ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА ДЛЯ ДИСКОВЫХ ТОРМОЗОВ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
BRAKE SHOE FOR VEHICLE DISC BRAKES

Настоящее изобретение относится к тормозной колодке, в частности, для дисковых тормозов транспортного средства. Хотя изобретение задумано и описано в данном документе со ссылкой на его применение в дисковом тормозе транспортного средства, оно, конечно, применимо к тормозам другого типа, при условии, что они используют тормозные колодки, содержащие опорную пластину и фрикционную накладку, прикрепленную к опорной пластине.
Используемые в настоящее время тормозные колодки для дисковых тормозов транспортных средств по существу состоят из следующих элементов:
- фрикционной накладки, обычно получаемой посредством формования и отверждения горячим или холодным способом из материалов в порошкообразной или гранулированной форме;
- опорной пластины из металла, обычно стандартизованной стали (S235JR или S420MC), которую образуют посредством штамповки и в дальнейшем подвергают промывке и затем пескоструйной очистке, дробеструйному упрочнению или подобному процессу, для того чтобы сделать поверхность пластины, с которой сцепляется фрикционная накладка, шероховатой;
- слоя термореактивного органического адгезива, обычно наносимого посредством валиков или распыления, причем выдержка или отверждение адгезива осуществляется одновременно с формованием фрикционной накладки или после данного процесса;
- тонкого листа композиционного материала, обычно состоящего из резины и стали, расположенных слоями, причем промежуточный слой стали вставляют между парой наружных слоев резины, для предотвращения свиста тормозов и выполнения функции изолятора от тепла, генерируемого во время торможения вследствие трения между фрикционной накладкой тормозной колодки и тормозным диском, к которому прижимается тормозная колодка;
- слоя антикоррозионной защитной краски на акриловой, эпоксидной или полиуретановой основе, который наносят посредством электростатической системы и/или посредством системы псевдоожиженного слоя; и
- устройства индикации износа для индикации максимального уровня износа фрикционной накладки, допустимого для обеспечения безопасной работы тормозной колодки.
Одним из недостатков тормозных колодок, содержащих опорную пластину из металла, является большое количество этапов, требующихся для изготовления и чистовой обработки опорной пластины, а также для подготовки опорной пластины для последующего формования фрикционного материала. Кроме того, многие этапы должны осуществляться вручную, и, следовательно, они в значительной степени влияют как на общую длительность производственного цикла, так и на стоимость конечного изделия. Кроме того, использование опорной пластины из металла предполагает проблемы рассеивания тепла и большого веса тормозной колодки.
Для того чтобы решить проблему рассеивания тепла и большого веса тормозной колодки, были предложены тормозные колодки, содержащие тормозные пластины из неметаллического материала, в частности из пластмассы. Например, согласно патенту Италии № 1151653 предложена тормозная колодка для дисковых тормозов, содержащая опорную пластину из термореактивной пластмассы и фрикционную накладку, соединяемую посредством адгезии с опорной пластиной. Опорная пластина содержит упрочняющую вставку из металла, в частности из стали, которая продолжается по всей поверхности опорной пластины, которая охватывает участки опорной пластины, не покрытые фрикционным материалом, и которая окружена со всех сторон пластмассой. Опорная пластина, по меньшей мере на поверхности, с которой сцепляется фрикционная накладка, содержит непрерывный сетчатый профиль поверхности, который является, предпочтительно, решетчатым или сотообразным, для того чтобы улучшить сцепление фрикционной накладки с опорной пластиной. По сравнению с обычной колодкой с металлической опорной пластиной, использование опорной пластины из пластмассы позволяет значительно уменьшить общий вес тормозной колодки, при остающейся неизменной жесткости и механической прочности, чтобы ограничить передачу тепла из тормозной колодки в суппорт тормоза и в соответствующую систему привода и чтобы предотвратить раздражающие свисты или визги тормозной колодки во время торможения. Однако тормозная колодка, содержащая опорную пластину из пластмассы, известная из упомянутого итальянского патента, не дает достаточных гарантий в отношении сцепления фрикционной накладки с опорной пластиной, вследствие напряжений сдвига, которые возникают во время торможения и стремятся вызвать отделение фрикционной накладки от опорной пластины. Кроме того, тормозная колодка, содержащая опорную пластину из пластмассы, известная из упомянутого итальянского патента, требует нанесения слоя адгезива между опорной пластиной и фрикционной накладкой, что приводит к увеличению времени и стоимости изготовления.
В патенте Великобритании № 1185179 описана тормозная колодка для дисковых тормозов, содержащая опорную пластину и фрикционную накладку, причем опорная пластина в свою очередь содержит корпус и решетчатую поверхность, охватываемую корпусом. Когда фрикционную накладку соединяют с опорной пластиной, ребра решетчатой поверхности опорной пластины врезаются в материал фрикционной накладки, тем самым обеспечивается прочное сцепление фрикционной накладки с опорной пластиной.
В DE 3124527 описана тормозная колодка для дисковых тормозов, содержащая опорную пластину из пластмассы и фрикционную накладку, сформованную сверху на опорной пластине, причем поверхность опорной пластины в контакте с фрикционной накладкой содержит гофрированную поверхность, образующую множество канавок.
В DE 9002145 U описана тормозная колодка для дисковых тормозов, содержащая опорную пластину, фрикционную накладку и промежуточный слой, причем промежуточный слой выполнен из термореактивной пластмассы и вставки, состоящей, например, из стекловолокон. Опорная пластина и промежуточный слой содержат множество сквозных отверстий, причем каждое отверстие опорной пластины совмещено с соответствующим отверстием промежуточного слоя.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание тормозной колодки типа, содержащего опорную пластину из пластмассы, которая обеспечивает лучшую адгезию между фрикционной накладкой и опорной пластиной в сравнении с известным уровнем техники.
Данная и другие задачи решаются посредством создания тормозной колодки, содержащей признаки, изложенные в независимом пункте 1 прилагаемой формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения, содержание которых должно рассматриваться в качестве неотъемлемой части приведенного ниже описания.
В частности, изобретение основано на идее создания тормозной колодки, содержащей опорную пластину из пластмассы и фрикционную накладку, сформованную сверху на опорной пластине, при этом опорная пластина содержит множество сквозных полостей, которые занимают площадь, составляющую по меньшей мере 4,5% площади поверхности фрикционной накладки напротив поверхности в контакте с опорной пластиной, при этом сквозные полости опорной пластины, по меньшей мере, частично заполнены материалом фрикционной накладки.
Благодаря наличию множества сквозных полостей (которые не предусмотрены ни в патенте Италии № 1151653, ни в патенте Великобритании № 1185179, описанных выше) фрикционный материал, который сформован на опорной пластине, образует соответствующее множество столбиков, которые помогают улучшить сцепление фрикционной накладки с опорной пластиной.
Предпочтительно, опорная пластина содержит сплошную периферийную структуру или корпус и внутреннюю структуру, причем сквозные полости предусмотрены, например равномерно распределены, во внутренней структуре.
Предпочтительно, внутренняя структура опорной пластины выступает, относительно периферийной структуры, в направлении, перпендикулярном плоскости опорной пластины, на стороне опорной пластины, обращенной к фрикционной накладке, чтобы обеспечить более высокое сопротивление напряжениям сдвига, действующим на фрикционную накладку и стремящимся вызвать ее отделение от опорной пластины.
Предпочтительно, множество сквозных полостей, образованных во внутренней структуре опорной пластины, выполнено в виде непрерывной сетчатой структуры, например, в форме решетки.
Предпочтительно, углубления образованы в каждой из сквозных полостей опорной пластины и выполнены с возможностью прикрепления небольших перемычек, образованных фрикционным материалом в сквозных полостях, к опорной пластине и таким образом улучшения сцепления фрикционной накладки с опорной пластиной.
Предпочтительно, тормозная колодка содержит металлическую упрочняющую пластину, вмонтированную в опорную пластину.
Предпочтительно, упрочняющая пластина прикреплена к опорной пластине посредством множества фиксирующих лапок, которые образованы опорной пластиной и покрывают каждая соответствующий участок упрочняющей пластины.
Предпочтительно, упрочняющая пластина имеет прямоугольную форму, и опорная пластина образует четыре фиксирующие лапки, расположенные в четырех вершинах упрочняющей пластины.
Предпочтительно, опорная пластина образует также фиксирующий столбик, продолжающийся в соответствующем сквозном отверстии, предусмотренном в середине упрочняющей пластины, для того чтобы обеспечить дополнительную точку крепления между упрочняющей пластиной и опорной пластиной.
Предпочтительно, упрочняющая пластина содержит дополнительные сквозные отверстия, расположенные в совмещении с соответствующими сквозными полостями опорной пластины и имеющие форму, соответствующую форме сквозных полостей, таким образом, фрикционный материал заполняет не только сквозные полости опорной пластины, но также и сквозные отверстия упрочняющей пластины. При этом сквозные отверстия упрочняющей пластины, предпочтительно, имеют больший размер, чем соответствующие сквозные полости опорной пластины, для того чтобы образовать углубления, которые дополнительно улучшают сцепление фрикционной накладки с опорной пластиной.
Тормозная колодка в соответствии с настоящим изобретением имеет, помимо прочего, следующие преимущества над вышеописанным известным уровнем техники:
- увеличение контактной поверхности между опорной пластиной и фрикционным материалом;
- образование множества столбиков, которые затвердевают во время или после формования фрикционного материала, тем самым прочно удерживая фрикционный материал внутри сквозных полостей опорной пластины и образуя своего рода каркас для опорной пластины; и
- создание единого корпуса, образованного посредством опорной пластины и фрикционной накладки, в результате чего становится невозможным отделение фрикционного материала от опорной пластины благодаря углублениям, образованным в сквозных полостях опорной пластины.
Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего подробного описания, приведенного только в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 и 2 - виды в перспективе тормозной колодки для дисковых тормозов транспортного средства в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, со стороны фрикционной накладки и со стороны упрочняющей пластины, соответственно;
фиг.3 и 4 - виды сверху тормозной колодки, показанной на фиг.1 и 2, без фрикционной накладки, со стороны фрикционной накладки и со стороны упрочняющей пластины, соответственно;
фиг.5 - вертикальный вид сбоку тормозной колодки, показанной на фиг.1 и 2, без тормозной накладки;
фиг.6 - вид в перспективе, показывающий в увеличенном масштабе участок с углублением, образованный внутри сквозной полости опорной пластины тормозной колодки, показанной на фиг.1 и 2; и
фиг.7 - вид в разрезе, на котором схематично показано углубление, образованное между сквозной полостью опорной пластины и сквозным отверстием упрочняющей пластины тормозной колодки, показанной на фиг.1 и 2.
На чертежах, тормозная колодка, в частности, для дисковых тормозов транспортного средства, в целом обозначена ссылочной позицией 10 и содержит опорную пластину 12 из пластмассы и фрикционную накладку 14 из по существу известного материала, которая сформована сверху на опорной пластине, и, предпочтительно, также упрочняющую металлическую пластину 16, которая заделана в опорную пластину 12.
Опорная пластина 12, предпочтительно, изготовлена из термопластичного полимера, поскольку он представляет собой пластмассу, которая более пригодна для формования (например, посредством процесса литья под давлением), чем термореактивный полимер. Примером термопластичного полимера, особенно пригодного для использования в качестве пластмассы для опорной пластины 12, является полиэфиркетон, поскольку он обладает превосходными механическими свойствами даже при высоких температурах, достигаемых тормозной колодкой при использовании. Однако, в качестве альтернативы, для изготовления опорной пластины можно использовать термореактивный полимер, такой как, например, фенольная смола. Вообще пригодной в качестве материала для опорной пластины может считаться любая пластмасса, имеющая более высокую температуру деформации при нагревании по сравнению с максимальной температурой, которая достигается при использовании в опорной пластине.
Опорная пластина 12 в целом образует сплошную периферийную структуру или корпус 18 и внутреннюю структуру 20, содержащую множество сквозных полостей 22, которые занимают площадь, составляющую, по меньшей мере, 4,5% площади поверхности фрикционной накладки 14 напротив поверхности в контакте с опорной пластиной 12. Сквозные полости 22, предпочтительно, равномерно распределены по поверхности внутренней структуры 20 опорной пластины 12. Наличие сквозных полостей 22 в опорной пластине 12 позволяет фрикционному материалу, который подвергается формованию на опорной пластине для образования фрикционной накладки 14, по меньшей мере, частично заполнять данные полости, тем самым образуя множество столбиков 24, которые помогают улучшить сцепление фрикционной накладки 14 с опорной пластиной 12, причем данное сцепление находится под риском воздействия напряжений сдвига, которым подвергается тормозная колодка во время торможения и которые стремятся вызвать отделение фрикционной накладки 14 от опорной пластины 12.
Как можно видеть в вертикальном виде сбоку на фиг.5, предпочтительно, внутренняя структура 20 опорной пластины 12 выступает наружу относительно поверхности периферийной структуры 18, обращенной к фрикционной накладке 14, в направлении, перпендикулярном плоскости опорной пластины 12, тем самым обеспечивая более высокое сопротивление напряжениям сдвига, действующим на фрикционную накладку 14 во время торможения и стремящимся вызывать проскальзывание фрикционной накладки 14 относительно опорной пластины 12. Участок внутренней структуры 20, выступающий из поверхности периферийной структуры 18, обращенной к фрикционной накладке 14, фактически целиком заполнен материалом фрикционной накладки 14, как можно заметить, в частности, на виде в перспективе с фиг.1. Величина выступа внутренней структуры 20 опорной пластины 12 относительно поверхности периферийной структуры 18, обращенной к фрикционной накладке 14, может быть постоянной, как в варианте осуществления, показанном на чертежах (см., в частности, фиг.5), или изменяющейся, например линейно уменьшающейся от одного конца внутренней структуры 20 к другому концу относительно продольного направления тормозной колодки (обозначенного буквой Х на фиг.3 и 4) так, чтобы быть максимальной на одном конце и минимальной на противоположном конце, или также линейно уменьшающейся от противоположных продольных концов внутренней структуры 20 к центру так, чтобы быть максимальной на продольных концах и минимальной в центре.
Внутренняя структура 20 опорной пластины 12, предпочтительно, выполнена в виде непрерывной сетчатой структуры, в частности в виде решетчатой сетчатой структуры, содержащей первую группу параллельных равноотстоящих ребер 26 и вторую группу параллельных и равноотстоящих ребер 28, которые продолжаются под углом относительно первой группы ребер 26, тем самым образуя сквозные полости 22 ромбовидной формы. В частности, в показанном варианте осуществления первая и вторая группы ребер 26 и 28 продолжаются перпендикулярно друг другу, тем самым образуя сквозные полости 22 квадратной формы. Кроме того, в показанном варианте осуществления первая и вторая группы ребер 26 и 28 продолжаются под углом 45° относительно продольного направления Х. Однако очевидно, что могут быть предусмотрены многие другие формы сетчатой структуры, если только они образуют множество сквозных полостей, которые занимают площадь, составляющую по меньшей мере 4,5% площади поверхности фрикционной накладки 14 напротив поверхности в контакте с опорной пластиной 12. Особенно предпочтительная величина площади сквозных полостей 22 составляет, по меньшей мере, 40% площади поверхности фрикционной накладки 14 напротив поверхности в контакте с опорной пластиной 12.
Для того чтобы улучшить сцепление фрикционной накладки 14 с опорной пластиной 12, в каждой из сквозных полостей 22 опорной пластины предусмотрены углубления 30 (фиг.6), которые выполнены, например, в виде выступающих ребер, которые расположены приблизительно на половине глубины сквозных полостей и продолжаются по всему внутреннему периметру сквозных полостей. Углубления 30 выполнены так, чтобы препятствовать перемещению фрикционного материала в сквозных полостях 22 во время формования фрикционной накладки 14 на опорной пластине 12 и, когда фрикционная накладка 14 сформована, закреплять столбики 24, образованные фрикционным материалом, в сквозных полостях 22, тем самым противодействуя отделению фрикционной накладки 14 от опорной пластины 12 в направлении, перпендикулярном плоскости опорной пластины 12.
Упрочняющая пластина 16, предпочтительно, изготовлена из коррозионностойкого металла и образует с опорной пластиной 12 единую деталь, которая получается посредством формования сверху пластмассы опорной пластины 12 на упрочняющей пластине 16 посредством процесса литья под давлением. Упрочняющая пластина 16 расположена в опорной пластине 12 на стороне, противоположной стороне, на которой расположена фрикционная накладка 14. Упрочняющая пластина 16 прикреплена к опорной пластине 12 посредством множества фиксирующих лапок 32, образованных опорной пластиной 12, каждая из которых покрывает соответствующий участок упрочняющей пластины 16. В показанном варианте осуществления, упрочняющая пластина 16 имеет прямоугольную форму, а опорная пластина 12 образует четыре фиксирующие лапки 32, расположенные в четырех вершинах упрочняющей пластины 16. Упрочняющая пластина 16 прикреплена к опорной пластине 12 также посредством фиксирующего столбика 34, образованного опорной пластиной 12 и продолжающегося в соответствующем сквозном отверстии 36, предусмотренном в середине упрочняющей пластины 16. Фиксирующие лапки 32 и фиксирующий столбик 34 образуются во время формования сверху опорной пластины 12 на упрочняющей пластине 16.
Некоторые из сквозных полостей 22 опорной пластины 12 закрыты в своем конце упрочняющей пластиной 16, и таким образом упрочняющая пластина 16 находится в контакте не только с опорной пластиной, но также и со столбиками фрикционного материала, которые заполняют данные закрытые полости. Следовательно, сила давления, оказываемого тормозным поршнем на тормозную колодку 10, прикладывается не только к опорной пластине 14, но также, через упрочняющую пластину 16, к столбикам фрикционного материала, которые находятся в контакте с упрочняющей пластиной 16, тем самым предотвращая образование зазубрин или вмятин на опорной пластине 12, которое может происходить, в частности, при рабочих температурах, близких к температуре размягчения пластмассы опорной пластины 12.
Помимо центрального сквозного отверстия 36, упрочняющая пластина 16 содержит дополнительные сквозные отверстия 38, которые расположены в совмещении с соответствующими сквозными полостями 22 опорной пластины 12 и имеют форму, соответствующую форме сквозных полостей 22 (в показанном варианте осуществления квадратную форму), при этом столбики 24, образованные фрикционным материалом, продолжаются не только внутри сквозных полостей 22 опорной пластины 12, но также внутри сквозных отверстий 38 упрочняющей пластины 16. Данные дополнительные сквозные отверстия 38 упрочняющей пластины 16 имеют больший размер по сравнению с соответствующими сквозными полостями 22 опорной пластины 12, тем самым образуя углубления 40 (фиг.7), которые помогают прикреплять фрикционную накладку 14 к опорной пластине 12.
Как показано в виде сверху на фиг.4, опорная пластина 12 дополнительно содержит первую глухую полость 42, предпочтительно, цилиндрической формы, которая выполнена с возможностью установки защелкой в нее индикатора износа (по существу известного и не показанного). Таким образом, тормозная колодка 10 может быть изготовлена уже оборудованная индикатором износа, при этом рабочему, который должен выполнять монтаж тормозной колодки на транспортном средстве, нужно просто соединить индикатор износа с электрическим проводом, предназначенным для передачи сигнала на приборную панель транспортного средства. Опорная пластина 12 дополнительно содержит вторую глухую полость 44, предпочтительно также цилиндрической формы, которая выполнена с возможностью установки защелкой в нее датчика температуры (по существу известного и не показанного) для определения температуры тормозной колодки, причем датчик температуры выполнен с возможностью соединения посредством специального провода с приборной панелью транспортного средства для предупреждения водителя, посредством предупреждающего светового индикатора или другого устройства предупреждения, о возможном перегреве или другом нежелательном аномальном термическом режиме тормозной колодки, которая может поставить под угрозу не только эффективность торможения, но также, при повторении свыше определенного времени, целостность фрикционной накладки. В качестве альтернативы установке защелкой, индикатор износа и датчик температуры могут быть также вставлены в опорную пластину 12 посредством совместного формования.
В свете приведенного выше описания, очевидны преимущества, обеспечиваемые тормозной колодкой в соответствии с настоящим изобретением.
Наличие сквозных полостей в опорной пластине позволяет обеспечить необходимое сцепление фрикционной накладки с опорной пластиной без необходимости нанесения слоя адгезива на поверхность опорной пластины, к которой прикладывается фрикционная накладка. Такой эффект дополнительно улучшается благодаря внутренней структуре опорной пластины, выполненной в виде сетчатой структуры, которая выступает относительно периферийной структуры опорной пластины на стороне фрикционной накладки. Однако можно нанести слой адгезива, в частности термореактивного адгезива, на поверхность внутренней структуры и периферийной структуры опорной пластины, с которой будет контактировать материал фрикционной накладки, для того чтобы дополнительно обеспечить сцепление между фрикционной накладкой и опорной пластиной. Для того чтобы дополнительно обеспечить сцепление между фрикционной накладкой и опорной пластиной, можно также поверхность опорной пластины, предназначенную для вхождения в контакт с фрикционным материалом, подвергнуть обработке коронным разрядом или пламенем.
Использование в качестве материала опорной пластины пластмассы вместо металла (в частности, такого как сталь) обеспечивает значительное уменьшение общего веса тормозной колодки, что имеет своим результатом преимущества как в плане стоимости обработки, сборки и в конечном счете изготовления тормозной колодки, так и в плане улучшения скорости реагирования тормозной системы вследствие меньшей инерции. Кроме того, использование в качестве материала тормозной пластины пластмассы позволяет избежать прямой коррозии тормозной колодки и коррозии, вызываемой другими деталями тормозной системы. Использование пластмассы в качестве материала опорной пластины также позволяет избежать затрат на конечную окраску опорной пластины. Использование в качестве материала опорной пластины пластмассы, имеющей низкий коэффициент линейного расширения и низкий коэффициент теплопередачи, позволяет обеспечить оптимальную работу тормозной колодки даже при температуре, близкой к максимальной рабочей температуре, и значительно уменьшить передачу в поршень и соответственно в жидкость, содержащуюся в гидравлической схеме тормозной системы, тепла, генерируемого во время торможения, тем самым в значительной степени ограничивая риск возникновения явления «газовой пробки» в случае интенсивного использования тормозной системы.
Кроме того, тормозная колодка в соответствии с изобретением не подвержена свистам или визгам. Фактически пластмасса опорной пластины, с одной стороны, задерживает звуковые волны, генерируемые узлом тормозной системы и системы подвески колес (суппортом тормоза, тормозным диском, рычагами подвески и амортизатором), а с другой стороны, полностью гасит вибрации, генерируемые металлической упрочняющей пластиной, вмонтированной в опорную пластину.
Кроме того, использование опорной пластины из пластмассы, имеющей вышеописанные характеристики, обеспечивает изготовителям тормозных колодок значительные экономические преимущества, которые обусловлены не только отсутствием некоторых операций, которые в настоящее время предусмотрены в цикле изготовления тормозных колодок, содержащих металлические опорные пластины, в частности, операций пескоструйной очистки или подобных операций, нанесения слоя адгезива, конечной защитной окраски, нанесения звукоизолирующего слоя, прикрепления индикатора износа (если таковой предусмотрен), при соответствующем сокращении сроков и затрат, связанных с данными операциями, но и минимальным влиянием, обусловленным утилизацией отработанных химических продуктов, таких как песок, адгезивы и краски. Остальные операции формования, выдерживания или стабилизации, обжигания, шлифовки и установки дополнительных приспособлений, а также соответствующего оборудования не требуют никаких модификаций. Полученное готовое изделие с функциональной и эстетической точки зрения соответствует используемому в настоящее время изделию, которое содержит металлическую опорную пластину и, следовательно, является полностью взаимозаменяемым с данным последним.
Дополнительное преимущество заключается в том, что вся тормозная колодка может быть изготовлена в одном формовочном агрегате, с использованием, например, пресса на многопозиционной вращающейся платформе (или эквивалентного устройства для формования), приспособленного для осуществления последовательного формования опорной пластины с вмонтированной упрочняющей пластиной и формования фрикционной накладки на опорной пластине.
Принцип изобретения, остающийся неизменным, варианты осуществления и детали изготовления, конечно, могут быть значительно изменены относительно тех, которые описаны и показаны только в качестве неограничивающего примера.