DE69029408T2

DE69029408T2 - Geräuschmindernder Bremsschuh

Info

Publication number: DE69029408T2
Application number: DE69029408T
Authority: DE
Inventors: Alan R Hummel; David L Swadley
Original assignee: Pneumo Abex Corp
Current assignee: Federal Mogul Products US LLC
Priority date: 1989-10-10
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2010-10-05
Also published as: JPH0670449B2; BR9005059A; ES2095713T3; EP0423057A2; KR940007894B1; EP0423057B1; CA2027270C; DE69025848T2; JPH06323348A; DE69029408D1; EP0621414B1; EP0423057A3; DE69025848D1; JP2560200B2; ES2084685T3; JPH03134331A; CA2027270A1; KR910008312A; EP0621414A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine geräuschmindernde Bremsschuheinrichtung für eine Automobiltrommelbremse gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Seit einiger Zeit haben Automobilhersteller bemerkt, dass die Verwendung von Scheiben- oder Trommelbremsen, um ein Fahrzeug zu verlangsamen oder anzuhalten, bewirkt, dass ein wesentlicher Betrag an Geräuschen vom Fahrzeug abgestrahlt wird. Man lernte, dass diese Geräusche ihren Ursprung während der Anwendung der Bremse bei der Grenzfläche zwischen einer Bremstrommel und eines Bremsklotzes aus Reibwerkstoff oder bei der Grenzfläche zwischen einem Rotor und dem Reibwerkstoff einer Platte einer Scheibenbremse haben. Während einer solchen Anwendung entwickelt sich eine Resonanz bei der Grenzfläche zwischen dem Reibwerkstoff und der Bremstrommel oder dem Rotor, welche durch die Bremsschuheinrichtung und die Montagebestandteile der Bremse in die Aufhängung übertragen werden, um dort zu verursachen, dass ein störendes Geräusch vom Fahrzeug abgestrahlt wird.
Es wurden zahlreiche Versuche gemacht, um die während des Bremsvorgangs übertragenen Resonanzschwingungen zu verringern. Bei Fahrzeugen, die mit Scheibenbremsen ausgerüstet sind, bei denen eine Bremsplatte an einen Rotor greift, wurden die Resonanzschwingungen verringert, indem eine federnde Beschichtung an der Grenzfläche zwischen einer Stützplatte der Platte der Scheibenbremse und einem Kolbensattel bereit gestellt wurde. Unglücklicherweise ist eine gewöhnliche Trommelbremsvorrichtung nicht für eine solche Lösung zugänglich. Bei einem Versuch, die zuvor erwähnten Resonanzschwingungen zu verringern, war es üblich, gewisse Systemkomponenten der Bremse und der Aufhängung zu versteifen, um ihre Anfälligkeit auf sich entwickelnde sympathetische Resonanzschwingungen zu verringern. Die Versuche, diese Systeme zu versteifen, umfassten das Giessen von Rippen auf der Aussenseite einer Bremstrommel, um die Trommel zu versteifen, das Giessen von Bremstrommeln mit einem soliden Metaliring um den Rand des offenen Endes der Trommel herum, um die Trommel zu versteifen, und das Schweissen von Stützen am Aufhängungssystem, um die Komponenten der Aufhängung fester zu verankern, damit ihre Fähigkeit, Schwingungen zu übertragen und/oder zu verstärken verringert wurde. Zusätzlich werden manchmal schwere Gummibänder an der Aussenseite von Bremstrommeln befestigt, in einem Versuch, die dort hindurch übertragenen Schwingungen zu verringern. Unglücklicherweise liefert keine der oben erwähnten Erwähnungen eine definitive Lösung für das Problem, die für alle Fahrzeuge anwendbar ist.
Grosse Fahrzeuge wie Lastwagen und Busse sind besonders anfällig auf die Erzeugung von übermässigem Lärm während dem Bremsvorgang, und die oben erwähnten Versuche, die Resonanz zu verringern, die von der Grenzfläche zwischen der Bremstrommel und dem Reibwerkstoff abgestrahlt wird, waren bei diesen Anwendungen am wenigsten erfolgreich.
US-A-2 861 964 offenbart einen Bremsklotz aus einer geformten Zusammensetzung, die harte Eisenmetalle, Verstärkungsfasern aus Zellulose, nicht eisenhaltige anorganische und organische Füllstoffe und einen organischen Binder enthält.
DE-A-1 070 666 beschriebt einen Bremsklotz, der organischen Reibwerkstoff und Vulkanisat oder synthetischen Gummi sowie Füllstoffe enthält.
GB-A-1 359 570 beschreibt einen Bremsschuh, der eine aufgepresste Verkleidung hat, worin eine Dämpfungsschicht zwischen der Verkleidung der Bremse und dem Bremsschuh in einer Aussparung in der Aussenseite des Bremsschuhs angeordnet ist.
Es ist demzufolge wünschenswert, eine Bremsschuheinrichtung für Automobile bereit zu stellen, welche fähig ist, die Schwingungen, welche Geräusche übertragen und ihren Ursprung an der Grenzfläche zwischen dem Reibwerkstoff und der Bremstrommel haben, während der Bremsanwendung zu unterbrechen und zu verringern. Es wurde herausgefunden, dass es wünschenswert ist, diese Lärm übertragenden Schwingungen so nahe wie möglich bei dieser Grenzfläche zu unterbrechen.
Die geräuschmindernde Bremsschuheinrichtung für eine Automobiltrommelbremse der vorliegenden Erfindung wird im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definiert.
Damit die Erfindung vollständig verstanden werden kann, wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, bei denen
Fig. 1 eine Anordnung darstellt, die nicht zur Erfindung gehört und einen geräuschmindernden Klotz aus Reibwerkstoff beschreibt, der auf dem Schuhtisch eines metallischen Bremsschuhs montiert ist;
Fig. 2 eine geräuschmindernde Bremsschuheinrichtung für eine Automobilbremse gemäss der vorliegenden Erfindung darstellt, bei welcher ein geräuschdämpfendes Material aus Elastomer in sich längs erstreckenden Rillen liegt und federnd einen Bremsklotz auf dem Schuhtisch eines metallischen Bremsschuhs trägt;
Fig. 3 eine geräuschmindernde Bremsschuheinrichtung für eine Automobilbremse gemäss der vorliegenden Erfindung zeigt, bei welcher eine Vielzahl von sich seitwärts erstreckenden geräuschdämpfenden Segmenten aus Elastomer in Rillen aufgenommen werden, die in einem Klotz aus Reibwerkstoff ausgebildet sind, und zwischen dem Bremsklotz und dem Schuhtisch eines metallischen Bremsschuhs montiert werden.
Es wurde gelernt, dass störende, Geräusche erzeugende Schwingungen ihren Ursprung an der Grenzfläche zwischen der Oberfläche am Aussendurchmesser eines Bremsklotzes aus Reibwerkstoff und der Gegenseite einer Bremstrommel während dem Bremsvorgang haben. Es findet eine Resonanz statt, wenn die Schwingungen durch die metallische Bremsschuheinrichtung hindurch zu den Montagebestandteilen der Bremse und danach zu den Komponenten der Aufhängung des Fahrzeuges übertragen werden. Es wurde herausgefunden, dass die störenden, Lärm verursachenden Schwingungen am wirkungsvollsten verringert werden können, indem die Resonanzschwingungen so nahe wie möglich bei ihrem Ursprung gedämpft werden. Als Folge dieser Entdeckung wurde ein geräuschmindernder Klotz aus Reibwerkstoff zufolge dieser Erfindung entwickelt.
In Bezug auf die Figur 1, die eine Anordnung nicht gemäss der vorliegenden Erfindung beschreibt, umfasst eine Bremsschuheinrichtung (10) einen geräuschmindernden Bremsklotz (12) und einen metallischen Bremsschuh (14). Der Bremsschuh umfasst einen bogenförmigen flachen Schuhtisch (16), der angepasst ist, dass daran der Bremsklotz (12) und eine senkrechte Schuhbahn (18) montiert werden können, welche vom Schuhtisch ausgeht und für die Verstärkung des Schuhtisches wirkt und ein Widerlager für eine Bremsbetätigungsvorrichtung bereit stellt, die nicht gezeigt ist. Der Bremsklotz (12) hat eine Oberfläche (20) am Aussendurchmesser, die angepasst ist, eine komplementäre Oberfläche an der Bremstrommel, die nicht gezeigt ist, zu berühren, und eine Oberfläche (22) am Innendurchmesser, die am Schuhtisch (16) montiert ist. Der Bremsklotz (12) kann durch ein Klebemittel bei der Grenzfläche zwischen dem Bremsschuh und dem Bremsklotz, welcher durch eine Kombination von erhshten Temperaturen und Drücken ausgehärtet sein kann, am Bremsschuh (14) befestigt sein, oder er kann durch Nieten oder Schrauben, die nicht gezeigt sind, befestigt sein.
Bei der in der Figur 1 dargestellten Ausführungsform hat der Bremsklotz (12) die Funktion, die Übertragung von Resonanzschwingungen, die Geräusche verursachen und ihren Ursprung bei der Grenzfläche zwischen Oberfläche (20) am Aussendurchmesser des Bremsklotzes (12) und einer nicht gezeigten Bremstrommel haben, zu verhindern. Der Bremsklotz (12) enthält eine Mischung aus geräuschdämpfendem Fartikelmaterial aus Elastomer und Bestandteilen eines konventionellen Reibwerkstoffes für die Automobiltechnik. Die bevorzugte Formel für das geräuschdämpfende Partikelmaterial aus Elastomer umfasst ungefähr 2 bis 15 Gewichtsprozente getrocknetes Harz aus der Schale von Cashewnüssen, 5 bis 25 Gewichtsprozente von Partikeln aus Nitrilkautschuk, 8 bis 30 Prozent eines Harzbindesystems, 4 bis 20 Prozent Fasern, 5 bis 18 Prozent Kohlenstoffmaterialien und 20 bis 40 Prozent Füllstoffe. Es wurde herausgefunden, dass das Harzbindesystem aus Phenol oder Cashew bestehen kann. Zusätzlich können die Fasern aus Glas, Steinwolle, verarbeiteten Mineralfasern oder aus Fasern aus einem feuerfesten Material bestehen. Die Kohlenstoffmaterialien können aus Graphit, Koks, Kohlenpartikeln, Carbon Black oder irgend einer Kombination oder einem Abkömmling von ihnen bestehen. In Bezug auf die Füllstoffe haben sich Kalziumkarbonat und Bariumsulfat als günstig und brauchbar erwiesen.
Bei der Herstellung des geräuschdämpfenden Materials aus Elastomer für den Bremsschuh der Figur 1 werden die oben beschriebenen Elemente vermischt, indem konventioneqle, im Handel erhältliche Techniken und Ausrüstungen zum Mischen verwendet werden. Danach wird die Mischung in die gewünschte Form gespritzt, indem eine gebräuchliche Ausrüstung verwendet wird. Danach werden die gespritzten Formen aus der Mischung ausgehärtet, indem sie für zehn Stunden in Luft von 121ºC (250 F) einem Kreislauf zum Vortrocknen und Auswärmen unterworfen werden, gefolgt von einem Auswärmen in Luft von 204ºC (400 F) von drei Stunden. Danach werden die gespritzten Formen aus der Mischung in Partikel umgewandelt, die in einem Bereich von Siebweite sechs bis zweihundert liegen, indem eine Ausrüstung wie eine Hammermühle verwendet wird.
Die geräuschdämpfenden Partikel aus Elastomer werden zu den Elementen beigefügt, aus denen eine gewünschte Mischung eines Reibwerkstoffes für die Automobiltechnik besteht.
Beispiele von gebräuchlichen Reibwerkstoffen für die Automobiltechnik würden folgendermassen aussehen:
Die Zugabe von geräuschdämpfendem Material liegt vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 30 Gewichtsprozent. Die geräuschdämpfenden Materialpartikel aus Elastomer werden mit denjenigen aus dem Reibwerkstoff auf eine solche Art gemischt, dass der Bremsklotz ein möglichst homogenes Element wird. Nachdem die geräuschdämpfenden Materialpartikel aus Elastomer den Komponenten beigefügt wurden, aus denen die Bestandteile des Reibwerkstoffes besteht, werden die Komponenten auf die selbe Art gemischt, vorgetrocknet und ausgehärtet, wie irgend ein gebräuchlicher Reibwerkstoff für die Automobiltechnik. Zusätzlich kann der Bremsklotz auf irgend eine gewünschte Form abgeschliffen werden, um einen gewünschten Bremsklotz herzustellen.
Danach wird der Bremsklotz an einem metallischen Bremsschuh montiert, um eine Bremsschuheinrichtung bereit zu stellen.
Obwohl die genauen Vorgänge der geräuschdämpfenden Materialpartikel aus Elastomer innerhalb des Reibwerkstoffes für die Automobiltechnik, um die Geräusche zu verringern, die während dem Bremsen eines Fahrzeuges auftreten, nicht vollständig verstanden werden, wurde vorgeschlagen, dass die Partikel aus Elastomer die Entwicklung einer Lärm verursachenden Schwingungsresonanz innerhalb des Bremsklotzes aus dem Reibwerkstoff selbst verhindern. Zusätzlich wurde vorgeschlagen, dass die geräuschdämpfenden Materialpartikel aus Elastomer auch die Funktion haben, bei der Grenzfläche zwischen der Oberfläche am Innendurchmesser und dem Tisch des metallischen Bremsschuhs dem Klotz aus dem Reibwerkstoff einen zusätzlichen Grad an Elastizität beizufügen, wenn die Elemente zusammengesetzt werden.
Wenn die geräuschdämpfenden Materialpartikel den Bestandteilen von gebräuchlichen Reibwerkstoffen für die Automobiltechnik im bevorzugten Bereich von 2 bis 30 Gewichtsprozent beigefügt werden, wurde herausgefunden, dass die guten Verschleisseigenschaften des Bremsklotzes beibehalten werden und die entsprechende administrative Zulassung des Bremsklotzes erhalten werden kann.
Obwohl herausgefunden wurde, dass der im Zusammenhang mit der Figur 1 beschriebene geräuschmindernde Reibwerkstoffklotz (12) eine Bremsschuheinrichtung bereit stellt, der geeignete Verschleiss- und Leistungseigenschaften hat, gibt es einige Anwendungen, wo es vorgezogen würde, eine Bremsschuheinrichtung zu verwenden, die einen Bremsklotz hat, der aus gebräuchlichen Reibwerkstoffbestandteilen für die Automobiltechnik ohne der Zugabe von geräuschdämpfenden Materialpartikeln aus Elastomer hergestellt ist. Bei diesen Anwendungen wurde herausgefunden, dass die Beifügung eines separaten Elementes aus geräuschdämpfendem Elastomermaterial, das aus den gleichen Bestandteilen gebildet ist wie die Partikel, die in den im Zusammenhang mit der Figur 1 beschriebenen Bremsklotz aus geräuschdämpfendem Reibwerkstoff eingeführt werden, das zwischen dem Tisch eines metallischen Bremsschuhs und einem Bremsklotz aus konventionellem Reibwerkstoff angeordnet werden kann, eine wirkungsvolle geräuschmindernde Bremsschuheinrichtung bereit stellt.
Die Figuren 2 und 3 stellen Ausführungsformen der Erfindung dar, bei welchen Segmente aus dünnen Schichten des geräuschdämpfenden Elastomermaterials zwischen einem metallischen Bremsschuh und einem konventionellen Bremsklotz angeordnet sind, um eine Bremsschuheinrichtung bereit zu stellen, welche Lärm erzeugende Resonanzen zwischen dem Bremsklotz und dem Bremsschuh verringert.
In der Figur 2 umfasst die Bremsschuheinrichtung (40) einen metallischen Bremsschuh (42), der einen Schuhtisch (44) und eine Schuhbahn (46) zur Verstärkung hat. Ein Bremsklotz (48), der aus einem konventionellen Reibwerkstoff für die Automobiltechnik hergestellt ist, bildet eine zweite Hauptkomponente der Bremsschuheinrichtung (40). Auf der Oberfläche (54) am Innendurchmesser des Bremsklotzes (48) ist jedoch ein Paar von Rillen (50 und 52) ausgebildet. Ein Paar von geräuschdämpfenden Segmenten (56 und 58) aus Elastomer wird in den entsprechenden Rillen (50 und 52) aufgenommen. Die Dicke der geräuschdämpfenden Segmente aus Elastomer ist gleich der Tiefe der Rillen (50 und 52). Diese Segmente unterbrechen die Übertragung von Resonanzfrequenzen vom Bremsklotz (48) zum metallischen Bremsschuh (42).
Bei der in der Figur 2 dargestellten Ausführungsform sind der Bremsklotz, die elastischen geräuschdämpfenden Segmente (54 und 58) und der Schuhtisch (44) miteinander verbunden, indem ein Klebemittel verwendet wird. Natürlich könnten auch Nieten und Schrauben verwendet werden, um den Bremsklotz (48) am Bremsschuh (42) zu befestigen. Wo Schrauben oder Nieten verwendet werden, um die Elemente zusammenzusetzen, wird es bevorzugt, dass die Schrauben und Nieten nur den Schuhtisch und den Bremsklotz (48) berühren und nicht durch die geräuschdämpfenden Segmente (56 und 58) aus Elastomer hindurch gehen. Obwohl bei der in der Figur 2 festgehaltenen Ausführungsform zwei Segmente dargestellt sind, wurde herausgefunden, dass ein einziges, sich längs erstreckendes breites Segment auch auf eine annehmbare Art funktionieren würde. Zusätzlich können mehr als zwei sich längs erstreckende Segmente zwischen den Bremsschuh und den Bremsklotz eingeschoben werden, um eine Bremsschuheinrichtung bereit zu stellen, die annehmbare geräuschmindernde Eigenschaften hat.
In der Figur 2 wurden die geräuschdämpfenden Segmente (54 und 58) aus Elastomer dargestellt, wie sie sich in einer Richtung längs zur Oberfläche am Innendurchmesser des Bremsklotzes (48) erstrecken. Es wurde jedoch herausgefunden, dass die geräuschdämpfenden Segmente aus Elastomer sich aus seitwärts zur Oberfläche am Innendurchmesser des Bremsklotzes erstrecken können.
Indem man sich zur Figur 3 hin wendet, kann gesehen werden, wie die Bremsschuheinrichtung (60) der vorliegenden Erfindung einen metallischen Bremsschuh (62) umfasst, der einen flachen, sich längs erstreckenden Schuhtisch (64) und eine senkrechte Bahn (66) zur Verstärkung hat. Zusätzlich umfasst sie einen Bremsklotz (68), der aus konventionellen Reibwerkstoffbestandteilen für die Automobiltechnik hergestellt ist. Bei dieser Ausführungsform wurde jedoch eine Vielzahl von seitwärts verlaufenden Rillen (70 bis 80) in der Oberfläche (82) am Innendurchmesser des Bremsklotzes (68) ausgebildet. Eine Vielzahl von geräuschdämpfenden Segmenten (84 bis 94) wird in den entsprechenden Rillen (70 bis 80) aufgenommen. Wiederum haben die Segmente (84 bis 94) eine Dicke, die ungefähr gleich der Tiefe der Rillen (70 bis 80) ist. Zusätzlich wurde bei der in der Figur 3 dargestellten Ausführungsform ein Klebemittel verwendet, um die Komponenten der Bremsschuheinrichtung (60) auf die gleiche Art zusammenzusetzen, wie es im Zusammenhang mit den in der Figur 2 dargestellten Ausführungsformen beschrieben wurde. Natürlich könnten auch Schrauben oder Nieten verwendet werden, um den Bremsklotz (68) am metallischen Bremsschuh (62) zu befestigen.
Weil gewisse Änderungen an den oben beschriebenen Vorrichtungen, Systemen und Verfahren gemacht werden können, ohne vom Bereich der Erfindung, wie sie beansprucht wird, abzuweichen, ist es beabsichtigt, dass sämtliches Material, das in der Beschreibung von ihr enthalten ist oder in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt wird, nur zum Zwecke der Darstellung, und nicht in einem einschränkenden Sinn, interpretiert werden soll.

Claims

1. Geräuschmindernde Bremsschuheinrichtung (40; 60) für eine Automobiltrommelbremse, die einen metallischen Bremsschuh (42; 62) umfasst, der einen flachen, nicht unterbrochenen Schuhtisch (44; 64) hat, um einen Bremsklotz (48; 68) aus Reibwerkstoff zu tragen; einen Bremsklotz (48; 68) aus Reibwerkstoff, der ein Paar von ersten Seitenflächen hat, ein Paar von zweiten Seitenflächen und eine Oberfläche (54; 82) am Innendurchmesser, die angepasst ist, um den Schuhtisch (44; 64) zu berühren, gekennzeichnet durch mindestens eine Rille (50, 52; 70, 72, 74, 76, 80), die auf der Oberfläche (54; 82) am Innendurchmesser des Bremsklotzes (48; 68) aus Reibwerkstoff ausgebildet ist und sich von einer Seitenfläche zur gegenüber liegenden Seitenfläche erstreckt und angepasst ist, um einen Einschub (56, 58; 84, 86, 88, 90, 92, 94) aus geräuschdämpfendem Elastomermaterial aufzunehmen; einen Einschub (56, 58; 84, 86, 88, 90, 92, 94) aus geräuschdämpfendem Elastomermaterial mit einer Rückseite, einer Vorderseite und zwei Seitenflächen aus Elastomer, der eine Dicke hat, die ungefähr gleich der Tiefe der Rille (50, 52; 70, 72, 74, 76, 80) ist und der so in die Rille (50, 52; 70, 72, 74, 76, 80) eingeschoben ist, dass die Rückseite und die zwei Seitenflächen aus Elastomer des geräuschdämpfenden Materials den Reibwerkstoff berühren, wobei der Einschub (56, 58; 84, 86, 88, 90, 92, 94) aus geräuschdämpfendem Material zwischen der Rille (50, 52; 70, 72, 74, 76, 80) auf der Oberfläche (54; 82) am Innendurchmesser und dem Schuhtisch (44; 64) so festgeklemmt wird, dass die Vorderseite des Materials den Schuhtisch (44; 64) berührt, um dadurch die Lärm verursachenden Resonanzen zwischen dem Bremsklotz (48; 68) und dem Bremsschuh (42; 64) zu verringern.

2. Geräuschmindernde Bremsschuheinrichtung (40; 60) für eine Automobiltrommelbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschub (56, 58; 84, 86, 88, 90, 92, 94) aus geräuschdämpfendem Material aus zwei bis fünfzehn Gewichtsprozenten von getrocknetem Harz aus der Schale von Cashewnüssen, fünf bis fünfundzwanzig Gewichtsprozenten Nitrilkautschuk, acht bis dreissig Gewichtsprozenten eines Harzbinders, vier bis zwanzig Gewichtsprozenten einer Faser, die aus der Gruppe bestehend aus Metall, Glas, mineralische Steinwolle und feuerfestem Material ausgewählt wird, und aus fünf bis ungefähr achtzehn Gewichtsprozenten eines Materials aus im wesentlichen Kohlenstoff besteht.