 auf der Reibungsoberfläche gleitet, und wenn die Reibungsoberfläche 201 auf der Reibungsoberfläche 101 gleitet, stoßen die harten Partikel 102 an den jeweiligen Vorsprüngen 202 kontinuierlich an, während sie in der Richtung senkrecht zu der Reibungsoberfläche 201 verschoben werden. Daher kann die Verschleißfestigkeit im Vergleich zu einem Bremssystem, das hauptsächlich eine Abrasivreibung aufweist, verbessert werden.
• Da außerdem die harten Partikel und die Vorsprünge nur in einem Bereich von 2 bis 3% der Höhe der Spitzen der harten Partikel 102 in der Nähe der Spitzen der harten Partikel 102, und innerhalb eines Bereichs von 2 bis 3% der Höhe der Spitzen der Vorsprünge 202 in der Nähe der Spitzen der Vorsprünge 202 aneinander anstoßen, folgen die harten Partikel den Unregelmäßigkeiten der Reibungsoberfläche 201 nicht, und die harten Partikel 102 und die Vorsprünge 202 wiederholen den Punktkontakt (Adhäsionsreibung). Da dabei der Abstand zwischen den harten Partikeln 102 und den Vorsprüngen 202 stabilisiert wird und die Adhäsionsreibungskraft zwischen der Reibungsoberfläche 101 und der Reibungsoberfläche 201 stabilisiert wird, kann als Ergebnis eine stabile Reibungskraft erhalten werden.
• Darüber hinaus ist die Vibration der harten Partikel 102 gering, und die harten Partikel sind elastisch getragen, so dass sie eine hohen Dämpfungskoeffizienten aufweisen, und daher kann der Wirkungsgrad des Wärmetauschenss erhöht werden und eine höhere Reibkraft kann erzielt werden.
• Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Wie in 9A gezeigt ist, werden in einem Bremssystem der vorliegenden Ausführungsform die Räume zwischen den harten Partikeln 102 eines Belags 100b mit einem separaten Element 103 befüllt, das weicher ist als die harten Partikel 102, z. B. Harz. Die harten Partikel sind vom Harz 103 nur innerhalb eines Bereichs von 2 bis 3% der Höhe der Spitzen der harten Partikel 102 ab der Reibungsoberfläche 101 in der Nähe der Spitzen der harten Partikel 102 freigelegt.
• In diesem Fall müssen die Räume zwischen den harten Partikeln 102 nicht mit einem separaten Element befüllt werden, und die Räume zwischen den Vorsprüngen 202 der Scheibe 200b können mit einem separaten Element befüllt werden, das weicher ist als die Vorsprünge 202, beispielsweise Harz. Die Vorsprünge können von einem separaten Element, wie z. B. Harz, nur innerhalb eines Bereichs von 2 bis 3% der Höhe der Spitzen der Vorsprünge 202 ab der Reibungsoberfläche 201 in der Nähe der Spitzen der Vorsprünge 202 freigelegt sein bzw. überstehen.
• Alternativ können die Räume zwischen den harten Partikeln 102 und den Räumen zwischen den Vorsprüngen 202 mit einem separaten Element befüllt werden, das weicher als die harten Partikel 102 und die Vorsprünge 202 ist, z. B. Harz. In diesem Fall können die harten Partikel und die Vorsprünge nur innerhalb eines Bereichs von 3% der Höhe der Spitzen der harten Partikel 102 ab der Reibungsoberfläche 101 in der Nähe der Spitzen der harten Partikel 102 und innerhalb eines Bereichs von 2 bis 3% der Höhe der Spitzen der Vorsprünge 202 ab der Reibungsoberfläche 201 in der Nähe der Spitzen der Vorsprünge 202 freigelegt sein bzw. überstehen.
• Nachstehend werden die Arbeitseffekte des Bremssystems der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Bremssystem, in dem die harten Partikel 102 durch die Reibungsoberfläche 101 des Belags 10b elastisch getragen sind, und die Reibungsoberfläche 201 der Scheibe 20b mit den Vorsprüngen 202 versehen ist, ist in 10A gezeigt. Selbst wenn die harten Partikel 102 so getragen sind, dass sie einen hohen Dämpfungsquotienten aufweisen, wie in 10A und 10C gezeigt ist, bestehen in einem Fall, wo die Fahrzeuggeschwindigkeit eines Automobils langsam ist, die Drehzahl der Scheibe 20b langsam ist, und die Gleitgeschwindigkeit der Reibungsoberfläche 201 auf der Reibungsoberfläche 101 langsam ist, Bedenken, dass die harten Partikel 102 der Form der Vorsprünge 202 folgen können und verschoben werden können.
• Das vorstehende Phänomen ist auf einen Fall begrenzt, wo das Automobil sich mit extrem niedriger Geschwindigkeit fortbewegt. Daher besteht nahezu kein Einfluss auf den Effekt der Bremse, den ein Fahrer empfindet. Jedoch besteht Sorge, dass die Vibration, wenn die harten Partikel 102 über die Vorsprünge 202 reiten, den Insassen eines Automobils als ein Geräusch oder als Vibrationen Unbehagen bereitet.
• In der vorliegenden Ausführungsform werden hingegen die Räume zwischen den harten Partikeln 102 des Belags 100b mit dem Harz 103 befüllt, das weicher ist als die harten Partikel 102. Daher weist das Bremssystem der vorliegenden Ausführungsform die gleiche stabile Kraft wie die vorstehende Ausführungsform auf, während ein Automobil sich mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit fortbewegt, die schneller ist als eine extrem geringe Geschwindigkeit. Wenn in dem Bremssystem der vorliegenden Ausführungsform ein Automobil sich mit einer extrem niedrigen Geschwindigkeit fortbewegt, folgen außerdem die Vorsprünge 202 dem Harz 103. Dadurch entsteht keine Vibration, wenn die harten Partikel 102 über die Vorsprünge 202 reiten, und es kann verhindert werden, dass den Insassen des Automobils unangenehme Empfindungen aufgrund von Geräuschen oder Vibrationen bereitet werden.
• Nachstehend werden eine dritte und eine vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In einem Belag 100c der dritten Ausführungsform, die in 11 gezeigt ist, sind die kugelförmigen und halbkugelförmigen harten Partikel 102 der gleichen Größe so angeordnet, dass sie nah aneinander in einer sechseckigen Gitterformanordnung auf der Reibungsoberfläche 101 angeordnet sind. Zusätzlich sind in einem Belag 100d der vierten Ausführungsform, die in 12 gezeigt ist, die kugelförmigen und halbkugelförmigen harten Partikel 102 der gleichen Größe nahe beieinander in der Nähe einer viereckigen gitterartigen Anordnung auf der Reibungsoberfläche 100 angeordnet. Daneben können die harten Partikel 102 auf der Seite der Reibungsoberfläche 201 der Scheibe angeordnet sein, ähnlich den Belägen 100c und 100d.
• In den Bremssystemen der vorstehenden dritten und vierten Ausführungsformen sind die harten Partikel 102 in einer kugelförmigen oder halbkugelförmigen Form der gleichen Größe ausgebildet, und in der Nähe in einer sechseckigen gitterartigen oder viereckigen gitterartigen Anordnung in der Reibungsoberfläche 101 angeordnet. Daher können die Beläge 100c und 100d mühelos erzeugt werden. Zusätzlich wird in den Belägen 100c und 100d die Dichte der harten Partikel 102 pro Flächeneinheit groß. Dadurch kann die Anzahl der Male bzw. die Häufigkeit, mit der die harten Partikel 102 und die Vorsprünge 202 miteinander pro Flächeneinheit in Kontakt gelangen, erhöht werden, und eine große Reibungsfläche kann erhalten werden.
• Nachfolgend werden die fünften bis siebten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Das Bremssystem der Erfindung ist nicht auf eine Form begrenzt, in der die harten Partikel 102 unter Verwendung eines elastischen Trägerbereichs des Belags 100a eine vorbestimmte Federkonstante und einen Dämpfungskoeffizienten aufweisen. Zum Beispiel weist eine Belagträgerstruktur 300a bezogen auf eine fünfte Ausführungsform, die in 13 gezeigt ist, ein Stoßabsorptionsmaterial 301 mit einer gewünschten Federkonstante und einem gewünschten Dämpfungskoeffizienten zwischen einem Rückenmetall 302 des Belags 100a und dem Harz, das die harten Partikel 102 des Belags 100a trägt, auf. Dadurch besteht sogar bei einem Material, das nicht in der Lage ist, die harten Partikel 102 so zu halten, dass diese nicht herausfallen, eine Möglichkeit, dass das Material als das Stoßdämpfungsmaterial 301 verwendet werden kann, und der Freiheitsgrad der Konstruktion wird erhöht.
• Zusätzlich weist eine Belagträgerstruktur 300b bezogen auf die sechste Ausführungsform, die in 14 gezeigt ist, ein Stoßdämpfungsmaterial 301 zwischen einem Kolben 303 und dem Belag 100a, der ein Rückenmetall 302 aufweist, auf. Zusätzlich wird in einer Belagträgerstruktur 300c bezogen auf die siebte Ausführungsform, die in 15 gezeigt ist, der Belag 100a mit dem Rückenmetall 302 durch einen Zylinder 304 unter Verwendung eines ersten Kolbens 306, der durch eine Bremsflüssigkeit 305 unter Druck gesetzt wird, und eines zweiten Kolbens 308, der durch Öl 307 unter Druck gesetzt wird, elastisch getragen, so dass er eine gewünschte Federkonstante und einen gewünschten Dämpfungskoeffizienten aufweist. In den Belagträgerstrukturen 300b und 300c der vorstehenden sechsten und siebten Ausführungsform wird es einfach, den Belag 100a solchermaßen elastisch zu trägern, dass er eine gewünschte Federkonstante und einen gewünschten Dämpfungskoeffizienten aufweist, und der Freiheitsgrad der Konstruktion wird erhöht.
• Industrielle Anwendbarkeit
• Die Erfindung kann ein Bremssystem bereitstellen, das eine besser stabilisierte Reibungskraft erhalten kann, ohne an Verschleißfestigkeit einbüssen zu müssen.
• Bezugszeichenliste

10a bis 10b

Belag

20a bis 20b

Scheibe

100a bis 100f

Belag

101

Reibungsoberfläche

102

Hartes Partikel

103

Harz

200a, 200b

Scheibe

201

Reibungsoberfläche

202

Vorsprünge

300a bis 300c

Belagträgerstruktur

301

Stoßabsorptionsmaterial

302

Sicherungsmetall

303

Kolben

304

Zylinder

305

Bremsflüssigkeit

306

erster Kolben

307

Öl

308

zweiter Kolben

400

gitterartiges Element

401

vertikale Faser

402

horizontale Faser

Claims (3)

1. Bremssystem, aufweisend: ein erstes Reibungsmaterial (100a) mit einer ersten Reibungsoberfläche (101); und ein zweites Reibungsmaterial (200a) mit einer zweiten Reibungsoberfläche (201), die sich in Bezug auf die erste Reibungsoberfläche (101) bewegt, wobei die erste Reibungsoberfläche (101) erste Vorsprünge (102) beinhaltet, und wobei die zweite Reibungsoberfläche (201) eine Mehrzahl von zweiten Vorsprüngen (202) beinhaltet, die entlang der Bewegungsrichtung der zweiten Reibungsoberfläche (201) in Bezug auf die erste Reibungoberfläche (101) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vorsprünge (102) in einer Richtung senkrecht zu der zweiten Reibungsoberfläche (201) elastisch getragen werden, alle von einer Mehrzahl der ersten Vorsprünge (102) oder alle von einer Mehrzahl der zweiten Vorsprünge (202) in entweder einer kugeligen Form oder einer halbkugeligen Form der gleichen Größe ausgebildet sind und nahe beieinander in entweder der ersten Reibungsoberfläche (101) oder in der zweiten Reibungsoberfläche (201) angeordnet sind, und dass, wenn die erste Reibungsoberfläche (101) sich in Bezug auf die zweite Reibungsoberfläche (201) bewegt, die ersten Vorsprünge (102) an den jeweiligen zweiten Vorsprüngen (202) kontinuierlich anstoßen, und nur die Bereiche im Anschluß an die Spitzen der ersten Vorsprünge (102), die innerhalb eines Bereichs von 3% der Höhe der Spitzen der ersten Vorsprünge (102) ab der Reibungsoberfläche (101) liegen, und die Bereiche im Anschluß an die Spitzen der zweiten Vorsprünge (202), die innerhalb eines Bereichs von 3% der Höhe der Spitzen der zweiten Vorsprünge (202) ab der Reibungsoberfläche (201) liegen, aneinander anstoßen.
2. Bremssystem nach Anspruch 1, ferner ein weiches Element (103) aufweisend, das die Umfänge von entweder den ersten Vorsprüngen (102) oder den zweiten Vorsprüngen (202) bedeckt und weicher ist als die ersten Vorsprünge (102) und die zweiten Vorsprünge (202), wobei das weiche Material nur in den Bereichen im Anschluß an die Spitzen der ersten Vorsprünge (102), die innerhalb des Bereichs von 3% der Höhe der Spitzen der ersten Vorsprünge (102) ab der Reibungsoberfläche (101) liegen, und in den Bereichen im Anschluß an die Spitzen der zweiten Vorsprünge (202), die innerhalb des Bereichs von 3% der Höhe der Spitzen der zweiten Vorsprünge (202) ab der Reibungsoberfläche (201) liegen, freiliegt.
3. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die ersten Vorsprünge (102) oder die zweiten Vorsprünge (202) in entweder einer hexagonalen gitterartigen Anordnung oder einer viereckigen gitterartigen Anordnung in entweder der ersten Reibungsoberfläche (101) oder in der zweiten Reibungsoberfläche (201) angeordnet sind.

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