DE69207009T2 - Bremsbacke - Google Patents

Description

• Diese Erfindung befaßt sich mit einem Bremsbelag für eine Scheibenbremse.
• Herkömmucherweise umfaßt ein Bremsbelag für eine Scheibenbremse, wie zum Beispiel aus FR-A-2,151,841 bekannt ist, einen Block von Reibungsmaterial mit einer Kontaktfläche, die angeordnet ist, um in Eingriff mit dem sich bewegenden Teil gebracht zu werden, so daß Reibungskräfte zwischen der Kontaktfläche und dem Teil bewirken, daß das Teil verzögert. Die Kontaktfläche ist im allgemeinen planar oder leicht gebogen. Der Bremsbelag umfaßt auch eine Trägerplatte bzw. Versteifungsplatte, auf der der Block von Reibungsmaterial getragen wird. Der Block kann unmittelbar auf die Trägerplatte montiert sein, oder dort kann eine dünne Unterlage zwischen dem Block und der Trägerplatte sein, um Haftvermögen zu unterstützen und Wärmeleitung zu reduzieren. Die Trägerplatte muß beträchtlichen Reaktionskräften widerstehen. Die Trägerplatte muß deshalb von einer robusten Konstruktion sein.
• Die gestiegenen Anforderungen an Bremsvermögen in den letzten Jahren haben dazu geführt, daß Bremsbeläge unter thermischen und mechanischen Belastungen verwendet werden, die sehr nahe an der Grenze der modernen Materialtechnologie liegen. Beim Bremsen von hohen Geschwindigkeiten in einem kurzen Zeitintervall kann die Scheibentemperatur 600ºC überschreiten. Diese hohen Temperaturen verursachen ernste thermische Beanspruchungen bzw. Verspannungen in dem Bremsbelag, die das Material des Belags veranlassen können, zu reißen. Es ist festgestellt worden, daß Risse vor allem an den, in Bezug auf die Bewegungsrichtung des sich bewegenden Teils an dem Bremsbelag vorbei, vorderen oder hinteren Rändern des Blocks auftreten, und bei dem Grenzfläche zwischen dem Block und der Trägerplatte oder dem Block und der Unterlage.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bremsbelag zur Verfügung zu stellen, bei dem die Möglichkeit des Reißens auf Grund der thermischen Beanspruchungen bzw. Verspannungen reduziert ist.
• Die Erfindung stellt einen Bremsbelag für eine Scheibenbremse für die Verwendung beim Bremsen eines sich bewegenden Teils zur Verfügung, wobei der Bremsbelag einen Block von Reibungsmaterial mit einer Kontaktfläche enthält, die angeordnet ist, um in Eingriff mit dem sich bewegenden Teil gebracht zu werden, wobei sich bezüglich der Richtung der Bewegung des sich bewegenden Teils an dem Bremsbelag vorbei die Kontaktfläche zwischen einem vorderen Rand des Blocks und einem hinteren Rand des Blocks erstreckt, wobei der Bremsbelag auch eine Trägerplatte enthält, auf der der Block von Reibungsmaterial getragen wird, wobei sich die Trägerplatte im großem und allgemein parallel zu der Kontaktfläche des Blocks erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte im wesentlichen in ihrem mittleren Bereich, der einen mittleren Bereich des Blocks trägt, starr ist und in ihren Randbereichen, die den zu ihrem vorderen und hinteren Rand benachbarten Block tragen, elastisch bzw. biegsam ist.
• Ein Belag weist in Übereinstimmung mit der Erfindung erhöhte Elastizität in den Bereichen der größten Beanspruchungskonzentration auf, so daß sich der Belag biegen kann, um diese Beanspruchung aufzunehmen. Es ist festgestellt worden, daß erhöhte Elastizität an den Rändern erreicht werden kann, ohne einen ernste Auswirkung auf die Festigkeit der Trägerplatte zu haben, und es eine wirksamere Lösung darstellt als die Erhöhung der Stärke bzw. Dicke der Trägerplatte, um den hohen Beanspruchungen zu widerstehen.
• Die Elastizität der Randbereiche des Trägerplatte kann erreicht werden durch eine Reduktion in der Stärke bzw. Dicke der Trägerplatte in den Randbereichen. Der mittlere Bereich der Trägerplatte kann von im wesentlichen gleichmäßiger Stärke sein.
• Die reduzierte Stärke der Trägerplatte kann durch Abschrägungen auf der von dem Block fernen bzw. abgewandten Fläche der Trägerplatte geschaffen werden. Die Abschrägungen könne einen Winkel zwischen 5 und 10º aufweisen.
• Alternativ dazu kann die reduzierte Stärke der Trägerplatte durch Rillen bzw. Nuten bzw. Vertiefungen in der von dem Block fernen bzw. abgewandten Fläche der Trägerplatte oder in der dem Block gegenüberliegenden bzw. zugewandten Fläche geschaffen werden. In dem letzteren Fall kann das Reibungsmaterial in die Rillen eindringen. Die Rillen können einen rechtwinklige Querschnitt haben oder einspringende bzw. geneigte Seitenwände haben.
• Alternativ dazu kann die verminderte Stärke der Trägerplatte durch Stufen in der von dem Block fernen bzw. abgewandten Fläche der Trägerplatte oder in der dem Block gegenüberliegenden bzw. zugewandten Fläche, geschaffen werden. Jede Stufe kann ein gebogenes Profil aufweisen, d.h. sie können, wenn sie in Aufsicht betrachtet werden, von parabolischer Gestalt sein. Die Stufen können eine schräge Fläche aufweisen.
• An der Stelle, an der der Block von der Trägerplatte durch eine Unterlage getrennt ist, ist die Trägerplatte vorzugsweise in Stärke aufihrer dem Block gegenüberliegenden bzw. zugewandten Fläche reduziert, zum Beispiel, durch eine Rille oder eine Stufe. Die Reduktion in Stärke kann durch Unterlagen, die einen minimalen Beitrag zur Steifheit liefern, oder durch Reibungsmaterial gefüllt sein, um die Adhäsion bzw. das Haftvermögen zwischen dem Block und der Platte zu erhöhen.
• Die Stärkereduktion der Trägerplatte kann bei einem Maximum von 50% liegen. In der Praxis ist jedoch das Minimum der Trägerplattenstärke durch die Notwendigkeit begrenzt, die mechanische Belastung auf den Belag zu verteilen. Deshalb ist ein Kompromiß zwischen der Notwendigkeit für ausreichende Festigkeit und der Anforderung an Elastizität notwendig.
• Es folgen jetzt detaillierte Beschreibungen, die mit Bezug zu den beigelegten Zeichnungen von neun Bremsbeläge zu lesen sind, die erläuternd für die Erfindung sind.
• Bei den Zeichnungen:
• sind Figuren 1 bis 4 Querschnittsansichten, wobei jedes durch eine der ersten vier erläuternden Beläge gemacht ist;
• zeigen Figuren 5A und 5B jeweils ein Seitenansicht und eine Ansicht von unten des fünften erläuternden Bremsbelags;
• sind Figuren 6A und 6B, und Figuren 7A und 7B ähnlich zu den Figuren 5A und 5B, aber sie zeigen jeweils den sechsten und siebten erläuternden Bremsbelag.
• sind Figuren 8 und 10 Ansichten ähnlich zu Figuren 1 bis 4, aber jeweils von dem achten und neunten erläuternden Bremsbelag;
• illustriert Figur 9 eine Abwandlung des achten erläuternden Bremsbelags; und
• illustrieren Figuren 11 und 12 Abwandlungen des neunten erläuternden Brems belags.
• Der erste erläuternde Bremsbelag 10, der in Figur 1 gezeigt ist, ist für eine Scheibenbremse und geeignet für die Verwendung beim Bremsen eines sich bewegenden Teils (nicht gezeigt), das sich an dem Bremsbelag 10 vorbei in der Richtung des Pfeils A bewegt. Der Belag 10 ist für zu dem Pfeil A senkrechte Bewegung montiert, um mit dem sich bewegenden Teil in Kontakt zu kommen, so daß das sich bewegende Teil durch Reibungskräfte gebremst wird.
• Der Bremsbelag 10 enthält einen Block 12 von Reibungsmaterial mit einer Kontaktfläche 14, die angeordnet ist, um in Kontakt mit dem sich bewegenden Teil gebracht zu werden. Die Kontaktfläche 14 erstreckt sich zwischen einem vorderen Rand 16 (in der Richtung des Pfeils A) und einem hinteren Rand 18 des Blocks 12. Die Ränder 16 und 18 sind folglich jeweils führend und nachschleppend relativ zu der Richtung der Bewegung der sich bewegenden Teils an dem Belag 10 vorbei. Sollte die Richtung der Bewegung umgekehrt sein, wird der vordere Rand 16 der hintere Rand und der hintere Rand 18 der vordere Rand.
• Der Bremsbelag 10 enthält auch eine Unterlage 21, auf der eine der Kontaktfläche 14 gegenüberliegenden bzw. zugewandten Fläche 22 des Blocks 12 montiert ist, sowie eine Trägerplatte 24, die an der Unterlage 21 durch eine Klebeschicht 26 befestigt ist. Desweiteren ist der Block 12 an der Trägerplatte 24 durch zylindrische Vorsprünge des Blocks (nicht gezeigt) befestigt, die in Löchern in der Trägerplatte aufgenommen sind. Die Trägerplatte 24 erstreckt sich im allgemeinen parallel zu der Kontaktfläche 14 des Blocks 12 und ist aus Stahl hergestellt und ausreichend stark bzw. dick zur Ermöglichung der Aufnahme der Reaktionskräfte. Die Trägerplatte 24 trägt so den Block 12.
• Die Trägerplatte 24 ist in ihrem Mittelbereich im wesentlichen starr, der einen Mittelbereich des Blocks 12 trägt, wobei die Platte 24 in diesem Bereich eine gleichmäßige Stärke aufweist, z.B. 5 mm. Die Platte 24 ist jedoch in ihren Randbereichen elastisch, die den Block tragen, der zu ihren vorderen und hinteren Rändern 16 und 18 benachbart ist. Die Elastizität der Rand bereiche der Platte 24 wird durch eine Stärkereduktion der Platte 24 in diesen Randbereichen erreicht, erreicht. Diese Verminderung der Stärke bzw. Dicke wird durch Abschrägungen 28 auf der Fläche 31 der Trägerplatte 24, die von der Unterlage 21 und dem Block 12 abgewandt ist. Die Abschrägungen 28 haben Winkel von ungefähr 7,5º und verursachen eine Stärkereduktion der Trägerplatte 24 auf ein Maximum von 50%, das an den vorderen und hinteren Rändern 16 und 18 erreicht wird. Mit der Annäherung an die Ränder 16 und 18 wird die Trägerplatte zunehmend elastischer.
• Die Trägerplatte 24 weist benachbart zu den vorderen und hinteren Rändern 16 und 18 eine erhöhte Elastizität auf und die Abschrägungen 28 verursachen nur eine kleine Reduktion in der Gesamtfestigkeit der Trägerplatte 24.
• Der Bremsbelag 10 wurde in thermischen Beanspruchungstests mit einem vergleichbaren Belag verglichen, der die Abschrägungen 28 nicht aufweist. Es wurde festgestellt, daß an einem Punkt auf dem vorderen Rand 16 an der Grenzfläche zwischen dem Block 12 und der Unterlage 21 der vergleichbare Belag eine Beanspruchung von 3,03 Newton pro Quadratmillimeter zeigte, während der Belag 10 2,28 Newton pro Quadratmillimeter hatte. In denselben Einheiten betrugen die Beanspruchungen bei der Klebeschicht 11,7 für den vergleichbaren Belag und 9,7 für den Belag 10.
• Figuren 2 bis 4 zeigen jeweils den zweiten erläuternden Bremsbelag 20, den dritten erläuternden Bremsbelag 30 und den vierten erläuternden Bremsbelag 40. Die Beläge 20, 30, 40 sind identisch zu dem Belag 10, außer insofern, daß die Gestalt seiner Trägerplatten betroffen ist, und ähnlichen Teilen sind identische Bezugszeichen in den Zeichnungen gegeben.
• Die Trägerplatte 32 des Belags 20 erstreckt sich über die vorderen und hinteren Ränder 16 und 18 des Blocks 12 hinaus, und anstatt einer Abschrägung ist sie durch Stufen 34 in der von dem Block fernen bzw. abgewandten Fläche der Trägerplatte 32 in Stärke reduziert. Es gibt eine Stufe 34 sowohl benachbart zu dem vorderen Rand 16, als auch zu dem hinteren Rand 18. Die Stärkereduktion beträgt ungefähr 50%.
• Der Belag 30, der in Figur 3 gezeigt ist, ist identisch zu dem Belag 20, außer daß seine Trägerplatte 36 bei den vorderen und hinteren Rändern 16 und 18 endet. Die Trägerplatte 36 weist folglich zwei Stufen 38 darin auf, die benachbart zu den vorderen und hinteren Rändern 16 und 18 sind und parallel dazu verlaufen.
• Die Beläge 20 und 30 weisen folglich Trägerplatten 32 und 42 auf, die im wesentlichen in ihrem Mittelbereich starr, der mittlere Bereiche der Blöcke 12 trägt, und in ihren Randbereichen elastisch sind, die die Blöcke 12 tragen, die zu ihren vorderen und hinteren Rändern 16 und 18 benachbart sind.
• Die Beläge 20 und 30 wurden mit dem oben erwähnten vergleichbaren Belag in einem thermischen Beanspruchungstest verglichen. Bei der Klebeschicht betrug die Beanspruchung 8,47, beziehungsweise 8,14 Newton pro Quadratmillimeter, verglichen mit den 11,7 des vergleichbaren Belags.
• Der vierte erläuternde Belag 40, der in Figur 4 gezeigt ist, ist ähnlich zu den Beläge 10, 20 und 30, außer, daß sie eine Trägerplatte 42 aufweist, bei der die Stärkereduktion durch zwei Rillen 44 von rechteckigem Querschnitt in der von dem Block 12 fernen bzw. abgewandten Fläche 46 der Trägerplatte 42 erreicht wird. Die Rillen 44 verlaufen parallel zu den vorderen und hinteren Rändern 16 und 18 und sind benachbart zu ihnen. Bei Veränderungen des Bel ags 40 kann jede Rille 44 durch zwei oder mehr parallele Rillen ersetzt werden, und die Rillen können einen halbkreisförmigen Querschnitt oder andere Querschnitte haben. Die Trägerplatte 42 ist folglich in ihren Randbereichen elastisch, die den Block 12 tragen, der benachbart zu den vorderen und hinteren Rändern 16 und 18 ist, damit sich die Platte 42 bei den Rillen 44 biegen kann.
• Jeder der fünfte, sechste und siebte erläuternde Beläge 50, 60 und 70, der in Figuren 5 bis 7 gezeigt ist, enthält einen Block von Reibungsmaterial 52 und eine Trägerplatte 54, die einen Befestigungsvorsprung 53 aufweist. Der Block 52 weist eine Kontaktfläche 55 auf, die zwischen einem vorderen Rand 56 und einem hinterem Rand 58 verläuft. Zur Unterstützung beim Befestigen des Blokkes 52 zu der Trägerplatte 54 weist der Block 52 vier zylinderförmige Vorsprünge 62 auf, die sich durch Löcher in der Trägerplatte 54 erstrecken. Die fünften bis siebten Beläge 50, 60 und 70 unterscheiden sich voneinander in der Gestalt ihrer Trägerplatten 54, die alle eine reduzierte Stärke benachbart zu dem vorderen und hinteren Rändern 56 und 58 haben, außer das die Stärke auf verschiedene Weisen reduziert ist. Bei allen drei Fällen ist die Trägerplatte 54 im wesentlichen in ihrem mittleren Bereich starr, der einen mittleren Bereich des Blocks 52 trägt, und elastisch in ihren Randbereichen, die den Block tragen, der zu ihren vorderen und hinteren Rändern 56 und 58 benachbart ist.
• Die Trägerplatte 54 des Belags 50 weist Rillen 64 von rechteckigem Querschnitt in ihren Fläche auf, die von dem Block 52 abgewandt ist. Um an den Vorsprünge 62 vorbeizulaufen, sind die Rillen 64 relative zu den Rändern 56 und 58 geneigt.
• Die Trägerplatte 54 des Belags 60 weist zwei gebogene Ausschnitte 66 auf, die auf halben Weg durch die Platte 54 verlaufen und Stufen in der Fläche der Platte 54 bilden, die von dem Block 52 abgewandt sind. Die Ausschnitte 66 sind zu jedem der Ränder 56 und 58 benachbart.
• Die Trägerplatte 54 des Belags 70 ist der Trägerplatte 74 des zweiten erläuternden Belags 20 darin ähnlich, daß sie eine rechteckige Stufe 68 aufweist, die zu jedem Rand 56 und 58 benachbart ist.
• Der achte erläuternde Bremsbelag 80 ist in Figur 8 gezeigt. Der Belag 80 ist ähnlich zu der vierten erläuternden Belag 40, außer daß er anstatt der Rillen 44 rechteckförmige Rillen 82 in der Fläche 84 von ihrer Trägerplatte 86 aufweist, die dem Block von Reibungsmaterial 88 gegenüberliegt bzw. zugewandt ist. Das Reibungsmaterial erstreckt sich in die Rillen 82, um die Adhäsion bzw. das Haftvermögen zwischen der Platte 86 und dem Block 88 zu verbessern. Figur 9 illustriert eine Variation des Belags 80, bei der die Rillen 82 einspringende bzw. geneigte Seitenwände 89 aufweisen, um den Griff auf das Reibungsmaterial zu verbessern.
• Der neunte erläuternde Bremsbelag 90 ist in Figur 10 gezeigt. Er ist ähnlich zu dem dritten erläuternden Belag 30, außer daß er anstatt der Stufen 38 rechteckförmige Stufen 92 in der Fläche 94 seiner Trägerplatte aufweist, die dem Block von Reibungsmaterial 98 gegenüberliegt bzw. zugewandt ist. Das Reibungsmaterial des Blocks 98 erstreckt sich über die Stufen 92, so daß Adhäsion zwischen dem Block 98 und der Platte 96 verbessert ist. Figuren 11 und 12 illustrieren Abwandlungen des Belags 90, bei der die Stufen geneigte Flächen haben. In dem Fall von Figur 11 haben die Stufen nach innen geneigte Flächen 97 und in dem Fall von Figur 12 haben die Stufen nach außen geneigte Flächen 99.
• Die Trägerplatten 86 und 96 sind im wesentlichen in ihren mittleren Bereichen steif, die mittlere Bereiche der Blöcke 88 und 98 tragen, und in ihren Randbereichen elastisch, die den Block tragen, der zu ihren vorderen und hinteren Rändern benachbart ist.
• In einem Test wurde festgestellt, daß ein Belag, der hnlich zu dem Belägen 80 und 90 ist, aber eine Trägerplatte von überall gleichförmiger Stärke aufweist, eine Beanspruchung auf dem vorderen Rand bei der Verbindung zwischen dem Block und der Trägerplatte von 1 5,3 Newton pro Quadratzentimeter hat. Die vergleichbaren Werte für die Beläge 80 und 90 waren 11,7, beziehungsweise 9,66.

Claims (10)

1. Bremsbelag (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90) für eine Scheibenbremse, geeignet für die Verwendung beim Bremsen eines sich bewegenden Teils, wobei der Bremsbelag einen Block von Reibungsmaterial (12; 52; 88; 98) mit einer Kontaktfläche (14) enthält, die angeordnet ist, um in Eingriff mit dem sich bewegenden Teil gebracht zu werden, wobei sich bezüglich der Richtung der Bewegung des sich bewegenden Teils an dem Bremsbelag vorbei die Kontaktfläche zwischen einem vorderen Rand (16; 56) des Blocks und einem hinteren Rand (18; 58) des Blocks erstreckt, wobei der Bremsbelag auch eine Trägerplatte (24; 32; 36; 42; 54; 86; 96) enthält, auf der der Block von Reibungsmaterial getragen wird, wobei sich die Trägerplatte im allgemeinen parallel zu der Kontaktfläche des Blocks erstreckt, dadurch gekennzeichnet daß die Trägerplatte (24; 32; 36; 42; 54; 86; 96) im wesentlichen in ihrem mittleren Bereich, der einen mittleren Bereich des Blocks (12; 52; 88; 98) trägt, starr ist und in ihren Randbereichen, die den zu ihrem vorderen und hinteren Rand (16; 56; 18; 58) benachbarten Block tragen, elastisch ist.

2. Bremsbelag gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastizität der Randbereiche der Trägerplatte durch eine Reduktion der Stärke der Trägerplatte in den Randbereichen erreicht wird.

3. Bremsbelag gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich der Trägerplatte von im wesentlichen gleichmäßiger Stärke ist.

4. Bremsbelag gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierte Stärke der Trägerplatte (24) sich aus Abschrägungen (28) auf der von dem Block fernen Fläche der Trägerplatte ergibt.

5. Bremsbelag gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierte Stärke der Trägerplatte sich aus Rillen (44; 64; 82) in der Trägerplatte (42; 54; 86) ergibt.

6. Bremsbelag gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (82) in der dem Block gegenüberliegenden Fläche der Trägerplatte sind, und die Rillen Material des Blocks (88) enthalten.

7. Bremsbelag gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (82) einspringende Seitenwände (89) aufweisen.

8. Bremsbelag gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierte Stärke der Trägerplatte sich aus Stufen (34; 38; 66; 68; 92) in der Trägerplatte (32; 36; 54; 96) ergibt.

9. Bremsbelag gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Stufen (66) ein gebogenes Profil aufweist, wenn es in Aufsicht betrachtet wird.

10. Bremsbelag gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Stufen schräge Flächen (97; 99) aufweisen.