PL202482B1 - Skład materiałowy okładziny ciernej testowej hamulcowej do określenia ilości wchłanianej wody oraz sposób jej wykorzystania w pojazdach mechanicznych - Google Patents

Abstract

1. Sk lad materia lowy ok ladziny ciernej testowej hamulcowej do okre slania wch laniania ilo sci wody rozbryzgowej, na któr a nara zona jest ok ladzina hamulcowa pojazdu jad acego po mokrej po- wierzchni, znamienny tym, ze ok ladzina cierna testowej ok ladziny hamulcowej jest ukszta ltowana higroskopijnie, umo zliwiaj ac wch loni ecie, co najmniej 5%, a korzystnie 10% wody. PL PL PL PL

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy składu materiałowego okładziny ciernej testowej hamulcowej do określenia ilości wchłanianej wody oraz sposób jej wykorzystania w pojazdach mechanicznych.

Dla okładzin hamulcowych ważne jest, żeby również na mokrej jezdni wykazywały się stabilnymi właściwościami hamowania. Wilgoć w postaci wody rozbryzgowej objawia się z zasady negatywnie w stosunku do wielkości współczynnika tarcia okładziny hamulcowej. Okazało się , że w przypadkach niekorzystnej konstrukcji pojazdu oraz/lub układu hamulcowego, długość drogi hamowania wydłuża się zimą dwukrotnie, nie tylko pod wpływem wilgoci, ale również pod wpływem rozsypywanej na jezdniach soli. Dla bezpieczeństwa ruchu drogowego ma to rozstrzygające znaczenie. Ponadto zanotować należy istotnie negatywny wpływ na zachowanie komfortu jazdy i na korozję pojazdu, w wyniku niepotrzebnie wysokiego dopływu wody rozbryzgowej.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest ustalenie składu materiałowego okładziny ciernej testowej hamulcowej, która umożliwi określenie ilości wchłanianej wody rozbryzgowej oraz sposób jej wykorzystania w pojazdach mechanicznych.

Zgodnie z celem wynalazku zadanie to zostało rozwiązane przy wykorzystaniu okładziny ciernej testowej o określonym składzie materiałowym do określenia ilości wchłanianej wody rozbryzgowej, na którą wystawiona jest okładzina hamulcowa pojazdu na mokrej powierzchni jezdni, przy czym w zakresie składu materiałowego wynalazek charakteryzuje się tym, że:

1) okładzina cierna testowej okładziny hamulcowej jest ukształtowana higroskopijnie, umożliwiając wchłonięcie, co najmniej 5%, a korzystnie 10% wody,

2) okładzina cierna zawiera nie mniej niż 15% (obj.), korzystnie 17% (obj.) higroskopijnego środka wiążącego,

3) okładzina cierna według cechy 1 i 2 zawiera od 8% (obj.) do 12% (obj.), korzystnie 10% (obj.) włókien,

4) okładzina cierna według cechy 3 zawiera włókna w postaci włókien aramidowych oraz/lub włókien poliakrylonitrylowych,

5) okładzina cierna według cechy 1 albo 2 albo 4 zawiera: od 6% (obj.) do 14% (obj.) włókien, korzystnie 10% (obj.), od 5% (obj.) do 13%(obj.) kauczuku, korzystnie 9% (obj.), od 13% (obj.) do 21% (obj.) środków wiążących, korzystnie 17% (obj.). od 10% (obj.) do 18% (obj.) amorficznego kwarcu, korzystnie 14% (obj.). od 1% (obj.) do 9,5% (obj.) łyszczyku, korzystnie 5,5% (obj.), od 10,5 (obj.) do 18,5% (obj.) silikatu magnezowo glinowego, korzystnie 14,5% (obj.) od 5,5% (obj.) do 13,5% (obj.) tytanianu potasu, korzystnie 9,5% (obj), od 6,5% (obj.) do 14,5% (obj.) wełny stalowej, korzystnie 10,5% (obj.), od 6% (obj.) do 14% (obj.) wodorokrzemianu glinu, korzystnie 10% (obj.).

6) okładzina cierna według cechy 5 zawiera jako kauczuk, kauczuk ackrynitril butanowy. Testowa okładzina hamulca wg wynalazku charakteryzuje się, więc tym, w korzystnym składzie materiałowym, że okładzina cierna zawiera nie mniej niż 15% (objętościowo), a przeważnie 17% (objętościowo) higroskopijnych środków wiążących.

Poprzez, w porównaniu z aktualnym stanem techniki, istotnie wyższą zawartość środka wiążącego powstaje możliwość bezproblemowej realizacji higroskopijnych właściwości okładziny ciernej bez tego, żeby potrzebne były dodatkowe składniki materiałowe lub potrzebna była obróbka mechaniczna okładziny ciernej dla uzyskania porowatego ciała. Środek wiążący może, w zależności od pożądanego procesu wytwórczego, zostać wybrany dowolnie, ze składnikiem wulkanizującym lub bez. Z reguły jako środek wiążący używane są żywice (nie modyfikowane lub modyfikowane organicznie, ale nieorganicznie). Szczególnie przydatne okazały się organiczne modyfikacje kresoli, alkili, CSNL, epoksydu, rezorcyny, arylu, SBR i kauczuku chloroprenowego. Przydatne okazały się również nieorganiczne modyfikacje fosforu, silikonu i chromu. Wiadomo, że okładziny cierne wolne są od środków smarnych, nie zawierają one w szczególności siarczków ani grafitów. Dalszy rozwój wynalazku charakteryzuje się tym, że okładzina cierna jest dodatkowo lub alternatywnie wolna od środków ściernych, nie zawiera ona w szczególności AL2O3, silikatu Zr oraz SiC. Pod pojęciem środków ściernych należy w tym przypadku rozumieć zdzierające ziarna w klasycznym sensie. Okazało się, że wolne od środków smarnych i środków ś ciernych okładziny cierne, przeznaczone do przeradzania testowania konstrukcji pojazdów ze względu na dostęp wody rozbryzgowej, są do tego celu szczególnie przydatne, gdyż może on nie

PL 202 482 B1 tylko zostać higroskopijnie nastawiony, ale wykazuje się wyjątkowymi, technicznymi właściwościami ciernymi. W dalszym rozwoju wynalazku proponuje się, żeby okładzina cierna zawierała od 8% (objętościowo) do 12% (objętościowo), a najlepiej 10% (objętościowo) włókien. Korzystnie jest, żeby okładzina cierna zawierała włókna aramidowe oraz/lub włókna poliakrylonitrylowe. Dla zmniejszenia procesu ładowania elektrostatycznego mogą być stosowane włókna aramidowe, które zawierają nie więcej niż 5% wody. W dogodnych warunkach są one w stanie zmagazynować więcej niż 15% wody.

Natomiast w zakresie sposobu wykorzystania okładziny ciernej testowej do określenia ilości wchłanianej wody przez okładziny hamulcowe, wynalazek charakteryzuje się tym, że:

a) najpierw wyznacza się masę początkową ciernej testowej okładziny, następnie wbudowuje się ją do pojazdu, a w dalszej kolejności pojazd z wbudowaną cierną testową okładziną poddany zostaje eksploatacji w uprzednio założonych warunkach na mokrej powierzchni, przy czym wyznaczenie wchłonięcia wody przez okładzinę cierną testową określa się z różnicy pomiędzy masą końcową ciernej testowanej okładziny hamulcowej a jej masą początkową,

b) okładzinę cierną testowej okładziny hamulcowej suszy się przed określeniem mięcia wody przez okładzinę cierną testową,

c) okładzinę cierną testowej okładziny hamulcowej poddaje się procesowi wyznaczenia określenia wchłonięcia wody dla wszystkich okładzin hamulcowych pojazdu,

d) dla określenia wchłonięcia wody przez okładzinę cierną testową ustala się wartość progową i/lub konstrukcję hamulców pojazdu zmienia się, kiedy w sposobie określania różnicy pomiędzy masą końcową ciernej testowanej okładziny hamulcowej a jej masą początkową, wchłonięcie wody jest większe niż ustalona wartość progowa.

Korzyści i zalety wynikające z istotnych cech wynalazku są szczególnie znaczące dla konstrukcji pojazdów mechanicznych, zawierających okładziny hamulcowe, gdyż w łatwy sposób wyposaża się je w okładzinę hamulcową testującą z wykładziną cierną o takim higroskopijnym ukształtowaniu, że może ona przyjąć 5%, a przeważnie nawet 10% wody. Przy czym materiały określane jako higroskopijne to takie, które z mieszaniny: para wodna - gaz (n.p. powietrze, odciągają parę wodną. Również w bezpośrednim kontakcie z wodą przykładowo w przypadku tego wynalazku z wodą rozbryzgową higroskopijne materiały przyjmują wodę. Woda może być przyjmowana w wyniku hydratacji, przy czym molekuły wodne gromadzone są w spolaryzowanych, wydzielonych z wody grupach, na bazie elektrostatycznego, przemiennego oddziaływania typu jon - dipol, lub poprzez tworzenie mostkowych związków wodorowych. W wyniku doprowadzenia energii można wchłoniętą wodę w sposób oszczędzający na powrót wydalić. Określa się to jako schnięcie. Przebieg przyjmowania (wchłaniania) wody oraz schnięcie następuje temperaturowych określonych obszarach temperaturowych bez przekształcania molekuł lub ich podziału, co oznacza, że proces jest w tym obszarze rewersyjny. Z tego powodu istnieje możliwość, że będące przedmiotem wynalazku testujące okładziny hamulcowe mogą w przypadku zaistnienia dogodnych warunków testowania, być ponownie użyte. W ten sposób istnieje możliwość obniżenia do minimum kosztów materiałowych.

Zaskakująco okazało się, że nie ma potrzeby tworzenia skomplikowanych konstrukcji testujących po to, żeby określić warunki przepływu strug wody rozbryzgowej. Pojazdy mogą być w fazie testowania badane, po prostu w konsekwencji wymiany zamontowanych w nich seryjnych okładzin hamulcowych na okładziny testujące. Ze względu na to, że będąca przedmiotem wynalazku okładzina cierna jest higroskopijna, istnieje bezpośredni związek pomiędzy wchłanianiem wody przez okładzinę cierną, a ilością wilgoci doprowadzonej do tej okładziny w postaci wody rozbryzgowej. Zgodna z wynalazkiem okładzina testująca pozwala, zatem na dokładne określenie doprowadzonej do hamulca wilgoci. Z tej doprowadzonej do hamulca wilgoci można, za pomocą pomiarów porównawczych lub za pomocą metod rachunkowych, wyznaczyć ilość wody rozbryzgowej, na którą narażona jest okładzina hamulcowa na mokrej jezdni. W najprostszym przypadku można pominąć wilgotność powietrza. W ten sposób zdobyć można, bez specjalnych nakładów, korzystnie kosztowo, wymagane informacje potrzebne do optymalizacji konstrukcji pojazdu, w szczególności podłogowych zespołów konstrukcyjnych oraz/lub hamulca, z punktu widzenia dopływu wody rozbryzgowej.

Na bazie możliwości wyznaczenia, za pomocą będącej przedmiotem wynalazku testowej okładziny hamulcowej, ilości wody, na którą wystawiona jest okładzina hamulcowa na mokrej jezdni, umożliwia się wytwórcom samochodów oraz/lub wytwórcom hamulców zastosowanie środków, prowadzących do zmniejszenia mu do okładzin wody rozbryzgowej.

Wytwórcy mogą zmienić konstrukcję pojazdu lub konstrukcję hamulca albo wbudować nowe elementy, przykładowo ekrany osłonowe lub spoilery odchylające. W ten sposób możliwe się staje, że

PL 202 482 B1 droga hamowania na mokrej jezdni staje się krótsza, przez co zwiększa się bezpieczeństwo samochodu i bezpieczeństwo ruchu drogowego. Jednocześnie ograniczona zostaje korozja pojazdu.

Przykład realizacji wynalazku w zakresie składu materiałowego, to okładzina a testowa, zawierająca najlepiej:

10% (obj.) włókien,

9% (obj.) kauczuku,

17% (obj.) środków wiążących,

14% (obj.) amorficznego kwarcu,

5,5% (obj.) łyszczyku,

14,5% (obj.) silikatu magnezowo glinowego,

9,5% (obj.) tytanianu potasu,

10,5% (obj.) wełny stalowej,

10% (obj.) wodorokrzemianu glinu.

Łyszczyk może być używany w postaci ekspandowanej, jak też w postaci nieekspandowanej. Tytanian potasu może być użyty w postaci włókien lub w postaci proszkowej. Wełna stalowa służy do mechanicznego wzmocnienia okładziny. Z samej swej natury nie jest ona higroskopijna.

Dla celów testowania składowano odpowiednią okładzinę cierną w powietrzu o wilgotności względnej = 95%. Okazało się, że materiał przyjął po dwóch dniach 3,4% wody, po pięciu dniach - 5,8%, po 14 dniach - 10,2%, po trzydziestu pięciu dniach - 13,4%, a po 49 dniach - 15%. Ten powolny, kontynuacyjny przyrost wchłanianej wody jest optymalny do wyznaczenia ilości wody rozbryzgowej wchłanianej przez okładzinę hamulcową na mokrej jezdni, gdyż nie wolno, żeby okładzina cierna w fazie testowej uzyskała zdolność do natychmiastowego, maksymalnego przyjęcia wody. Z drugiej jednak strony nie powinno być tak, żeby wchłanianie wody było nazbyt powolne, gdyż faza testowa nie powinna przekraczać określonych granic czasowych. Przy zastosowaniu wymienionego wyżej składu, jest to zupełnie możliwe. Testowa okładzina hamulcowa z okładziną cierną o podanym składzie wykazuje się ponadto stabilnym współczynnikiem tarcia μ = 0,3 oraz - 0,4, co wykazały tarciowe badania techniczne. Współczynnik tarcia w stanie zimnym o wartości μ = 0,4 i więcej jest równie korzystny i wyższy niż w przypadku niektórych materiałów seryjnych. Nawet hamowania paniczne przy szybkości 100 i 180 km/h są stabilne. Godne uwagi jest to, że tego rodzaju testowa okładzina hamulcowa charakteryzuje się zaskakująco krótkimi przebiegami chwilowymi. Dopiero przy pierwszym zaniku temperaturowo zależnym, mianowicie przy wzroście temperatury do 600°C, następuje wyraźny spadek współczynnika tarcia. Całościowo; testowa okładzina hamulcowa z okładziną cierną o podanym składzie jest w granicach temperaturowych do ok. 400°C porównywalna, pod względem właściwości ciernych, ze znanymi, mniej higroskopijnymi materiałami. Podczas przeprowadzanych w fazie testowej hamowaniach nie potrzeba uwzględniać specjalnych właściwości materiałowych zastosowanej testowej okładziny hamulcowej. Z tego względu możliwe się staje, że warunki eksploatacyjne, którym poddany zostanie pojazd podczas fazy testowej, mogą być dobrane możliwie realnie.

Dalszą zaletą wymienionego wyżej składu jest to, że odpowiednia testowa okładzina hamulcowa nie emituje uchwytnych szmerów i wykazuje się dobrym zachowaniem wibracyjnym. Ze względu na ściśliwość użyty zostaje przede wszystkim kauczuk higroskopijny. Najlepszy okazał się tu kauczuk butadienowo akrylonitrylowy.

Przykład realizacji wynalazku w zakresie sposobu przebiega następująco: poprzez zastosowanie odpowiedniego do wynalazku urządzenia, w kolejności

a) określona zostaje masa początkowa testowej okładziny hamulca;

b) testowa okładzina hamulca zostaje wbudowana do pojazdu;

c) pojazd wystawiony zostaje na oddziaływanie założonych warunków eksploatacyjnych;

d) określona zostaje masa końcowa testowej okładziny hamulcowej;

e) z różnicy pomiędzy masą początkową a masą końcową określona zostaje ilość przyjętej przez okładzinę cierną wody.

Przy wyznaczeniu ilości wody, przyjętej przez okładzinę, uzyskać można wysoką dokładność, jeśli hamulcowa okładzina testowa zostaje wysuszona przed przystąpieniem do czynności zgodnie z punktem d). Poprzez to usunięta zostaje woda przywierająca do powierzchni hamulcowej okładziny testowej, co prowadzi do tego, że woda ta nie wpływa na wyznaczenie końcowej masy tej okładziny. Chodzi, zatem o krótkotrwały proces suszenia. Suszenie następuje w sposób, który nie powoduje wydalenia wody wchłoniętej przez testową okładzinę hamulcową. Szczególnie przydatne przy tym jest to, żeby opłukać okładzinę testującą cieczą o niskiej temperaturze wrzenia. Ciecze takie usuwają wodę powierzchniową

PL 202 482 B1 zebraną na okładzinie. Następujący po takim opłukaniu proces suszenia służy wyłącznie odparowaniu tej cieczy. Potrzebny do tego nakład energetyczny jest zbyt mały, żeby wymusić wydalenie wody wchłoniętej przez okładzinę. Ze względu na zalety procesu testowania zaleca się przeprowadzenie kroków od a) do e) w stosunku do wszystkich okładzin hamulcowych pojazdu. Z reguły częściej występują problemy związane z wodą rozbryzgową na okładzinach hamulcowych wewnętrznych pojazdu, niż na okładzinach zewnętrznych. Poprzez wyznaczenie ilości wchłoniętej wody przez wszystkie okładziny cierne pojazdu powstaje możliwość istotnego, szybszego i kosztowo korzystniejszego zoptymalizowania konstrukcji pojazdu wzgl. konstrukcji hamulców. Wyróżniający przykład charakteryzuje się tym, że dla procesu wchłaniania wody ustalona zostaje tzw. szybka wartość wchłaniania i konstrukcja pojazdu/hamulców zmieniona zostaje, jeśli określona w kroku e) wchłonięta woda jest większa od tej szybkiej wartości.

W ramach pomysłu wynalazczego możliwych jest wiele dalszych rozwiązań. Okładzina cierna może być dowolnie higroskopijna. Ponadto możliwe są dowolne warianty składu materiałowego okładziny ciernej, o ile zachowana zostaje minimalna miara jej technicznych właściwości ciernych. Zamiast określania masy początkowej i masy końcowej testowej okładziny hamulcowej można pójść drogą wyznaczenia jej objętości początkowej i objętości końcowej.

Claims (10)

1. Skład materiałowy okładziny ciernej testowej hamulcowej do określania wchłaniania ilości wody rozbryzgowej, na którą narażona jest okładzina hamulcowa pojazdu jadącego po mokrej powierzchni, znamienny tym, że okładzina cierna testowej okładziny hamulcowej jest ukształtowana higroskopijnie, umożliwiając wchłonięcie, co najmniej 5%, a korzystnie 10% wody.

2. Skład według zastrz. 1, znamienny tym, że okładzina cierna zawiera nie mniej 5% (obj.), korzystnie 17% (obj.) higroskopijnego środka wiążącego.

3. Skład według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że okładzina cierna zawiera od 8% (obj.) do 12% (obj.), korzystnie 10% (obj.) włókien.

4. Skład według zastrz. 3, znamienny tym, ż e okładzina cierna zawiera włókna w postaci włókien aramidowych oraz/lub włókien poliakrylonitrylowych.

5. Skład według zastrz. 1 albo 2, albo 4, znamienny tym, że okładzina cierna zawiera: od 6% (obj.) do 14% (obj.) włókien, korzystnie 10%(obj.), od 5% (obj.) do 13%(obj.) kauczuku, korzystnie 9% (obj.), od 13% (obj.) do 21% (obj.) środków wiążących, korzystnie 17% (obj.). od 10% (obj.) do 18% (obj.) amorficznego kwarcu, korzystnie 14% (obj.). od 1% (obj.) do 9,5% (obj.) łyszczyku, korzystnie 5,5% (obj.), od 10,5 (obj.) do 18,5% (obj.) silikatu magnezowo glinowego, korzystnie 14,5% (obj.) od 5,5% (obj.) do 13,5% (obj.) tytanianu potasu, korzystnie 9,5% (obj), od 6,5% (obj.) do 14,5% (obj.) wełny stalowej, korzystnie 10,5% (obj.), od 6% (obj.) do 14% (obj.) wodorokrzemianu glinu, korzystnie 10% (obj.).

6. Skł ad wedł ug zastrz. 5, znamienny tym, ż e okł adzina cierna zawiera jako kauczuk, kauczuk ackrynitril butadienowy.

7. Sposób wykorzystania okł adziny ciernej testowej okł adziny hamulcowej w pojazdach mechanicznych, znamienny tym, że najpierw wyznacza się masę początkową ciernej testowej okładziny, następnie wbudowuje się ją do pojazdu, a w dalszej kolejności pojazd z wbudowaną cierną testową okładziną poddany zostaje eksploatacji w uprzednio założonych warunkach na mokrej powierzchni, przy czym wyznaczenie wchłonięcia wody przez okładzinę cierną testową określa się z różnicy pomiędzy masą końcową ciernej testowanej okładziny hamulcowej a jej masą początkową.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że okładzinę cierną testowej okładziny hamulcowej suszy się przed określeniem wchłonięcia wody przez okładzinę cierną testową.

9. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, ż e okładzinę cierną testowej okładziny hamulcowej poddaje się procesowi wyznaczenia określenia wchłonięcia wody wszystkich okładzin hamulcowych pojazdu.

10. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że dla wchłonięcia wody przez okładzinę cierną testową ustala się wartość progową i/lub konstrukcję hamulców pojazdu zmienia się, kiedy w sposobie określania różnicy pomiędzy masą końcową ciernej testowanej okładziny hamulcowej a jej masą początkową, wchłonięcie wody jest większe niż ustalona wartość progowa.