ГИБКИЙ МОНТАЖ ЭЛЕМЕНТОВ ФРИКЦИОННОЙ НАКЛАДКИ В ТОРМОЗНЫХ НАКЛАДКАХ
FLEXIBLE ASSEMBLY OF FRICTION LINING ELEMENTS IN BRAKE PADS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Настоящее изобретение относится к тормозной накладке, в частности - для дискового тормоза транспортного средства, с несущей пластиной и по меньшей мере одним элементом фрикционной накладки, подвижно смонтированном на несущей пластине. Элемент фрикционной накладки размещен на несущей пластине таким образом, чтобы при активации тормоза элемент фрикционной накладки прижимался или мог прижиматься первой боковой поверхностью к тормозному диску дискового тормоза. Для гибкого монтажа элемента фрикционной накладки между несущей пластиной и элементом фрикционной накладки размещена пружинная система.
[002] Тормозные накладки для дисковых тормозов транспортных средств обычно имеют несущую пластину, например из стали, а также фрикционную накладку, размещенную на несущей пластине. Фрикционная накладка может быть, например, запрессована в несущую пластину или соединена с ней иным образом. При этом соединение между несущей пластиной и фрикционной накладкой должно выдерживать нагрузки, возникающие при активации тормоза, особенно поперечные нагрузки, а также нагрузки от вибраций.
[003] Фрикционный материал для тормозных накладок рельсовых транспортных средств, в частности высокоскоростных поездов, часто изготовляют из спеченного материала. Температуры пары трения между тормозной накладкой и тормозным диском часто достигают в таких высоконагруженных тормозах 600°С и более, что делает применение обычных тормозных накладок на базе каучука затруднительным и даже невозможным. Для достижения равномерного распределения температуры на тормозном диске тормозные накладки часто компонуют из множества элементов фрикционной накладки, которые размещают поодиночке или группами на несущей пластине тормозной накладки, монтируя на частично гибких опорах.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[004] Современные спеченные тормозные накладки для рельсовых транспортных средств отличаются многокомпонентной структурой. Известно неподвижное соединение отдельных фрикционных элементов с несущей пластиной, например, посредством клепки. Неподвижно закрепленные фрикционные элементы не могут следовать неровностям тормозного диска и компенсировать различные тепловые расширения. Это ведет к сильной нагрузке на тормозной диск из-за неравномерного распределения температуры по тормозному диску и возможному перегреву отдельных фрикционных элементов.
[005] Эти явления удалось ослабить за счет упругого или гибкого монтажа элементов фрикционной накладки на несущей пластине. В WO 2012/089968 А1, например, предложена тонкая прокладка между несущей пластиной и фрикционным элементом, которая обеспечивает упругую опору.
[006] В ЕР 1506352 В1 описана тормозная накладка для дискового тормоза транспортного средства, при этом элементы фрикционной накладки закреплены на несущей пластине посредством натяжной пружины и упругих элементов, расположенных между элементами фрикционной накладки и несущей пластиной.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ: ЗАДАЧА, РЕШЕНИЕ, ПРЕИМУЩЕСТВА
[007] Задача настоящего изобретения - предложить тормозную накладку для дискового тормоза транспортного средства, которая имеет несущую пластину и элемент фрикционной накладки, смонтированный подвижно на несущей пластине посредством пружинной системы, причем достигается особо оптимальная характеристика силы-перемещения, одновременно высокая амортизация, а также стабильная термическая характеристика. При этом пружинная система способна переносить поперечные нагрузки, возникающие при торможении и толчках (например, силы трения и ударов) от элемента фрикционной накладки на несущую пластину, без значительного нагружения других крепежных элементов. Элементы фрикционной накладки и - соответственно - пружинная система должны монтироваться на несущей пластине максимально легко и без значительных затрат.
[008] Согласно настоящему изобретению предлагается тормозная накладка для дискового тормоза транспортного средства, причем эта накладка имеет несущую пластину и по меньшей мере один элемент фрикционной накладки, который размещен на несущей пластине таким образом, чтобы при активации тормоза элемент фрикционной накладки мог прижиматься к тормозному диску первой боковой поверхностью. Кроме того, указанный по меньшей мере один элемент фрикционной накладки размещен подвижно относительно несущей пластины, причем между несущей пластиной и элементом фрикционной накладки для этого размещена пружинная система. Согласно настоящему изобретению пружинная система имеет множество пружинных элементов или состоит из множества пружинных элементов. Под этим следует понимать, что пружинная система имеет или состоит из по меньшей мере двух, а предпочтительно двух-двадцати, пружинных элементов.
[009] Предпочтительно, чтобы тормозная накладка содержала спеченный материал. Кроме того, тормозная накладка рассчитана преимущественно на высоконагруженные тормоза рельсовых транспортных средств. Элемент фрикционной накладки может иметь различные формы, а точнее - геометрические характеристики. Предпочтительно, чтобы множество элементов фрикционной накладки были подвижно соединены с несущей пластиной.
[0010] Указанный по меньшей мере один элемент фрикционной накладки имеет две противоположные и по существу параллельные друг другу боковые поверхности. Первая боковая поверхность обращена к тормозному диску. Вторая боковая поверхность элемента фрикционной накладки обращена к несущей пластине. Элемент фрикционной накладки имеет подложку для элемента фрикционной накладки и размещенный на ней фрикционный материал. Вторая боковая поверхность, которая обращена к несущей пластине, образована при этом подложкой для элемента фрикционной накладки.
[0011] Под подвижным размещением элемента фрикционной накладки на несущей пластине следует понимать то, что элемент фрикционной накладки размещен подвижно относительно несущей пластины, а точнее - относительно подвижно относительно несущей пластины. При этом подвижный элемент фрикционной накладки размещен вертикально, а точнее - в осевом направлении от несущей пластины. Кроме того, элемент фрикционной накладки может быть размещен на несущей пластине таким образом, чтобы элемент фрикционной накладки мог поворачиваться вокруг оси, расположенной по существу параллельно несущей пластине.
[0012] Пружинная система между несущей пластиной и элементом фрикционной накладки служит для создания гибкого, а точнее - подвижного соединения, а точнее - опоры элемента фрикционной накладки на несущей пластине. При монтаже элемента фрикционной накладки пружинная система нагружается, а точнее - предварительно напрягается (участок предварительного напряжения). При активации тормоза (рабочий участок) по существу продольно направленная сила нажима действует на элемент фрикционной накладки и - соответственно - пружинную систему. При этом пружинная система и - соответственно - множество пружинных элементов пружинной системы сжимаются, так что элемент фрикционной накладки перемещается по направлению к несущей пластине.
[0013] Благодаря тому, что пружинная система имеет множество пружинных элементов или состоит из множества пружинных элементов, можно изготовить пружинную систему, которая на участке предварительного напряжения имеет характеристику упругости, отличающуюся от таковой на рабочем участке (во время активации тормоза). Таким образом, можно изготовить пружинную систему для указанного по меньшей мере одного элемента фрикционной накладки, при этом необходима лишь незначительная сила предварительного напряжения при относительно длинном ходе предварительно напряжения. Кроме того, может быть достигнута большая конечная сила упругости при малом ходе пружины, а также высокая амортизация и высокая термостойкость. Упругие элементы или пружинные элементы, применявшиеся в известном уровне техники, для гибкого, а точнее - подвижного размещения элементов фрикционной накладки на несущей пластине, имеют как правило линейную или слегка дегрессивную характеристику упругости.
[0014] С помощью тормозной накладки по настоящему изобретению, пружинная система которой имеет, в частности, множество пружинных элементов или состоит из множества пружинных элементов, достигается особо оптимальная характеристика силы-перемещения. Она отличается относительно малой силой предварительного напряжения при длинном ходе предварительного напряжения, а также большой конечной силой при коротком рабочем ходе. Таким образом, пружинная система тормозной накладки по настоящему изобретению, имеет прогрессивную характеристику упругости, в сравнении с компоновками по известному уровню техники. Малое предварительное напряжение обеспечивает деформацию пружинной системы уже при малых силах зажима. Большие силы предварительного напряжения, наоборот, означают, что при малых усилиях зажима пружинная система неподатлива, а это отрицательно отражается на распределении температуры по несущей пластине и динамике коэффициентов трения. Малые силы предварительного напряжения, в свою очередь, оказывают меньшую нагрузку на крепежное средство, посредством которого элемент фрикционной накладки соединен с несущей пластиной. Длинный ход предварительного напряжения связан с относительно плоской кривой силы-перемещения и способствует компенсации явлений усадки пружинной системы или невыгодного перекрывания допусков крепежного средства с укороченным ходом предварительного напряжения. Оба эффекта ведут к незначительной утрате предварительного напряжения. Если же применять пружину с круто восходящей характеристикой на участке предварительного напряжения, то усадка пружины и/или короткий ход предварительного напряжения могут быстро привести к ослаблению соединений и шуму.
[0015] Кроме того, в тормозной накладке по настоящему изобретению больше не нужна натяжная пружина на задней стороне несущей пластины.
[0016] Большая сила упругости в конечном положении способствует тому, что пружинная система все еще податлива и может деформироваться при больших силах зажима. Это позволяет избежать блокирующего положения. Короткий рабочий ход до конечного положения предпочтителен для соответствия требованиям к монтажному пространству с учетом нормированных толщин тормозных накладок.
[0017] Благодаря тому, что пружинная система имеет множество пружинных элементов, а точнее - состоит из этих элементов, больше не нужна дополнительная система амортизации, а точнее - не нужны дополнительные амортизирующие элементы для амортизации толчков или подавления шумов. Указанные множество пружинных элементов сами по себе обеспечивают высокую механическую амортизацию.
[0018] Кроме того, с помощью тормозной накладки по настоящему изобретению достигается стабильная термическая характеристика. При этом может сохраняться упругая деформируемость в случае термической перегрузки. Благодаря многослойной структуре пружинной системы, а точнее - указанным нескольким пружинным элементам пружинной системы, улучшается ее термостойкость и - соответственно - стойкость к перегрузкам. Предпочтительно, чтобы отдельные пружинные элементы пружинной системы прилегали друг к другу не по всей поверхности. Остающиеся зазоры между отдельными пружинными элементами, а точнее - участками отдельных пружинных элементов, служат преградой для проведения тепла, что снижает температуры в слоях пружинной системы, удаленных от элементов фрикционной накладки.
[0019] Предпочтительно, чтобы указанный по меньшей мере один элемент фрикционной накладки был соединен с несущей пластиной посредством крепежного средства, при этом пружинные элементы пружинной системы были размещены по меньшей мере местами вокруг этого крепежного средства. Крепежное средство служит, во-первых, для закрепления, а точнее - соединения указанного по меньшей мере одного элемента фрикционной накладки с несущей пластиной. Во-вторых, крепежное средство может быть сконструировано таким образом, чтобы создавать предварительное напряжение пружинной системы. При соединении указанного по меньшей мере одного элемента фрикционной накладки с несущей пластиной посредством крепежного элемента элемент фрикционной накладки прижимается к пружинной системе и - соответственно - к отдельным пружинным элементам пружинной системы, так что достигается предварительное напряжение пружинной системы.
[0020] Кроме того, выгодным образом предусмотрено, что отдельные пружинные элементы пружинной системы выполнены по существу плоскими. Например, отдельные пружинные элементы пружинной системы могут быть выполнены в виде дисков или чаш. При этом плоско выполненные пружинные элементы могут быть гнутыми, искривленными или дугообразными.
[0021] Предпочтительно, чтобы отдельные пружинные элементы пружинной системы были размещены параллельно друг относительно друга. Под этим следует понимать, что пружинные элементы пружинной системы размещены друг относительно друга таким образом, чтобы действовать по типу параллельного соединения по меньшей мере на рабочем участке.
[0022] Для того чтобы пружинная система имела прогрессивную характеристику упругости, выгодным образом предусмотрено, что отдельные пружинные элементы пружинной системы имеют различные жесткости. Особо предпочтительно, чтобы отдельные пружинные элементы пружинной системы состояли из одинаковых материалов.
[0023] Выгодным образом предусмотрено, что разные жесткости пружинных элементов пружинной системы достигаются за счет разных толщин отдельных пружинных элементов и/или разных высот и - соответственно - ходов отдельных пружинных элементов. Например, пружинная система может состоять из множества плоско выполненных и размещенных друг на друге пружинных элементов, причем отдельные пружинные элементы имеют разные толщины и/или разные высоты и - соответственно - ходы. Это позволяет получить пружинную систему с универсальной характеристикой упругости. В ходе монтажа элементов фрикционной накладки и - соответственно - предварительного напряжения пружинной системы сначала напрягается пружинный элемент с более плоской характеристикой упругости. Это позволяет комбинировать малую силу предварительно напряжения с относительно длинным ходом предварительного напряжения. В процессе эксплуатации, то есть на рабочем участке пружинной системы, вместе с пружинным элементом, имеющим более плоскую характеристику упругости, начинают действовать и другие пружинные элементы. В результате характеристика упругости пружинной системы на рабочем участке местами круче, чем на участке предварительного напряжения. Таким образом, может быть достигнута большая конечная сила после относительно короткого хода. Как только достигнут плоскостной контакт между отдельными пружинными элементами, они становятся соединенными параллельно.
[0024] Отдельные пружинные элементы пружинной системы выгодным образом выполнены в виде тарельчатых пружин. Для создания параллельного соединения между отдельными пружинными элементами, выполненными в виде тарельчатых пружин, они размещены с одинаковой ориентацией друг относительно друга и по существу друг на друге. Тарельчатые пружины, как правило, сомкнуты по периферии и имеют внутренний диаметр, а также внешний диаметр. Предпочтительно, чтобы пружинные элементы, выполненные в виде тарельчатых пружин, имели угол наклона от внутренней периферии к внешней периферии 4-15 градусов, особо предпочтительно 6-12 градусов, предпочтительнее всего 6-10 градусов. Например, может быть предусмотрен угол наклона 8 градусов.
[0025] Кроме того, все или только некоторые пружинные элементы пружинной системы могут иметь выемки вдоль ее внутренней периферии и/или внешней периферии. Предусмотрев выемки в пружинных элементах, можно изготовить пружинные элементы разной жесткости. Выемки могут иметь любую подходящую ширину. Например, выемки могут быть выполнены в виде прорезей или более широких выемок. Между двумя выемками, за счет этих же двух выемок, образуется язычок. Предпочтительно предусмотреть на пружинных элементах множество выемок, распределенных равномерно по периферии. В ходе монтажа и - соответственно - предварительного напряжения сначала сгибаются по существу язычки пружинных элементов, образованные выемками. В зависимости от ширины и глубины отдельных выемок, прежде всего можно добиться относительно плоской характеристики упругости на участке предварительного напряжения. Таким образом, сила предварительного напряжения остается малой. С ростом деформации начинают действовать следующие участки пружинных элементов, в результате чего характеристика упругости пружинной системы на рабочем участке меняется. Это позволяет добиться, в частности, относительно жесткой характеристики упругости пружинной системы на рабочем участке по сравнению с таковой на участке предварительного напряжения.
[0026] Далее, выгодным образом предусмотрено, что пружинная система имеет по меньшей мере одну витую или пластинчатую волновую пружину с множеством витков. При этом каждый виток образует соответствующий один пружинный элемент пружинной системы. Под волновой пружиной далее подразумевается по существу витая пружина из волнообразной плоской проволоки. Волновая пружина может иметь однородные или равномерные витки или витки с различными высотами волн. Например, может быть предусмотрена волновая пружина, имеющая два или более участка с разной высотой волн и - соответственно - витков. В этом случае на участке предварительного напряжения волновой пружины действует по существу участок с большей высотой волн и - соответственно - витков. Поскольку для участка предварительного напряжения предпочтительно предусмотреть только множество слоев, жесткость на этом участке относительно мала. Как только все слои волновой пружины легли друг на друга, жесткость волновой пружины возрастает. После чего на рабочем участке деформируются все витки и - соответственно - пружинные элементы.
[0027] Кроме того, пружинная система может выгодным образом иметь множество волновых пружин, которые размещены друг в друге. Так, например, первая волновая пружина может быть размещена вокруг второй волновой пружины. Также, могут быть размещены друг в друге и - соответственно - друг вокруг друга более двух волновых пружин. При этом внешний диаметр второй волновой пружины, которая размещена в первой волновой пружине, меньше или равен внешнему диаметру первой волновой пружины, которая размещена вокруг второй волновой пружины. Волновые пружины могут иметь различные жесткости.
[0028] Предпочтительно, чтобы пружинная система имела одну или множество тарельчато-волновых пружин. Под тарельчато-волновой пружиной следует понимать волновую пружину, отдельные витки которой выполнены тарельчато-пружинными, а точнее - в форме тарельчатых пружин. Таким образом, тарельчато-волновая пружина объединяет в себе тарельчатую форму тарельчатой пружины с волнами волновой пружины. Предпочтительно, чтобы толщина листа пружины составляла 0,4-1 мм, а особо предпочтительно 0,5-0,8 мм, например 0,7 мм. Каждый виток и - соответственно - обмотка образует, в свою очередь, отдельный пружинный элемент. Предпочтительно, чтобы каждая обмотка и - соответственно - виток имели множество волн, например 3-8, а особо предпочтительно 4-6. Предпочтительно, чтобы угол наклона отдельных пружинных элементов и - соответственно - витков составлял 4-12 градусов, а особо предпочтительно 6-10 градусов, например 8 градусов.
[0029] Предпочтительно, чтобы пружинная система была размещена между несущей пластиной и элементом фрикционной накладки таким образом, что пружинные элементы прилегают первой кромкой к опорной поверхности, которая образована первым буртиком или выступом. При этом первый буртик или выступ отходит от второй боковой поверхности, то есть боковой поверхности элемента фрикционной накладки, обращенной к несущей пластине. Первая кромка пружинного элемента выгодным образом образована внутренней периферией соответствующего пружинного элемента. Предпочтительно, чтобы вторая кромка пружинного элемента была образована внешней периферией соответствующего пружинного элемента. Предпочтительно, чтобы первый буртик был расположен вокруг крепежного средства и - соответственно - отверстия через элемент фрикционной накладки. При приложении осевой силы давления к элементу фрикционной накладки пружинные элементы пружинной системы прижимаются к первому буртику или - соответственно - выступу на элементе фрикционной накладки. При этом первый буртик или - соответственно - выступ выполнен или размещен на элементе фрикционной накладки таким образом, что образована первая опорная поверхность, которая ориентирована или - соответственно - размещена по существу перпендикулярно нижней поверхности, то есть второй боковой поверхности элемента фрикционной накладки. Первый буртик или - соответственно - выступ может быть выполнен заодно целое с подложкой элемента фрикционной накладки.
[0030] Кроме того, предпочтительно, чтобы несущая пластина имела выемку и/или второй буртик, который отходит от несущей пластины. Предпочтительно, чтобы пружинная система была размещена между несущей пластиной и элементом фрикционной накладки таким образом, что отдельные пружинные элементы прилегают второй кромкой ко второй опорной поверхности. Вторая опорная поверхность образована бортом и/или вторым буртиком, окружающими выемку. Выемка и/или второй буртик расположены на участке первой боковой поверхности несущей пластины. Таким образом, выемка и/или второй буртик расположены на боковой поверхности несущей пластины, обращенной к элементу фрикционной накладки. Итак, выемка служит для вмещения и направления пружинной системы и - соответственно - пружинных элементов пружинной системы. Для этого выемка может по существу соответствовать габаритам внешнего диаметра отдельных пружинных элементов. В качестве альтернативы выемка может быть выполнена также большей по размеру и служить для вмещения множества пружинных систем, причем эти множество систем состоят при разных элементах фрикционной накладки. Благодаря этому могут быть предусмотрены элементы фрикционной накладки, размещенные с возможностью перемещения друг относительно друга.
[0031] Таким образом, при приложении осевой силы давления к элементу фрикционной накладки пружинные элементы прижимаются не только к опорной поверхности на элементе фрикционной накладки (первой опорной поверхности), но и к опорной поверхности на несущей пластине (второй опорной поверхности). При этом выемка и - соответственно - огибающий борт выемки или размещенный на несущей пластине второй буртик выполнены или размещены таким образом, что вторая опорная поверхность ориентирована по существу перпендикулярно первой боковой поверхности несущей пластины. Поэтому особо предпочтительно предусмотреть, чтобы пружинная система направлялась снаружи в углублении или выемке, расположенной в несущей пластине. По своему внутреннему диаметру пружинная система поддерживается буртиком, расположенным на элементе фрикционной накладки, например, цилиндрическим выступом на элементе фрикционной накладки. Зазор между углублением или выемкой и пружинными элементами, а также зазор между пружинными элементами и первым буртиком, который расположен на элементе фрикционной накладки, предпочтительно выбирать таким образом, чтобы при деформации пружинных элементов возникало повышенное трение в местах их контакта. Благодаря этому повышается, в частности, общая амортизирующая способность многослойной пружинной системы. Благодаря своему конструктивному исполнению пружинная система способна переносить поперечные нагрузки, возникающие при торможении и толчках (например, силы трения и ударов), от элемента фрикционной накладки к несущей пластине.
[0032] Также предпочтительно предусмотреть, чтобы пружинные элементы имели по меньшей мере местами покрытие из материала, увеличивающего трение, для увеличения трения на поверхностях контакта между пружинными элементами и несущей пластиной и/или элементом фрикционной накладки. Для этой цели покрытие может быть нанесено также в полном объеме и полностью вокруг пружинных элементов. Кроме того, могут быть выгодным образом покрыты поверхности контакта на несущей пластине и/или элементе фрикционной накладки. Покрытие может быть выполнено в виде слоя частиц. Например, для этого могут быть предусмотрены упрочняющие частицы из карбида кремния (SiC-частицы). Это еще больше повышает амортизирующую способность многослойной конструкции пружинной системы.
[0033] Крепежное средство для закрепления элемента фрикционной накладки на несущей пластине может быть выполнено, например, в виде резьбового или быстросъемного соединения. Для этого предпочтительно предусмотреть, чтобы элемент фрикционной накладки был соединен с помощью резьбового или быстросъемного соединения со втулкой, размещенной в отверстии через несущую пластину. В отличие от крепежных средств по известному уровню техники, служащих для закрепления элементов фрикционной накладки на несущей пластине, выгодным образом предусмотренное крепежное средство, например, винт или болт, ввинчено в отверстие через несущую пластину не напрямую, а с помощью втулки, размещенной в этом отверстии через несущую пластину. За счет того, что в отверстии через несущую пластину выгодным образом предусмотрена втулка для вмещения крепежного средства, например, винта или болта, а не один только винт, ввинчиваемый в отверстие через несущую пластину непосредственно без втулки, при активации тормоза поперечная сила переносится с элемента фрикционной накладки на втулку. Тем самым снижается нагрузка на несущую пластину на этом участке. Это достигается таким же образом, как если бы крепежное средство было закреплено внутри отверстия посредством упругого запорного средства для фиксации осевого положения крепежного средства. В обоих случаях может быть повышено качество и срок службы тормозной накладки. Кроме того, благодаря такому креплению элемент фрикционной накладки направляется по вертикали и - соответственно - по оси. Также, эти крепления допускают простой монтаж. Крепежное средство может быть выгодным образом выполнено в виде винта или болта. В этом случае элемент фрикционной накладки соединен со втулкой, размещенной в отверстии через несущую пластину, посредством резьбового соединения. Для этого винт имеет наружную резьбу, а втулка - по меньшей мере местами - внутреннюю резьбу. При использовании болта, например, фиксирующий элемент (такой как стопорное кольцо) входит в зацепление с пазами по периферии болта и втулки, препятствуя осевому смещению болта во втулке.
[0034] В принципе элемент фрикционной накладки может иметь любую подходящую форму и - соответственно - геометрические характеристики. Предпочтительно, чтобы базовая форма элемента фрикционной накладки была по существу круглой, овальной, треугольной, квадратной, прямоугольной или трапецеидальной. При этом подразумевается, что такой должна быть только базовая форма. Например, углы могут быть скругленными, но базовая форма при этом не меняется. Так, например, предусмотрено, что элемент фрикционной накладки имеет по существу треугольную или трапецеидальную базовую форму со скругленными углами.
[0035] На несущей пластине могут быть размещены множество элементов фрикционной накладки. Для размещения на несущей пластине других элементов фрикционной накладки, предусмотренных выгодным образом, предусмотрены те же существенные и предпочтительные признаки настоящего изобретения, что и для размещения указанного по меньшей мере одного элемента фрикционной накладки. Особо предпочтительно, чтобы на несущей пластине было размещено более трех, а предпочтительнее всего - более четырех элементов фрикционной накладки. Под размещением множества элементов фрикционной накладки следует понимать размещение как элементов, так и сегментов фрикционной накладки. Таким образом, предпочтительно, чтобы тормозная накладка имела сегментированную фрикционную накладку, причем отдельные сегменты были образованы элементами фрикционной накладки.
[0036] Далее, в соответствии с настоящим изобретением предусмотрена пружинная система с множеством пружинных элементов, размещаемая между несущей пластиной и элементом фрикционной накладки тормозной накладки. Пружинная система имеет по меньшей мере одну витую или пластинчатую волновую пружину, причем каждый виток волновой пружины образует соответствующий один пружинный элемент пружинной системы. Отдельные витки волновой пружины выполнены тарельчато-пружинными. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предусмотрена также пружинная система с одной или несколькими тарельчато-волновыми пружинами.
[0037] В соответствии с настоящим изобретение предусмотрен также дисковый тормоз для транспортного средства, в частности - рельсового транспортного средства, причем этот дисковый тормоз имеет тормозную накладку по одному из пунктов 1-19 формулы настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Схематически изображены:
на фиг. 1 - вид в перспективе тормозной накладки,
на фиг. 2 - вид в разрезе участка тормозной накладки,
на фиг. 3а и b - пружинная система, причем отдельные пружинные элементы выполнены в виде тарельчатых пружин,
на фиг. 4 - пружинная система, причем отдельные пружинные элементы выполнены в виде тарельчатых пружин с выемками,
на фиг. 5а и b - пружинная система, причем отдельные пружинные элементы выполнены в виде тарельчато-волновых пружин,
на фиг. 6а и b - пружинная система, выполненная в виде волновой пружины,
на фиг. 7 - пружинная система с защитой от проворачивания, и
на фиг. 8 - диаграмма с кривыми разного характера для характеристики силы-перемещения пружины.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0038] На фиг. 1 изображен вид в перспективе тормозной накладки 100. На несущей пластине 10 тормозной накладки 100 подвижно смонтированы отдельные элементы 11 фрикционной накладки. Для этого отдельные элементы 11 фрикционной накладки смонтированы на несущей пластине 10 посредством пружинной системы 14 (на фиг. 1 не показана).
[0039] На фиг. 2 изображен вид в разрезе через участок тормозной накладки 100 по фиг. 1. При этом показан участок, на котором элемент 11 фрикционной накладки закреплен на несущей пластине 10 посредством крепежного средства 16. Крепежное средство 16 выполнено в виде болта. В отверстии через несущую пластину 10 размещена втулка 21. Крепежное средство 16 в форме болта вставлено во втулку 21 и удерживается средством фиксации.
[0040] Вокруг крепежного средства 16 между несущей пластиной 10 и элементом 11 фрикционной накладки размещена пружинная система 14. Пружинная система 14 имеет три плоских пружинных элемента 15а, 15b, 15 с, размещенных друг на друге. На фиг. 2 пружинная система 14 показана в предварительно напряженном состоянии. Пружинная система предварительно напрягается при введении крепежного средства 16 во втулку 21.
[0041] Отдельные пружинные элементы 15а, 15b, 15 с пружинной системы 14 размещены друг относительно друга по типу параллельного соединения. В несущей пластине 10 расположена выемка 26 для вмещения пружинной системы 14. Вокруг крепежного средства 16 на нижней стороне элемента 11 фрикционной накладки, то есть на его второй боковой поверхности 13, расположен первый буртик 24. С помощью этого первого буртика 24 образована первая опорная поверхность 25 для прилегания первой кромки 22 пружинных элементов 15а, 15b, 15с. С помощью кругового борта 31 выемки 26 в несущей пластине 10 образована вторая опорная поверхность 27 для прилегания второй кромки 23 пружинных элементов 15а, 15b, 15с. Таким образом, пружинная система 12 направляется снаружи в выемке 26 несущей пластины 10. По своему внутреннему диаметру пружинная система 14 упирается по существу в цилиндрический выступ, расположенный, соответственно, на первом буртике 24 элемента 11 фрикционной накладки.
[0042] Желаемая и особо оптимальная характеристика силы-перемещения пружинной системы 14 отличается относительно малой силой предварительного напряжения при значительном ходе предварительного напряжения и большой конечной силой при коротком рабочем ходе. Это достигается с помощью прогрессивной характеристики упругости пружинной системы 14. Для этого пружинная система 14 имеет множество пружинных элементов 15а, 15b, 15с, которые выполнены по существу плоскими и размещены друг относительно друга по типу параллельного соединения. Далее, прогрессивная характеристика упругости достигается за счет того, что отдельные пружинные элементы 15а, 15b, 15с имеют разные жесткости. На фиг. 3-6 показаны примерные компоновки пружинных систем 14 с несколькими плоскими пружинными элементами 15а, 15b, 15с, причем пружинные системы 14 выполнены таким образом, чтобы иметь прогрессивную характеристику упругости.
[0043] На фиг. 3а и 3b изображена пружинная система 14, причем пружинные элементы 15а, 15b, 15с выполнены в виде тарельчатых пружин. При этом самая верхняя тарельчатая пружина имеет меньшую толщину, чем две остальные тарельчатые пружины, а также другую высоту и - соответственно - другой ход. Это позволяет получить универсальную характеристику упругости пружины (ср. фиг. 8). В процессе монтажа и - соответственно - предварительного напряжения работает верхняя тарельчатая пружина с плоской характеристикой упругости на участке предварительного напряжения. Это позволяет комбинировать малую силу предварительного напряжения с относительно большим ходом предварительного напряжения. Затем, в ходе эксплуатации, вместе с верхней тарельчатой пружиной начинает действовать на рабочем участке средняя, а при дальнейшей деформации - и нижняя тарельчатая пружина. В результате характеристика упругости становится круче от отрезка к отрезку, и таким образом можно достичь большой конечной силы после относительно малого хода. Пружинные элементы 15а, 15b, 15с, выполненные в виде тарельчатых пружин, действуют по типу параллельного соединения, как только достигнут их плоскостной контакт.
[0044] На фиг. 4 также изображена пружинная система 14, при этом отдельные пружинные элементы 15а, 15b, 15с выполнены в виде тарельчатых пружин. Различная жесткость здесь достигается за счет выемок 17 по внутренней периферии и - соответственно - вдоль первой кромки 22 пружинных элементов 15а, 15b, 15с. В процессе монтажа и - соответственно - предварительного напряжения пружинной системы сгибаются в основном расположенные в глубине язычки 18 тарельчатых пружин. Этот участок, в зависимости от ширины и глубины выемок 17, может быть относительно нежестким, благодаря чему характеристика упругости пружинной системы вначале относительно плоская. Таким образом, сила предварительного напряжения остается малой. По мере роста деформации внешний участок пружинной системы 14, выполненной в виде пакета тарельчатых пружин, действует как обычный пакет тарельчатых пружин с высоким отношением внутреннего диаметра к внешнему, а значит, относительно жесткий. Этот участок представляет собой рабочий участок пружинной системы 14. Вообще, выемки 17 могут быть размещены вдоль первой кромки 22 (вдоль внутренней периферии) и/или вдоль второй кромки 23 (вдоль внешней периферии) пружинных элементов 15а, 15b, 15с.
[0045] На фиг. 5 изображена пружинная система 14, при этом отдельные пружинные элементы 15а, 15b, 15с выполнены в виде тарельчато-волновых пружин. Так называемые тарельчато-волновые пружины объединяют в себе тарельчатую форму тарельчатой пружины с волнами волновой пружины. В начале деформации, то есть на участке предварительного напряжения, пружинная система 14 действует как пакет тарельчатых пружин. Благодаря относительно малой толщине листа, например, в диапазоне 0,5-0,8 мм, упругость пружины мала. Как только отдельные пружинные элементы 15а, 15b, 15с пружинной системы 14, выполненной в виде тарельчато-волновой пружины, сжимаются до плоского состояния, пружинная система 14 действует как волновая пружина с линейно возрастающей характеристикой. Малая толщина листа предпочтительна для уменьшения напряжения изгиба, которое в случае толстых листов может быстро возрастать до недопустимо больших значений.
[0046] Пружинная система 14, изображенная на фиг. 5, имеет пружинные элементы 15а, 15b, 15с с одинаковыми высотами волн по внутреннему и внешнему диаметрам. Для корректировки жесткости волн их высота может также различаться внутри и снаружи. Предпочтительно, чтобы высота волн пружинных элементов 15а, 15b, 15с на внутреннем диаметру была меньше, чем на участке внешнего диаметра, поскольку это также позволит снизить напряжения в пружинной системе.
[0047] На фиг. 6 изображена пружинная система 14 в форме волновой пружины. Каждый виток пружинной системы 14, выполненной в виде волновой пружины, образует при этом пружинный элемент 15а, 15b, 15с. Пружинная система 14, изображенная на фиг. 6, состоит, например, из двух участков с разной высотой витков. На участке предварительного напряжения пружинной системы действует по существу участок с большей высотой волн, в данном примере - оба верхних витка (соответствуют пружинным элементам 15а и 15b). Поскольку деформируются лишь немногие слои, жесткость и вместе с ней сила предварительного напряжения пружинной системы относительно малы. Как только все слои легли друг на друга, жесткость пружинной системы 14 возрастает. Затем на рабочем участке деформируются все витки и - соответственно - все пружинные элементы 15а, 15b, 15с.
[0048] На фиг. 7 изображена пружинная система 14 с защитой от проворачивания. Для этого отдельные пружинные элементы 15а, 15b, 15с имеют пазы 32 на своей второй кромке 23 и - соответственно - вдоль внешней периферии. В качестве альтернативы пазам могут быть предусмотрены выступающие язычки. Пазы размещены таким образом, чтобы входить в зацепление с соответствующими стыковочными частями на элементе 11 фрикционной накладки или на несущей пластине 10. Защита от проворачивания гарантирует, таким образом, что отдельные пружинные элементы 15а, 15b, 15с не провернутся друг относительно друга и поэтому сохранится параллельное соединение отдельных пружинных элементов 15а, 15b, 15с. С пазами 32 на внешней периферии пружинных элементов 15а, 15b, 15с могут входить в зацепление, к примеру, стержневые выступы на несущей пластине 10, что будет препятствовать проворачиванию элементов.
[0049] На фиг. 8 показаны различные кривые характеристик силы-перемещения для различных пружинных систем. На левой половине оси X отложен ход 41 предварительного напряжения, а на правой половине - рабочий ход 40. На оси Y отложена сила упругости пружины. На фиг. 8 изображены три различные характеристики 44, 45, 46 упругости пружины. Точечным пунктиром показана линейная характеристика 44 упругости пружины. Штрихпунктиром показана дегрессивная характеристика 45 упругости пружины. Непрерывная кривая отражает характеристику пружинной системы 46 по настоящему изобретению, причем количество участков с разным уклоном зависит от конструктивного исполнения пружинной системы. Точки пересечения характеристик с осью Y отражают необходимую силу предварительного напряжения для соответствующей пружинной системы.
[0050] Малая сила 43 предварительного напряжения обеспечивает деформацию пружинной системы 14 уже при малых усилиях зажима. Большие силы 43 предварительного напряжения, наоборот, означают, что при малых усилиях зажима пружинная система неподатлива, а это отрицательно отражается на распределении температуры по несущей пластине и динамике коэффициентов трения. К тому же малые силы 43 предварительного напряжения несут меньшую нагрузку на крепежное средство 16. Длинный ход 41 предварительного напряжения связан с относительно плоской характеристикой силы-перемещения, что выгодно для компенсации явлений усадки пружинной системы 14 или нежелательного перекрытия допусков крепежного средства 16 с укороченным ходом 41 предварительного напряжения. Оба эффекта в этом случае ведут лишь к незначительной потере предварительного напряжения. При использовании пружинной системы с круто нарастающей характеристикой на участке предварительного напряжения усадка пружинной системы и/или короткий ход 41 предварительного напряжения могут быстро привести к ослаблению соединений и шуму.
[0051] Высокая упругость пружинной системы 14 в конечном положении способствует тому, что система все еще деформируема и податлива при больших усилиях зажима. Короткий рабочий ход до конечного положения удобен для соответствия требованиям к монтажному пространству, например, при нормированных толщинах тормозных накладок.
[0052] Высокая амортизирующая способность, то есть выраженный гистерезис, способствует не только устранению возможной дегрессии с характеристики упругости, но и подавлению шумов. Таким образом, для обеспечения высокой амортизации больше не нужны дополнительные амортизирующие элементы. Многослойная пружинная система 14 сама по себе обеспечивает высокую механическую амортизацию.
[0053] Стабильная термическая характеристика способствует сохранению упругой деформируемости в случае термической перегрузки. Благодаря многослойной структуре пружинной системы 14 улучшается ее термостойкость и - соответственно - стойкость к перегрузкам. Многослойная пружинная система и - соответственно - пружинные элементы 15а, 15b, 15с пружинной системы 14, как правило, прилегают друг к другу не по всей поверхности. Остающиеся зазоры служат преградой для проведения тепла, что снижает температуры в слоях пружины, удаленных от элементов 11 фрикционной накладки.
ССЫЛОЧНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
100 - тормозная накладка
200 - дисковый тормоз
10 - несущая пластина
11 - элемент фрикционной накладки
На - подложка элемента фрикционной накладки
12 - первая боковая поверхность элемента фрикционной накладки
13 - вторая боковая поверхность элемента фрикционной накладки
14 - пружинная система
15, 15а, 15b, 15с - пружинные элементы
16 - крепежное средство
17 - выемка
18 - язычок
19 - витки волновой пружины
20 - отверстие через несущую пластину
21 - втулка
22 - первая кромка пружинных элементов
23 - вторая кромка пружинных элементов
24 - первый буртик
25 - первая опорная поверхность
26 - выемка в несущей пластине
27 - вторая опорная поверхность
28 - первая боковая поверхность несущей пластины
29 - вторая боковая поверхность несущей пластины
30 - второй буртик
31 - борт
32 - паз
40 - рабочий ход
41 - ход предварительного напряжения
42 - сила упругости
43 - сила предварительного напряжения
44 - линейная характеристика упругости пружины
45 - дегрессивная характеристика упругости пружины
46 - характеристика пружинной системы по настоящему изобретению.