DE2063315A1

DE2063315A1 - Scheibenbremse

Info

Publication number: DE2063315A1
Application number: DE19702063315
Authority: DE
Inventors: Bruce W South Bend Ind Klein (V St A)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1969-12-23
Filing date: 1970-12-22
Publication date: 1971-07-01
Also published as: ES194467Y; FR2074226A5; ES194467U; GB1282235A

Description

Patentanwälte
Dr. Ing. H. biegendenk

Dip!. Ing. H. Hauck

Dipl. Phys. VA/. Schmiiz

a MUnchon 15, Hoeartsir.23

Tel. 5380586

The Bendix Corporation

Executive Offices,

Bendix Center, 17· Dezember 1970

Southfield,Mich.48075,USA Anwaltsakte M-1420

Scheibenbremse

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zwei beidseitig zu einer Bremsscheibe angeordneten, aus Reibungswerkstoff bestehenden Reibbelägen, die bei Betätigung einer druckrnittelbetätigbaren Stellvorrichtung mit der Bremsscheib in Eingriff rückbar sind.

Vom Standpunkt des Fahrers aus betrachtet besitzt die Scheibenbremse zwei wesentliche Vorteile gegenüber der Trommelbremse, und zwar er höhte Bremsstabilität und erhöhte Wirksamkeit bei großen Geschwindigkeiten. Vom Standpunkt des Reibungswerkstoff-Herstellers aus be trachtet hat jedoch der Portschritt in der Entwicklung der Scheibenbremse die Schwierigkeiten bezüglich des Verhaltens und der Eigenschaften der Reibungswerkstoffe erhöht.

Der Reibungswerkstoff für die Reibbeläge der Scheibenbremsen wird üblicherweise aus der allgemeinen Klasse der "organischen" Reibungswerkstoffe gewählt. Diese organischen Reibungswerkstoffe enthalten im allgemeinen ein gegossenes und ausgehärtetes Phenol-

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harz, dem zur Erzielung bestimmter Reibungs- und Abnüifzungs eigenschaften Asbestfasern und beliebige weitere Zusätze beigemengt nur den. Die Klasse der organischen Reibungswerkstoffe hat jedoch eine obere Temperaturgrenze, oberhalb welcher der Wirkungsgrad des Reibungswerkstoffs erheblich nachläßt und die Abnutzung sich drastisai erhöht. Aufgrund der Tatsache, daß die Scheibenbremsen im allgemeinen in einem höheren Temperaturbereich als die Trommelbremsen arbeiten, wird die Temperaturgrenze oder eine Temperatur in der Nähe der Temperaturgrenze im Betrieb häufig erreicht. Der Wirkungs gradverlust des Reibungsmaterials, der 25$ bis 50$ betragen kann, hat dann einen Reibungsverlust bzw. eine Schwundcharakteristik zur Folge. Wenn der auf das Bremspedal ausgeübte Druck auf einen Punkt erhöht wird, bei dem das Bremsmoment erhalten bleibt, wirkt; dies zwar der Schwundcharakteristik entgegen, das Reibungsmaterial wird jedoch in erhöhtem Maße abgenutzt.

Es ist allerdings noch eine weitere Klasse von Reibungswerkstoffen bekannt, die bei hohen Temperaturen gute Abnutzungs- und Reibungseigenschaften besitzen. Diese Klasse von Reibungswerkstoffen, die als "halbmetallische" Reibungswerkstoffe bezeichnet werden können, weisen ein Metallpulver, ein Meta11oxydpulver und/oder Metallfasern, die in einem organischen Harzbindemittel enthalten sind, auf und können ferner ein Keramikpulver enthalten. Diese Reibungswerkstoffe werden jedoch als nicht geeignet für Kraftfahrzeugzwecke angesehen, da sie eine höhere Abnutzung bei niedrigen Temperaturen unc eine große Wärmeleitfähigkeit aufweisen und wesentlich teuerer als die organischen Reibungswerkstoffe sind.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Scheibenbremse zu schaffen, bei der das Reibungsverhalten und die Abnutzung der Reibbeläge im unte ren Temperaturbereich ähnlich gut wie bei Verwendung von organischen Reibungswerkstoffen und im oberen Temperaturbereich ähnlich gut wie bei Verwendung von halbmetallischen Reibungswerkstoffen sind. Dies wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Die Praxis hat gezeigt, daß eine erfindungsgemäß ausgebildete Sehe benbremse verbesserte Abnutzungseigenschaften und einen erhöhten Wirkungsgrad über einem großen Temperaturbereich besitzt und im Be trieb sehr ruhig ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen angegeben.

Anhand der einzigen Figur wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die in der Zeichnung dargestellte Scheibenbremse wird als Bremse für das Rad eines Kraftfahrzeugs verwendet. Das Fahrzeugrad 10 ist mittels Schrauben 14 an einer Nabe 12 befestigt. Die Nabe 12 ist mittels Lager 16, 18 an der Welle 20 des Kraftfahrzeuges (nicht gezeigt) befestigt. Eine umlaufende Bremsscheibe 22 ist ebenfalls an der Nabe 12 befestigt, und zwar im vorliegenden Fall durch den Schaftabschnitt 24 der Schrauben 14.

Die in der Figur dargestellte Scheibenbremse besitzt außer der Bremsscheibe 22 einen fest angeordneten Lagerträger 26, der einen

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Bremssattel 28 trägt, einen aus einem Zylinder 30 und einem Kolben 36 bestehenden Stellmotor und zwei Reibbeläge.. 32, 34. Der Lagerträger 26 ist drehfest am Rahmen »oder einem anderen geeigneten Tel des Fahrzeugs befestigt. Die Reibbeläge 32, 34 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Bremsscheibe 22 angeordnet, wobei der Reibbelag 32 an einem Arm des Bremssattels 28 angebracht und derart ange ordnet ist, daß er mit der (bezüglich des Fahrzeugs) äußeren Brems fläche der Bremsscheibe 22 in Berührung steht, während der Reibbelag 34 am Kolben 36 anliegt und mit der inneren Bremsfläche der Bremsscheibe in Berührung steht.

Bei Druckbeaufsohlagung des Zylinders 30 dehnt sich die das Strö-

* sich mungsmlttel aufnehmende Kammer 38 aus, wodurch/der Kolben 36 nach links (bezogen auf die Zeichnung) und das Gehäuse 40 des Zylinders 30 nach rechts verschiebt. Dadurch werden die Reibbeläge 32, 34 mit den entsprechenden Bremsflächen der Bremsscheibe 22 in Reibung eingriff gerückt, so daß die gewünschte Bremskraft erzeugt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht der Reibbelag 32, der am Arm des Bremssattels 28 befestigt und vom Zylinder 30 weiter entfernt ist, aus einem halbmetallischem Reibungswerkstoff. Dieser Werkstoff gehört zu der Klasse von Reibungswerkstoffen, die sich zusammensetzen aus etwa 40# bis 80# Metall (z.B. eine Kombination aus Metallpulver, Metalloxydpulver und Metallfasern) und etwa 5$ bis 20$ organischem Harzbindemittel, wobei der Rest aus Zusätzen besteht, die im Hinblick auf bestimmte gewünschte Eigenschaften gewählt werden. Die Prozentangaben sind auf das Gewicht bezogen.

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Aufgrund der Länge des Bremssattels 28 ist die möglicherweise vorhandene Gefahr, daß die Bremsflüssigkeit siedet, ausgeschaltet; die Wärme, die an der Berührungsfläche zwischen dem halbmetallenen Reit belag und der Bremsscheibe erzeugt wird, wird nämlich rasch an die Atmosphäre abgegeben und durch die Kühlwirkung des Arms 28 absorbiert. Der Reibbelag 34 besteht aus einem Werkstoff, der zu der allgemeinen Klasse der sogenannten organischen Reibungswerkstoffe gehört, die im wesentlichen aus Asbestfasern, enthalten in einem ausgehärteten Phenolharz-Bindemittel, bestehen. Da dieser Werkstof: eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, besteht keine Gefahr, daß die Bremsflüssigkeit siedet, obwohl die Berührungsfläche zwischen dem organischen Reibbelag und der Bremsscheibe sich in der Nähe der in der Kammer 38 enthaltenen Flüssigkeit befindet. Bei Konstrul tionen, bei denen das Siedeproblem nicht auftritt oder in anderer Weise vermieden werden kann, kann die Anordnung der Reibbeläge 32, auch umgekehrt werden.

Der überraschende Fortschritt, der sich durch die erfindungsgemäße Anordnung erzielen läßt, dürfte vermutlich wie folgt zu erklären sein. Bei normalen Betriebsbedingungen (niedriger Temperaturbereich) liefern die organischen und halbmettalisohen Bremsbeläge ein Bremsmoment, das dem Wirkungsgrad des Reibungsmaterials bei der betreffenden augenblicklichen Temperatur proportional ist. Für ausgewählt Werkstoffe beider Werkstoffarten 1st der Wirkungsgrad (bis zu etwa 175°C)etwa gleich. Die Lebensdauer der beiden Reibbeläge sollte ungefähr dieselbe sein. Da sich die halbmetallischen Reibungswerkstoffe bei niedrigen Temperaturen bekanntlich etwas stärker abnutzer als die organischen Reibungswerkstoffe, wird diese Abnutzungscharal· terlstik durch eine etwas größere Belagdicke des halbmefcellisohen

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Reibbelags oder ein anderes Mittel ausgeglichen, so daß die Lebens dauer des halbmetallischen Reibbelages der Lebensdauer des organischen Reibbelages vergleichbar wird. Außerdem wird ein halbmetalli scher Reibungswerkstoff gewählt, dessen Abnutzung bei niedrigen Temperaturen so gpping wie möglich ist.

Bei stärkerem oder häufigerem Bremsen erhöht sich die Temperatur der Bremsscheibe und der Reibbeläge, und der Wirkungsgrad des orga nischen Reibungsmaterials beginnt sich zu verringern. Während der Wirkungsgrad des organischen Reibungsmaterials abfällt, verringert sich auch die abgegebene Leistung, wodurch der organische Reibung, werkstoff gegen übermäßige Abnutzung geschützt wird. Dies ist die bereits oben erwähnte Schwundcharakteristik. Die erhöhte Temperatur hat jedoch keinen nachteiligen Einfluß auf den halbmetallischen Reibbelag im Hinblick auf dessen Reibwirkung oder Abnutzung. .Dieser Bremsbelag gibt weiterhin unter Bedingungen, bei denen eine Bremsscheibe mit einem organischen Bremsbelag wirkungslos wäre, ein Bremsmoment ab.

Von der Anmelderin wurden Versuche durchgeführt, um das Verhalten von erfindungsgemäß ausgebildeten Bremssoheiben bei hohen Tempera· türen zu ermitteln. Hierbei wurde eine Scheibenbremse, bei der beidseitig zur Bremsscheibe zwei Reibbeläge aus organischem Reibungsmaterial angeordnet waren, mit einer Scheibenbremse, bei der auf der einen Seite der Bremsscheibe ein Reibbelag aus metalllschem Reibungawerkstoff und auf der anderen Seite ein Reibbelag aus organischem Reibungswerkstoff angeordnet war, vergliohen.Es zeigte sich, daß die Kombination der beiden unterschiedlichen Reibbeläge eine erhöhung der Lebensdauer um 100$ mit sioh braohte

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Zum Vergleich der Geräuscherzeugung wurden eine Scheibenbremse mit zwei" organischen Reibbelägen, eine Scheibenbremse mit zwei halbmetallischen Reibbelägen und eine Scheibenbremse mit einem halbmetallischen und einem organischen Reibbelag miteinander vergliche^. Die Bremsscheibe mit den beiden organischen Reibbelägen erzeugte verhältnismäßig viel Geräusch, die Bremsscheibe mit den beiden halbmetallischen Reibbelägen etwas weniger Geräusch, und die Schei benbremse mit den kombinierten Reibbelägen war praktisch geräuschlos. Das heißt: Die Scheibenbremse mit den kombinierten Reibbelägep erzeugte wesentlich weniger Geräusch als jede der beiden anderen Scheibenbremsen, und zwar so wenig Geräusch, daß es für einen Fahrer mit normalem Gehör unter idealen Bedingungen nicht bemerkbar war.

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Claims

Patentansprüche

Ij Scheibenbremse, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zwei beid seitig zu einer Bremsscheibe angeordneten, aus Reibungswerkstoff bestehenden Reibbelägen, die bei Betätigung einer druckmittelbetätigbaren Stellvorrichtung mit der Bremsscheibe in Eingriff rückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Bremsbeläge (32) aus einem halbmetallischen Reibungswerkstoff und der andere Bremsbelag (34) aus einem organischen Reibungswerkstoff besteht.
2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, die in einem Fahrzeug eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem halbmetallischen Reibungswerkstoff bestehende Reibbelag (32) auf derjenigen Seite der Bremsscheibe (22) angeordnet ist, die bezüglich des Fahrzeuges nach außen gerichtet ist.
3* Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus halbmetallischem Reibuncswerkstoff bestehende -Reibbe-·

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lag (32) von der Stellvorrichtung (30)) eine größere Entfernung als der aus organischem Reibungswerkstoff bestehende Reib belag (j5^) hat.
4. Scheibenbremse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (28), die ein Sieden des in der Stellvorrichtung (j50) enthaltenen Störmungsmittels verhindert.
5. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungswerkstoff des einen Reib belags (J2) etwa 40# bis 80# Metall und 5% bis 20$ organisches Harzbindemittel enthält, wobei die Prozentangaben auf das Gewicht bezogen sind, und daß der Reibungswerkstoff des anderen Reibbelages (^4) ein organisches Harzbindemittel, das Asbestfasern enthält, aufweist.

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L e e r *s e i t e.