SE522238C2 - Bromsorgan, skivbroms och trumbroms avsedda att reducera bromsskrik - Google Patents

Description

25 30 522 238 2 o o» :nu skivbromsen ingående bromsskiva. Även om ovan nämnda förslag bidrar till att reducera förekomsten av bromsskrik under vissa givna förutsättningar, bidrar inte dessa lösningar till att reducera förekomsten av bromsskrik under varierande last pålagd bromsorganet.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att tillhandahålla ett bromsorgan där förekomsten av bromsskrik under varierande last pålagd bromsorganet reduceras. Detta ändamål uppnås genom ett bromsorgan enligt den kännetecknande delen av patentkravet 1.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla en skivbroms där förekomsten av bromsskrik under varierande last pålagd bromsorganet reduceras. Detta ändamål uppnås genom ett bromsorgan enligt den kännetecknande delen av patentkravet 16. Ännu ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla en trumbroms där förekomsten av bromsskrik under varierande last pålagd bromsorganet reduceras. Detta ändamål uppnås genom ett bromsorgan enligt den kännetecknande delen av patentkravet 17.

Teoretisk bakgrund till uppfinningen Från exempelvis ”An assumed Modes Method Approach to Disc Brake Squeal Analysis”, Society of Automotive Engineers, 1999-01-1335 av Hultén och Flint framgår att på grund av rotationssymmetrin hos ett bromsorgan, exempelvis en bromsskiva existerar två moder vid varje egenfrekvens hos bromsorganet. När ett modpar existerar för en egenfrekvens kan en våg propagera genom bromsorganet om excitationsenergi tillförs varvid oljud, s.k. bromsskrik kan uppstå. När ett bromsbelägg samrnankopplar bromsskiva alternativt bromstrumma och bromsbelägg splittras de kopplade moderna upp i skilda egenfrekvenser för systemet. Icke konservativa krafter, såsom exempelvis friktionskrafter, tenderar att koppla dessa fristående moder och sammanföra dessa till en gemensam egenfrekvens varvid bromsskrik kan uppstå.

För att undvika att bromsskrik uppkommer behöver sålunda systemet utformas så att separation av en uppsättning moder, vilka huvudsakligen uppvisar egenfrekvenser mellan 1 10 15 20 25 30 3 och 15 kHz, kan bibehållas. Kopplingen, och därigenom uppkomsten av bromsskrik, kan sålunda uppkomma för en rad olika egenfrekvenser och är beroende av samverkan mellan belägg och bromsorgan, dvs antingen skiva eller trumma. För att medge konstruktion av ett bromsorgan där risken för uppkomst av bromsskrik reduceras för flertalet av egenfrekvenser, företrädesvis alla egenfrekvenser inom ovan nämnda intervall är det av vikt att samverkan mellan belägg och skiva eller trumma sker på ett förutsägbart sätt.

Vidare har i samband med uppfinningen studier gjorts avseende bromsbeläggets kontakt med bromsskiva eller bromstrumma. I figur 1 visas symboliskt ett bromsorgan 1 enligt teknikens ståndpunkt, vilket samverkar med en bromsskiva 2. Bromsorganet innefattar ett bromsbelägg 3 och en bakplatta 4. Bromsbelägget uppvisar en första och en andra anliggningsyta Sa, 5b vilka är avsedda att pressas mot närrmda bromsskiva 2 eller i förekommande fall mot en bromstrumma. Vidare uppvisar bromsbelägget ett spår 6 vilket avgränsar anliggningsytan 5a mot anliggningsytan 5b.

Under brombeläggets 3 livslängd kommer bromsbelägget slitas så att en bromsbelägget bildar en plan yta vid en bestämd till bromsbelägget via exempelvis (icke visade) bromscylindrar pålagd kraft. Detta utgångsläge visas i figur 1 med en heldragen linje. I figur 2 visas symboliskt tryckfördelningen över anliggningsytoma. Med heldragen linje visas här tryckfördelningen vid det inslitna jämviktsläget där bromsbeläggets anliggningsyta eller ytor är plana.

På vänstra delen av figur 1 visas, med streckade linjer, formförändring hos bromsbelägget 3 när bromsbelägget pressas mot bromsskivan 2 eller en bromstrumma i förekommande fall med en kraft som understiger den ovan nämnda bestämda kraft som ger upphov till nämnda plana jämnviktsläge. I detta fall förskjuts bromsskivans kontaktyta utgångspositionen 7 till en andra position 7'. Vidare ses i överdriven förstoring hur bromsbeläggets yta deforrneras till en form under lägre belastning vilken indikerats med streckade linjer. Eftersom bromsbeläggets lokala defonnationsstyvhet variera över ytan uppstår skilda kontaktkrafter över bromsbeläggets yta då en kraft som avviker från ovan nämnda bestämda kraft, vilken ger upphov till nämnda järnnviktsläge. Med lokala deformationsstyvhet avses fj äderkonstanden i ett lokalt begränsat område i anliggningsytans normals riktning. Studier har visat att fjäderkonstanten för ett homogent material är lägre vid ett kantornråde med vertikala sidoytor än i områden med sluttande sidoytor eller i ett inre område på avstånd från nämnda kan hos 10 15 20 25 30 522 * 4 det homogena materialet. Detta innebär att fj äderkonstanten vid det hos bromsbelägget 3 belägna spåret 7 uppvisar en lägre deformationsstyvhet än hos ett inre område hos bromsbelägget och att bromsbelägget 3 vid de avfasade flankema 8 uppvisar en högre deformationsstyvhet än i det inre området hos bromsbelägget. Detta ger upphov till att vid den lägre belastningen bromsbelägget buktar ut vid ornrådet I beläget närmast nämnda spår 7 och buktar in vid området III beläget närmast den avfasade kanten 8.

På vänstra delen av figur 2 visas, med streckade linjer, tryckfördelningen över bromsbelägget 3, när bromsbelägget belastas med mindre last än ovan nämnda bestämda kraft. Med ovan angivna motivering inses att trycket är större inom området I än inom området III då lägre belastning än jämviktsbelastningen påförs bromsbelägget. Med heldragna linjer visas tryckfördelningen vid ovan nämnda bestämda kraft.

På högra delen av figur 1 visas, med streckade linjer, fonnförändring hos bromsbelägget 3 när bromsbelägget pressas mot bromsskivan 2 eller en bromstrumma i förekommande fall med en kraft som överstiger den ovan nämnda bestämda kraft som ger upphov till nämnda plana jämnviktsläge. I detta fall förskjuts bromsskivans kontaktyta utgångspositionen 7 till en tredje position 7”. Vidare ses i överdriven förstoring hur bromsbeläggets yta deformeras till en fonn under högre belastning vilken indikerats med streckade linjer. Eftersom bromsbeläggets lokala deformationsstyvhet variera över ytan uppstår skilda kontaktkrafter över bromsbeläggets yta då en kraft som avviker från ovan nämnda bestämda kraft, vilken ger upphov till nämnda jämnviktsläge. Fj äderkonstanten vid det hos bromsbelägget 3 belägna spåret 7 uppvisar, även vid detta fall, en lägre defonnationsstyvhet än hos ett inre område hos bromsbelägget och att bromsbelägget 3 vid de avfasade flankerna 8, 9 uppvisar en högre deformationsstyvhet än i det inre området hos bromsbelägget. Detta ger upphov till att vid den högre belastningen bromsbelägget buktar in vid området I beläget närmast nämnda spår 7 och buktar ut vid området IH beläget närmast den avfasade kanten 8.

På högra delen av figur 2 visas, med streckade linjer, tryckfördelningen över bromsbelägget 3, när bromsbelägget belastas med större last en ovan nämnda bestämda kraft.. Med ovan angivna motivering inses att trycket är mindre inom området I än inom området III då högre belastning än jämviktsbelastningen påförs bromsbelägget. Med heldragna linjer visas tryckfördelningen vid ovan nämnda bestämda kraft 10 15 20 25 30 5 2 2 2 Sšfš' -l i 1"* - * " " 5 På grund av dessa fonn- och tryckförändringar som sker vid påförande av olika tryckkrafter till bromsbelägget försvåras väsentligt utformandet av bromsbelägg där risken för sammankoppling av flertalet separerade moder kan reduceras. Ändamålet med uppfinningen uppnås sålunda genom att tillhandahålla ett bromssystem där ett bromsbelägg uppvisar en anliggningsyta med ett randområde omgivande anliggningsytan, där åtminstone en del av nämnda randområde uppvisar en lokal deformationsstyvhet i en riktning vertikalt ett plan genom anliggningsytan vilken avviker med maximalt 15 % från deformationsstyvheten i ett centralt område i anliggningsytans inre.

Genom denna konstruktion skapas ett väsentligt mer konstant tryck över bromsbelägget vid skilda belastningar.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer nedan att närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningsfigurer, där fig.l visar deformation av ett bromsbelägg enligt teknikens ståndpunkt vid jämnviktsbelastning, samt högre och lägre belastning, fig.2 visar tryckfördelningen av ett bromsbelägg enligt teknikens ståndpunkt vid jämnviktsbelastning, samt högre och lägre belastning, fig. 3 visar en perspektivvy av ett bromsbelägg enligt uppfinningen, fig. 4 visar ett diagram med deformationsförhållande som funktion av en sidoytas vinkling, fig. 5 visar ett tvärsnitt av ett bromsorgan enligt uppfinningen, och fig. 6 visar ett tvärsnitt av en alternativ utföringsform av ett bromsorgan enligt uppfinningen 10 15 20 25 30 522 238 'å f* " e BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXENIPEL I figur 3 visas en perspektivvy av ett bromsorgan 1 enligt uppfinningen. Bromsorganet är anordnat att på känt sätt samverka med en bromsskiva eller en bromstrumma med hjälp av icke visade organ. Exempel på samverkan och nödvändiga ingående organ för att tillhandahålla en fungerande broms ges exempelvis i US 5145037 och GB 2143 916, som utgör ett exempel på en skivbroms där bromsorgan enligt uppfinningen kan nyttjas, samt SE 504 272 som utgör ett exempel på en trumbroms där bromsorgan enligt uppfinningen kan nyttjas.

Bromsorganet 1 innefattar ett bromsbelägg 3 och en bakplatta 4. Bromsbelägg 3 och bakplatta 4 är företrädesvis utfonnade i ett stycke. Alternativt kan bromsbelägget 3 vara infäst på något för fackmannen välkänt sätt till bakplattan 4. Bromsbelägget utgör slityta när bromsorganet nyttjas för bromsning och bakplattan fördelar presskraften från (icke visade) bromscylindrar till bromsbelägget när bromsorganet nyttjas i en broms. Ett exempel på utformning av en broms med bromscylindrar finns exempelvis i US 5145037.

Bromsbelägget uppvisar i ett föredraget utföringsexempel en första och en andra anliggningsyta 5a, Sb vilka är avsedda att pressas mot en bromsskiva 2 eller i förekommande fall mot en bromstrumma. Vidare uppvisar bromsbelägget 3 i denna utföringsform ett spår 6 vilket avgränsar anliggningsytan Sa mot anliggningsytan 5b. Uppfinningen kan även nyttjas vid bromsbelägg med enbart en slityta, men är särskilt gynnsam vid bromsbelägg med flera slitytor avskilda med spår eftersom anliggningsytomas rand/ytförhållande hos sådana bromsorgan vanligen är större. Vidare uppvisar anliggningsytoma Sa och 5b ett randområde 9 innefattande ett första randområde 9a omgivande den första anliggningsytan Sa och ett andra randområde 9b omgivande den andra anliggningsytan 9b. Enligt vad som ovan angivits är anliggningsytorna Sa, 5b nedslitna under bromsorganets historik så att de är plana och uppvisar en ytnormal êz. Randområdet definieras som det område där anliggningsytoma 5a, 5b är förenade med sidoytor 10 - 15. Sidoytoma uppvisar följaktligen ytnorrnaler ês vilka har skilda riktningar från anliggningsytomas ytnonnal êz. Sidoytoma innefattar i en föredragen utföringsfonn en främre och en bakre avfasad flank 11, 12. Flankema införs för att kompensera för randeffekter som uppstår vid bromscylindramas kraftöverföring till bakplattan. Uppfinningen kan enligt vad ovan angivits nyttjas vid bromsbelägg utformade utan flanker som vid bromsbelägg utformade med flanker. De främre och bakre flankerna 10 15 20 25 30 5 2 2 2 3 ä* - å: 3- 7- utfonnas enligt teknikens ståndpunkt vanligtvis med ytnormal vilken är vinklad ca 15° mot anliggningsytans ytnorrnal êz. I det utföringsexempel då en främre och bakre flank är anordnad på bromsbelägget 3 innefattar nämnda sidoytor innefattar en första uppsättning sidoytor 10, 13 löpande mellan nämnda frärnre och bakre flank 11, 12. Vidare innefattar nämnda sidoytor i förekommande fall en andra uppsättning sidoytor 14, 15 mellan vilka nämnda spår 6 löper.

I figur 4 visas ett diagram med defonnationsförhållande som funktion av en sidoytas vinkling.

Diagramrnet visar beräkningar för något skilda material av deformationsförhållandet mellan en centralt på bromsbelägget belägen punkt med en punkt belägen på anliggningsytans rand.

Om deformationsförhållandet överstiger 1 innebär detta att randen har en mindre lokal deformationsstyvhet än det centrala området, dvs att randen mjukare än ett centralt område.

Omvänt gäller att om deformationsförhållandet understiger 1 innebär detta att randen har en större lokal deformationsstyvhet än det centrala området, dvs att randen hårdare än ett centralt område. Vidare inses att om defonnationsförhållandet är lika med 1 att den lokala deformationsstyvheten är den sarnrna i randområdet som i det centrala området. Enligt vad som ovan beskrivits i avsnittet om teoretisk bakgrund kommer områden med samma lokala deformationsstyvhet anligga med lika tryck mot under skild belastning av bromsbelägget.

Sålunda skall bromsorganet utformas för att den lokala styvheten skall vara densamma över hela anliggningsytan hos ett bromsbelägg. Diagrammet visar sålunda hur defonnationsförhållandet varierar med en sidoytas lutning i förhållande till anliggningsytan.

Beräkningen är utförd för plana sidoytor med en ytnormal ês vilken bildar en vinkel med anliggningsytans ytnormal ê, mellan 74° och 90°. Detta innebär att sidoytan bildar en något i sidoytans mot anliggningsytan vättande del avfasad plan yta.

I diagrammet visas vidare föredragna utföringsformer av uppfinningen där bromsbelägget uppvisar sidoytor vilka uppvisar en vinkel i förhållande till anliggningsytan mellan 78 och 86° då deformationsförhållandet avviker med mindre än ca 15%, en ytterligare föredragen utföringsforrn av uppfinningen där bromsbelägget uppvisar sidoytor vilka uppvisar en vinkel i förhållande till anliggningsytan mellan 80 och 84° då deforrnationsförhållandet avviker med mindre än ca 10% och en ännu ytterligare föredragen utföringsform av uppfinningen där bromsbelägget uppvisar sidoytor vilka uppvisar en vinkel i förhållande till anliggningsytan mellan 81 och 83° då deformationsförhållandet avviker med mindre än ca 5%. 10 15 20 25 30 522 25,3 ' S' I figur 5 visas ett tvärsnitt av ett bromsorgan 1 enligt uppfinningen. Bromsorganet 3 uppvisar ett bromsbelägg 3 och en bakplatta 4. Bromsbelägget 3 uppvisa en anliggningsyta Sa med en ytnorrnal êz. Vidare uppvisar bromsbelägget en sidoyta 16 vilken företrädesvis är valfritt vald av nämnda första och andra uppsättning sidoytor 10, 13 - 15. Sidoytan 16 uppvisar en ytnormal ês. Sidoytans ytnorrnal och anliggningsytan ytnormal bildar vinkel med varandra om 90° - 0t° när bromsorganet är i obelastat läge. Sidytan 16 och anliggningsytan Sa är förenade i ett randområde 9. Vidare visar figur 5 bromsorganet i ett läge under stark belastning, markerat med streckade linjer, där det kan konstateras att hela anliggningsytan Sa parallellförskjutits till ett nytt läge Sa' Parallellförskjutning under konstant tryck över ytan åstadkommes genom att randområdet ges samma lokala defonnationsstyvhet som ett centralt område 17 i anliggningsytans inre. Det centrala området 17 i anliggningsytans inre kan definieras som alla punkter på anliggningsytan som ligger på ett avstånd från en rand 9 som överstiger tjockleken, företrädesvis trippla tjockleken, H av bromsbelägget 3 mätt i anliggningsytans ytnormals ê, riktning.

Genom att sidoytorna är lutande utformade uppnås ett bromsorgan enligt uppfinningen med begränsad variation av den lokala deformationsstyvheten mellan rand och inre hos bromsbeläggets 3 anliggningsyta Sa. I det i figur S visade exemplet är sidoytan 16 plant utformad vilket innebär att randen är till samma grad förstyvade oberoende om hur mycket belägget slits ned. I figur 6 visas uppfinningen enligt en annan utföringsform där sidoytans 16 ytnorrnal ês varierar med avståndet från bakplattan 4. Denna utföringsform kan utnyttjas där bakplattans 4 inverkan på den lokala deformationsstyvheten hos bromsorganet 1 medför att skild kompensation genom randens utformning krävs för att erhålla ett randområde med liten avvikelse i defonnationsstyvhet beroende av tjockleken och därigenom nedslitningen av bromsbelägget. I detta fall utfonnas sidoytan 16, enligt en föredragen utföringsforrn av uppfinningen, med en godtycklig ytnorrnal ês inom huvuddelen 18 av ett slitorriråde 19 inom sidoytan 16 vilken ytnormal ês bildar en vinkel med en godtycklig ytnormal ê, inom huvuddelen av anliggningsytan, när bromsorganet är i obelastat tillstånd, mellan 78 - 86°.

Slitornrådet definieras som den del av sidoytan som är avsedd att nedslitas under bromsorganets 1 livslängd. Huvuddelen18 av slitornirådet kan utgöras av hela bromsbeläggets tjocklek eller av en lokal del av detta, dock företrädesvis åtminstone 50% av bromsbeläggets tjocklek när bromsbelägget är i ursprungligt skick. Företrädesvis är sidoytan utformad med en ytnormal ês vilken bildar en större vinkel med anliggningsytans ytnormal ê, vid delar av 10 522 'f f' ' Q sidoytan som är belägna i närheten av bakplattan 4 än vid delar som är belägna i närheten av anliggningsytan 5a.

Bromsbelägget och bakplattan är tillverkade av för fackmannen välkända material.

Det är tänkbart att en metod nyttjas där nämnda bromsorgan utformas av ett material med varierande deformationsstyvhet och att variationen anordnas för att medge att del av nämnda randområde uppvisar en lokal deformationsstyvhet i en riktning vertikalt ett plan genom anliggningsytan vilken avviker med maximalt 15 % från deformationsstyvheten i ett centralt ornråde i anliggningsytans inre. I en föredragen utföringsform avviker deformationsstyvheten med maximalt 10%, företrädesvis 5%.

Uppfinningen kan nyttjas för varierande typer av skiv- och trumbromsar välkända för fackmannen.

Claims (6)

1. 522 238 ' 10 PATENTKRAV 1 Bromsorgan innefattande en bakplatta uppbärande ett bromsbelägg vilket uppvisar åtminstone en anliggningsyta samt sidoytor omgivande nämnda åtminstone en anliggningsyta, där sidoytoma är dels förbundna med nämnda anliggningsyta, dels med nämnda bakplatta k ä n n e t e c k n at a v att nämnda anliggningsyta uppvisar ett randområde omgivande anliggningsytan, där åtminstone en del av nämnda randområde uppvisar en lokal deformationsstyvhet i en riktning vertikalt ett plan genom anliggningsytan vilken avviker med maximalt 15 % från deformationsstyvheten i ett centralt ornråde i anliggningsytans inre.

2. Bromsorgan enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at a v att sidoytoma längs nämnda del av randområdet är utformade för att tillhandahålla en lokal deformationsstyvhet i en riktning vertikalt ett plan genom anliggningsytan vilken avviker med maximalt 15% från deforrnationsstyvheten i ett centralt område i anliggningsytans inre.

3. Bromsorgan enligt krav 1 eller 2 krav, k ä n n e t e c k n at a v att den lokala deforrnationsstyvheten avviker med maximalt 10 %.

4. Bromsorgan enligt något kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n at a v att den lokala defonnationsstyvheten avviker med maximalt 5 %.

5. Bromsorgan enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n at a v att bromsbelägget innefattar åtminstone två anliggningsytor separerade med ett spår och att nämnda del av randområdet innefattar huvuddelen av anliggningsytornas rand längs nämnda spår.

6. Bromsorgan enligt krav 5, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda spår löper mellan en andra uppsättning sidoytor och att en godtycklig ytnormal inom huvuddelen av ett slitområde inom nämnda andra uppsättning av sidoytoma bildar en vinkel med en godtycklig ytnormal inom huvuddelen av 10 11 12 13 14 522 258 n anliggningsytan, när bromsorganet är i obelastat tillstånd, mellan 78 - 86°. Bromsorgan enligt krav 6, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda vinkel är inom intervallet 80 - 84°. Bromsorgan enligt krav 6, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda vinkel är inom intervallet 81 - 83°. Bromsorgan enligt något av kraven 5 - 8, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda andra uppsättning sidoytor inom huvuddelen av ett slitområde inom nämnda andra uppsättning av sidoytorna är huvudsakligen plant utformade. Bromsorgan enligt något av föregående krav, där bromsbelägget innefattar en främre och en bakre avfasad flank samt att nämnda sidoytor innefattar en första uppsättning sidoytor löpande mellan nämnda främre och bakre flank k ä n n e t e c k n at a v att nämnda del av randområdet innefattar huvuddelen av en rand av nämnda anliggningsyta eller ytor vid nämnda första uppsättning sidoytor. Bromsorgan enligt krav 9, k ä n n e t e c k n at a v att en godtycklig ytnonnal inom huvuddelen av ett slitområde inom nämnda första uppsättning sidoytor bildar en vinkel med en godtycklig ytnonnal inom huvuddelen av anliggningsytan, när bromsorganet är i obelastat tillstånd, mellan 78 - 86°. Bromsorgan enligt krav 10, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda vinkel är inom intervallet 80 - 84°. Bromsorgan enligt krav 10, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda vinkel är inom intervallet 81 - 83°. Bromsorgan enligt något av kraven 11 - 13, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda första uppsättning sidoytor inom huvuddelen av ett slitområde inom nämnda första uppsättning av sidoytoma är huvudsakligen plant utfonnade. 15 16 17 5 2 2 2 5 s: - ï-'fš- " ' 11 Bromsorgan enligt något av kraven 10 - 14, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda del av randområdet innefattar huvuddelen av en rand av nämnda anliggningsyta eller ytor vid främre och bakre flank. Skivbroms innefattande ett bromsorgan enligt något av patentkraven 1 - 15. Trumbroms innefattande ett bromsorgan enligt något av patentkraven 1 - 15.