DE69423461T2

DE69423461T2 - Hybrid-Bremsverband

Info

Publication number: DE69423461T2
Application number: DE69423461T
Authority: DE
Inventors: John P. Kwolek
Original assignee: Pneumo Abex Corp
Current assignee: Pneumo Abex Corp
Priority date: 1994-01-24
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2014-12-16
Also published as: AU8027594A; JPH07208521A; US5509511A; CN1109830A; ES2144040T3; EP0664413A1; EP0664413B1; JP2779911B2; CA2140477C; AU682070B2; BR9405193A; DE69423461D1; CA2140477A1; CN1076804C; KR950023874A; CO4230043A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugradbremsenanordnung gemäß dem Oberbegriff aus Anspruch 1, ein harzgebundenes Bremsenreibungselement gemäß dem Oberbegriff aus Anspruch 3 und ein Bremsreibungsauflagenelement gemäß dem Oberbegriff aus Anspruch 4 (US-A-3,856,120).
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Bremssysteme des Typs, wie er in Anwendungen für Straßenfahrzeuge genutzt wird, und betrifft speziell eine Bremssystem-Bremsenanordnung, die von Reibungsauflagenkomponenten zwei verschiedenen Types Gebrauch macht, um eine verbesserte Bremsenanordnung und eine verbesserte Bremssystemleistung zu erzielen.
Die Anforderung, die an den Entwurf und die Herstellung von Straßenfahrzeugen in den USA gestellt werden, sind in großem Maße durch die durch das U. S. Department of Transportation herausgegebenen Regulierungen beeinflußt. Eine Folge daraus ist, daß die Entwicklung von verbesserten Bremsenanordnungen seit einer beträchtlichen Zeitspanne eingesetzt hat. Gesteigerte Aufmerksamkeit der Bremsenentwickler wurde darauf verwandt, die staatlichen Anforderungen an den Betrieb von Fahrzeugbremssystemen zu erfüllen, wie Sie insbesondere in den Spezifikationen für Fahrzeugbremswege zum Ausdruck kommen. Dies hat zu der Veröffentlichung zumindest einer bekannten Konstruktion zur Bremsenanordnung geführt, die von zwei unter Benutzung verschiedener Reibungsmaterialzusammensetzungen gefertigter, gegenüberliegender Bremsreibungsauflagen Gebrauch macht. Insbesondere offenbart die US-A- 3,856,120 die Erfindung einer Fahrzeugscheibenbremsenanordnung, die gemeinsam von mir und Patrick A. Thesier gemacht wurde und sowohl eine halbmetallische Reibungsauflage als auch eine organische Reibungsauflage aufweist, wobei die organische Reibungsauflage Asbestfasern im Bereich zwischen 20 bis 60 Vol% aufweist. Um jedoch asbesthaltige Zusammensetzungen in der Herstellung und der Benutzung, von Bremssystemreibungsauflagen zu vermeiden, wird es notwendig, neue Reibungsmaterialmischungen zu entwickeln. In diesem Ablauf habe ich entdeckt, daß neue Eigenschaften für Bremsenanordnungen und dem Betrieb von Bremssystemen wie z. B. verbessertes Kaltbremsen und verringerte Geräuschentwicklung mit speziellen neuen Materialkombinationen für Reibungsauflagen verwirklicht werden können.
Weitere Vorteile für Bremssysteme können durch die Anwendung meiner Erfindung ebenfalls erzielt werden. Die Fahrzeugradbremsenanordnung der vorliegenden Erfindung wird in dem kennzeichnenden Teil aus Anspruch 1 definiert, das harzgebundene Bremsreibungselement der vorliegenden Erfindung wird in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 3 definiert und das Bremsreibungsauflagenelement der vorliegenden Erfindung ist in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 4 definiert.
Um ein Bremssystem mit verbesserten Betriebseigenschaften zum Kaltbremsen und zur Geräuschverminderung bereitzustellen, habe ich eine Scheibenbremsenanordnung erfunden, die beides, eine semimetallische Reibungsauflage und eine gegenüberliegende asbestfreie, nichtmetallische Reibungsauflage, aufweist, wobei die Bestandteile jeder der beiden Auflagen in herkömmlicher Weise mittels Harz in eine einheitliche Form gebunden werden. Die halbmetallische Reibungsauflage beinhaltet 25 bis 60 Gew.-% metallischer Teilchen/Faser. Die asbestfreie, nichtmetallische Reibungsauflage beinhaltet 10 bis 25 Gew.-% Faserteilchen aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern, keramischen Fasern, thermischen Fasern, Polyacrylonitrilfasern, Aramidfasern und Stahlfasern, wobei die Stahlfasern einen geringfügigen Teil des gesamten Faseranteils der asbestfreien Zusammensetzung bilden.
Während des Betriebes der Bremsenanordnung berühren die einander gegenüberliegenden semimetallische und asbestfreie Reibungsauflagen im wesentlichen gleichzeitig einen mitwirkenden Bremsenanordnungsrotor, um die dargestellten Betriebsvorteile über einen weiten Temperaturbereich der Umgebung des Bremssystems zu entfalten.
Damit die Erfindung völlig verstanden werden kann, wird auf die beigefügte Zeichnung verwiesen, wobei:
Fig. 1 eine schematische, geschnittene Draufsicht eines Teils einer Fahrzeugradbremsenanordnung darstellt, die die Reibungsauflagenelemente der Anordnung gemäß dieser Erfindung in Zusammenarbeit mit dem Bremsenanordnungsrotorelement veranschaulicht.
Bezugnehmend auf die schematische Darstellung aus Fig. 1 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hybridbremsenanordnung nach dieser Erfindung allgemein als 10 gekennzeichnet und besteht im wesentlichen aus einem greiferartigen Statorelement (12), einem Rotorelement (14) und einem gegenüberliegend angeordneten Paar von Bremsreibungsauflagenanordnungselementen (16 und 18). Während des Betriebes des Bremssystems werden die Elemente (16 und 18) durch die Betätigung einer dem Stand der Technik entsprechenden, hydraulischen Zylinder- /Kolbenkombination, die hier allgemein als 20 gekennzeichnet ist, jeweils in einen Oberfläche-an-Oberfläche-Reibungseingriff mit den gegenüberliegenden Seitenflächen (17 und 19) des Rotors (14) gezwungen. Der Rotor (14) rotiert wegen seiner relativ zu der Nabe des damit verbundenen Fahrzeugrades festen Position mit dem Rad um die Radachse; der greiferartige Stator (12) ist von der Rotation mit dem Rotor (14) während des Bremsens des Fahrzeuges durch seine mechanische Verbindung zu einem Fahrzeugrahmen (nicht gezeigt) abgehalten.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Bremsenanordnung (10) weist jede der Reibungsauflagenanordnungen (16 und 18) jeweils ein metallisches Grundplattenelement (22 und 24) sowie jeweils ein Reibungsauflagenelement (26 und 28) auf. Die Reibungsauflagenelemente (26 und 28) sind aus verschiedenen reibungserzeugenden Materialien hergestellt, wobei das Reibungsauflagenelement (26) aus einer harzgebundenen metallischen Zusammensetzung und das Element (28) aus einer harzgebundenen, asbestfreien und nichtmetallischen Zusammensetzung gefertigt sind, wie sie jeweils in dieser Druckschrift im einzelnen angegeben werden. Die Auflagenelemente (26 und 28) sind typischerweise mit ihrem jeweiligen Grundplattenelement (22 und 24) mittels eines dem Stand der Technik entsprechenden, ausgehärteten Klebers oder mittels mechanischen Befestigungsvorrichtungen, wie z. B. Nieten oder Bolzen (nicht dargestellt), verbunden.
Die in der folgenden Tabelle 1 detailliert dargestellte Mischung 1 ist ein Beispiel einer speziellen Zusammensetzung, wie sie zur Herstellung des harzgebundenen, metallischen Reibungsauflagenelementes (26) genutzt werden kann, wogegen die in Tabelle 2 detailliert dargestellte Mischung 2 ein Beispiel einer speziellen Mischung angibt, wie sie zur Herstellung des harzgebundenen, asbestfreien, nicht metallischen Reibungsauflagenelementes (28) genutzt werden kann. Alle in den folgenden Tabellen angegebenen Teilverhältnisse basieren auf Gew.-%. Tabelle 1 Tabelle 2
Für die Herstellung von zusammengesetzten Mischungen zur Formung der Reibungsauflagenelemente dieser Erfindung ziehe ich vor, daß die oben beschriebenen Harzbinderteilchen entweder direkt Venolharzteilchen oder modifizierte Venolharzteilchen sind. Die benötigten kohlenstoffhaltigen Teilchen sind vorzugsweise entweder Graphitteilchen oder Koksteilchen oder sogar Kohleteilchen. Für den Bestandteil an Schleifmittelteilchen bevorzuge ich, entweder Magnesiumoxid- oder Siliziumoxid- oder Aluminiumoxid- oder Aluminiumsilikatteilchen und dergleichen zu verwenden. Für den durch Füllmittelteilchen gebildeten Bestandteil bevorzuge ich, Materialien aus der Gruppe bestehend aus Barytteilchen, Kalziumcarbonatteilchen, Teilchen aus SiO&sub2;- reichem Kalkstein und dergleichen. Die Reibungsteilchen sind, wenn sie zur Bereitung von Mischungen zur Formung von entweder Reibungsauflagenelement (26) oder Reibungsauflagenelement (28) genutzt werden, gewöhnlich Reifenmantelteile oder allgemein reibungserzeugende Bestandteile, wie sie in der Bremsen herstellenden Industrie hinlänglich bekannt sind. Weiterhin ist der Anteil metallischer Teilchen in der zur Herstellung des metallischen Reibungsauflagenelementes (26) genutzten Mischung aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxidpulver, Eisenteilchen und Stahlfasern.
Das Reibungsauflagenelement (28) ist als eine asbestfreie und nichtmetallische Reibungsauflage gekennzeichnet. Im wesentlichen habe ich in der Zusammensetzung für Mischung 2 Faserteilchen mit Ausnahme von Asbest genutzt, um für das das Reibungsauflagenelement beinhaltende Bremssystem oder die Bremsenanordnung eine Möglichkeit zur erhöhten Bremsreibung zu entwickeln speziell in Verbindung mit anfänglichem oder erstem Bremsen und ebenfalls in Verbindung mit einem Betrieb des Systems in Umgebungstemperaturen unter etwa -20ºC (0ºF). Als Ersatzfaserteilchen wähle ich für gewöhnlich Faserteilchen aus der Gruppe bestehend aus Glasfaserteilchen, keramischen Faserteilchen, thermischen (z. B. Steinwolle- und Mineralwolle-) Faserteilchen, Polyacrylonitrilfaserteilchen, Aramitfaserteilchen und geringfügige Mengen Stahlwollefaserteilchen (d. h. weniger als 5%). Obwohl die Zusammensetzung der Mischung 2 einige Stahlwollenteilchen enthalten kann, wird das Reibungsmaterial nach wie vor als nichtmetallisch angesehen, da die geringfügige Menge innerhalb des Faserteilchenbestandteils nur einen sehr kleinen Anteil an der Gesamtzusammensetzung darstellt, verglichen mit der Menge metallischer Teilchen, die entweder in der Zusammensetzung aus Tabelle 1 oder in anderen bekannten metallischen oder semimetallischen Reibungsmaterialien für Reibungsauflagen enthalten sind.
Als ein Verfahren zur Herstellung der oben ausgeführten Reibungsmaterialzusammensetzung ziehe ich vor, daß die benötigte, abgemessene Menge der speziellen Mischung einheitlich in einer zu einer auf eine Temperatur von etwa 160ºC (320ºF) vorgeheizten Reibungsauflagenformvorrichtung gehörenden Reibungsauflagenmatrize verteilt wird. Das so verteilte Material wird dann in der Reibungsauflagenmatrize der Formvorrichtung unter einem isostatischen Druck von ungefähr 13,8 MPa (2000 psi) verdichtet und die Matrize anschließend nach einminütiger, zweiminütiger und dreiminütiger verstrichener Zeit entlüftet. Anschließend werden die die Form verdichtenden Kräfte vorzugsweise auf ein Niveau angehoben, daß einen isostatischen Verdichtungsdruck von ungefähr 27,6 MPa (4000 psi) in der verdichteten Mischung erzeugt, und dieses Niveau der Verdichtung wird vorzugsweise für eine Zeitspanne von mindestens ungefähr zwei Minuten beibehalten. Zuletzt wird die so verdichtete und teilweise erhitzte Vorform aus der Form gestoßen und anschließend in einen Aushärtofen verbracht, um mittels Erwärmen auszuhärten, indem die Temperatur des Reibungsmaterials linear auf etwa 150ºC (300ºF) innerhalb einer dreistündigen Zeitspanne angehoben wird und anschließend die erhitzte Vorform bei der Temperatur von 150ºC (300ºF) für zusätzliche vier Stunden Prozeßzeit belassen wird. Abänderungen des hier zusammengefaßten Verfahrens zur Herstellung eines Reibungsauflagenelementes können abhängig von den Einzelheiten der Formel der Mischung und der Form und Größe der zu formenden Teile angemessen sein.
Andere Materialien, Komponentenformen und Komponentengrößen, inklusive anderer Bestandteile gleicher Funktion, können zur Umsetzung der beanspruchten Erfindung gebraucht werden.
Da gewisse Änderungen an dem oben beschriebenen System und der Vorrichtung vorgenommen werden können, die nicht vom Umfang der hier beschriebenen Erfindung abweichen, ist es beabsichtigt, daß alle in der Beschreibung enthaltenen oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Gegenstände als veranschaulichend und nicht in einem beschränkenden Sinne verstanden werden sollen.

Claims

1. Fahrzeugradbremsenanordnung (10), beinhaltend in Kombination:

eine erste reibungserzeugende Reibungsauflagenanordnung (16), die ein metallisches Grundplattenelement (22) und ein mit dem Grundplattenelement (22) verbundenes, harzgebundenes, metallisches Reibungsauflagenelement (26) aufweist;

eine zweite reibungserzeugende Reibungsauflagenanordnung (18), die ein metallisches Grundplattenelement (24) und ein mit dem Grundplattenelement (24) verbundenes, harzgebundenes, nichtmetallisches Reibungsauflagenelement (28) aufweist; Vorrichtung zum gleichzeitigen Antrieb der ersten und zweiten

Reibungsauflagenanordnung (16, 18), um an den Oberflächen des harzgebundenen, metallischen Reibungsauflagenelements (26) und des harzgebundenen, nichtmetallischen Reibungsauflagenelements (28) Reibung zu erzeugen;

dadurch gekennzeichnet,

daß das zweite, harzgebundene, nichtmetallische Reibungsauflagenelement (28) ein asbestfreies Auflagenelement (28) ist, beinhaltend 10 bis 25 Anteile Faserteilchen, ausgenommen Asbestfaserteilchen, 8 bis 20 Anteile Harzbinderteilchen, 2 bis 18 Teile kohlenstoffhaltige Teilchen, 2 bis 20 Anteile Schleifmittelteilchen, 20 bis 40 Anteile Füllstoffteilchen und 5 bis 20 Anteile Reibungsteilchen, wobei alle Anteilsverhältnisse auf Gew.-% basieren.

2. Fahrzeugbremsenanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das harzgebundene metallische Reibungsauflagenelement (26) 25 bis 60 Anteile metallische Teilchen, 5 bis 15 Anteile Harzbinderteilchen, 10 bis 25 Anteile kohlenstoffhaltige Teilchen, 0 bis 8 Anteile Schleifmittelteilchen, 3 bis 25 Anteile Füllstoffteilchen und 0 bis 10 Anteile Reibungsteilchen beinhaltet, wobei alle Anteilsverhältnisse auf Gew.-% basieren.

3. Harzgebundenes Bremsreibungselement (26), dadurch gekennzeichnet, daß es 25 bis 60 Anteile metallische Teilchen, 5 bis 15 Anteile Harzbinderteilchen, 10 bis 15 Anteile kohlenstoffhaltige Teilchen, 0 bis 8 Anteile Schleifmittelteilchen, 3 bis 25 Anteile Füllstoffteilchen und 1 bis 10 Anteile Reibungsteilchen beinhaltet, wobei alle Anteilsverhältnisse auf Gew.-% basieren.

4. Bremsreibungsauflagenelement (28), dadurch gekennzeichnet, daß es 10 bis 25 Anteile Faserteilchen, ausgenommen Asbestfaserteilchen, 8 bis 20 Anteile Harzbinderteilchen, 2 bis 18 Anteile kohlenstoffhaltige Teilchen, 2 bis 20 Anteile Schleifmittelteilchen, 20 bis 40 Anteile Füllstoffteilchen und 5 bis 20 Anteile Reibungsteilchen beinhaltet, wobei alle Anteilsverhältnisse auf Gew.-% basieren.