Technischer Bereich
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Die Erfindung wird in Motorfahrzeugbremsen und insbesondere in
Scheibenbremsen verwendet. Sie betrifft ein Verfahren zum Vermindern des sogenannten
"Bremsgeräuschs", das emittiert wird, wenn ein Motorfahrzeug bremst.
Stand der Technik
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Es wurde viel Forschung geleistet, deren Ziel es war, das Bremsgeräusch
(das unangenehme Quietschgeräusch) zu vermindern, das emittiert wird, wenn ein
Motorfahrzeug bremst, und es wurden viele Vorschläge zu seiner Verminderung
gemacht. Der hier auftretende Anmelder hat ebenfalls über eine lange Zeit eine
genaue Untersuchung dieses Problems vorgenommen.
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Das in dem offengelegten Japanischen Patent Nr. 3-288028 offenbarte
Verfahren ist eine frühere Anmeldung des hier auftretenden Anmelders, und bei diesem
wird ein Druckelement mit Hilfe eines Reibungselementes an der Innenseite des
Randes einer Bremsbacke befestigt, um die Schwingung der Bremsbacke in einer
Trommelbremse zu beseitigen. Das in dem offengelegten Japanischen Patent Nr. 1-
65944 offenbarte Verfahren ist ein älteres Verfahren, das gleichwertig der früheren
Anmeldung des hier auftretenden Anmelders ist, und bei diesem wird ebenfalls ein
Reibungselement an der die Innenseite des Randes befestigt.
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Das in dem offengelegten Japanischen Gebrauchsmuster Nr. 3-84436
offenbarte Verfahren gehört ebenfalls zu der früheren Anmeldung des hier auftretenden
Anmelders, und bei diesem wird die Schwingung der Bremsbacke durch Befestigen
eines Gewichts auf die Innenseite des Randes beseitigt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem
dieses Verfahren offenbart wurde, war man noch nicht auf den Gedanken
gekommen, ein elastisches Element zwischen das Gewicht und den Rand einzubringen.
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Spätere experimentelle Untersuchungen haben die Richtigkeit der Analyse
und der in dem weiter oben erwähnten offengelegten Japanischen Patent Nr. 3-
288028 gegebenen Erläuterung der Erscheinung des Bremsgeräuschs und
insbesondere der an Hand von Fig. 8 der gleichen Veröffentlichung erläuterten Erscheinung
bestätigt. (Diese Erscheinung wird in Zusammenhang mit den in der vorliegenden
Anmeldung offenbarten Ausführungsformen erläutert). Insbesondere wurde
festgestellt, daß die Hauptursache des Bremsgeräuschs die Schwingung der Bremsbacke
ist, und daß Bremsbacken in Radialrichtung schwingen, wie die Strichellinien in
Fig. 12 zeigen.
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Auf der Grundlage dieser experimentellen Untersuchungen hat der hier
auftretende Anmelder bisher ein Verfahren zum Beseitigen der Schwingung im Falle
von Trommelbremsen vorgeschlagen (Japanische Patentanmeldung Nr. 6-210204,
am Tage der Einreichung dieser Anmeldung noch nicht offengelegt).
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Die hier auftretenden Anmelder haben ebenfalls gründliche Untersuchungen
an Scheibenbremsen vorgenommen. Diese haben gezeigt, daß bei Scheibenbremsen
der Scheibenrotor und die diesen Scheibenrotor festspannenden Innen- und
Außenbeläge während des Bremsens in der durch die Strichellinien in Fig. 13 und Fig. 14
gezeigten Weise schwingen, ohne daß das zum Auftreten eines Bremsgeräuschs
führt.
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Durch die soeben erwähnten Verfahren wird das Bremsgeräusch vermindert,
und im speziellen Falle von auf gewöhnlichen städtischen Straßen fahrenden kleinen
Personenautos wird es so weit vermindert, daß für praktische Zwecke überhaupt
kaum ein Problem besteht. Unter bestimmten Bedingungen jedoch (und es ist nicht
klar, welche Bedingungen das sind) tritt die Erscheinung des Bremsgeräuschs bei
schweren Fahrzeugen immer noch auf, und es ist weitere Forschung zur Beseitigung
dieses Problems vonnöten.
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Die hier auftretenden Erfinder haben die mit dem Bremsgeräusch bei
Scheibenbremsen zusammenhängenden Erscheinungen beobachtet und haben die
Ergebnisse dieser Beobachtungen in einer Vielzahl von Weisen analysiert. Sie haben
Experimente und Analysen zur Schwingung vorgenommen und haben konkrete
Maßnahmen zur Beseitigung der Schwingung von Scheibenbremsen untersucht. Bei
diesen Experimente und Analysen wurden neue Untersuchungsmethoden
angewandt, beispielsweise das Anzeigen der Schwingung auf einem Computerbildschirm
in übertrieben dargestellter Form und deren Korrelierung mit den
Frequenzeigenschaften des dadurch erzeugten Geräuschs. Als Ergebnis dieser Studien schlagen die
hier auftretenden Erfinder das Verfahren für Scheibenbremsen vor, das in dieser
Anmeldung offenbart ist. Experimente, die von ihnen ausgeführt wurden, haben
bewiesen, daß dieses Verfahren viel geeigneter als die bisher bekannten Maßnahmen
ist. Außerdem ist es ihnen wie im Falle von Trommelbremsen durch Analyse der aus
aktuellen Messungen gewonnenen Daten gelungen, mathematische Ausdrücke für
das vorgeschlagene Verfahren in dem Bereich zu formulieren, in dem es wirksam
ist, und sie haben bestätigt, daß innerhalb dieses Bereiches eine äußerst wirksame
Gegenmaßnahme erhalten wird.
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Die vorliegende Erfindung hat die folgenden Aufgaben: das Bremsgeräusch
in Scheibenbremsen zu vermindern; ein zum Vermindern des Bremsgeräuschs durch
Bremsbeläge verschiedener Größen geeignetes Verfahren bereitzustellen, wobei die
Verminderung in einer optimal wirksamen Weise und nicht einfach mit Hilfe einer
empirischen Festlegung zustandegebracht wird; das Bremsgeräusch bei schweren
Fahrzeugen mit großen Bremsbelägen auf ein für praktische Zwecke ausreichendes
Maß vermindern zu können; ein Verfahren zur Verminderung des Bremsgeräuschs
bereitzustellen, dessen Leistung sich nicht ändert, wenn die Beläge der
Scheibenbremse ausgewechselt werden; und das Bremsgeräusch mit Hilfe von billigen
Zusatzteilen zu vermindern. Weitere Aufgaben der Erfindung sind: die
Zuverlässigkeit durch Beseitigung der Degenerierung von elastischen Körpern und Klebstoffen
und durch Beseitigung der Degeneration der Schwingungsdämpfungsleistung des
elastischen Körpers zu verbessern; und ein schwingungsdämpfendes Mittel
bereitzustellen, mit dem die Zusatzteile selbst in Umgebungen, in denen hohe Temperaturen
und starke Schwingung auf sie einwirken, in einem wirksamen Zustand gehalten
werden.
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In JP-A-58156734 wird eine Scheibenbremsenvorrichtung offenbart, bei der
mit Hilfe eines elastischen Körpers ein Gewicht an der Druckplatte des äußeren
Belags befestigt wird. In JP-A-59200819 wird eine Scheibenbremsenvorrichtung
offenbart, bei der mit Hilfe eines elastischen Körpers ein Gewicht an einem Sattel
befestigt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine Scheibenbremsenvorrichtung
einen Kolben, der entsprechend dem von einem Zylinder ausgeübten
Hydraulikdruck mit Hilfe eines Innenbelags gegen einen Scheibenrotor drückt, einen
einstückig mit diesem Zylinder ausgebildeten Sattel; einen Außenbelag, der von diesem
Sattel getragen wird und in Gegenwirkung zu dem Kolben gegen den Scheibenrotor
drückt; und ein mit Hilfe eines elastischen Körpers an einer Druckplatte des
Außenbelags befestigtes Gewicht und ist durch einen aufrecht an der Druckplatte
befestigten Stab gekennzeichnet, wobei das Gewicht mit Hilfe des elastischen Körpers an
diesem Stab befestigt ist.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsgeräusch, das beim
Bremsen eines Motorfahrzeugs emittiert wird, durch Befestigen eines Gewichts mit
Hilfe eines elastischen Körpers an einem Teil des Mechanismus wirksam vermindert
wird, der entsprechend dem Hydraulikdruck gegen den Scheibenrotor drückt. Jedes
Teil des Mechanismus, der gegen den Scheibenrotor drückt, bildet ein
Schwingelement, und diese Schwingelemente umfassen beispielsweise den Kolben, der den
Bremsbelag verschiebt, der gegen den Scheibenrotor drückt; die Druckplatte des
Bremsbelags; und den Sattel, der die Bremsbeläge und den Kolben hält.
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Das wichtigste unterscheidende Merkmal der Erfindung ist nicht einfach, daß
ein Gewicht befestigt wird, sondern daß ein Gewicht mit Hilfe eines elastischen
Körpers befestigt wird. Das Ergebnis des Befestigens eines Gewichts mit Hilfe eines
elastischen Körpers ist, daß der Bereich für die ungehinderte Schwingung des
Gewichts vergrößert wird und eine natürliche Schwingungsfrequenz für das Gewicht
gemäß den Eigenschaften des elastischen Körpers zu beobachten ist. Die
Schwingung des Schwingungselementes wird auf das Gewicht übertragen, und wenn das im
Niedrigfrequenzbereich geschieht, schwingen das Schwingungselement und das
Gewicht in gleicher Weise. Jedoch ist die folgende Erscheinung zu beobachten:
insbesondere wenn sich die Frequenz der Schwingung erhöht, werden die
Schwingungen des Schwingungselementes und des Gewichts allmählich phasenverschoben,
und bei einer oder oberhalb einer bestimmten Frequenz werden die Schwingung des
Schwingungselementes und die Schwingung des Gewichts gegenphasig. Die
gegenphasigen Schwingungen des Schwingungselementes und des Gewichts sind nichts
anderes als Schwingungsenergie, die auf Grund dessen, daß sich der elastische
Körper verformt, in Wärmeenergie umgewandelt wird, wobei das Ergebnis ist, daß die
Schwingung des Schwingungselementes beseitigt wird. Das ist das Prinzip der
vorliegenden Erfindung.
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Indem das Gewicht mithin mit Hilfe eines elastischen Körpers befestigt wird,
können Schwingung und Geräusch mit Frequenzen in der Nähe der oder höher als
die natürliche Frequenz, die durch das Gewicht und die Eigenschaften des
elastischen Körpers bestimmt wird, wirksam beseitigt werden. Es wurde
experimentell bestätigt, daß die Phasenbeziehung zwischen der Schwingung der
Bremsbeläge und der Schwingung des Gewichts zum Beseitigen von Schwingungen
genutzt werden kann, nicht nur mit Frequenzen, die höher als die natürliche
Schwingungsfrequenz ist, sondern auch mit Frequenzen in der Nähe der oder etwas
niedriger als die natürliche Frequenz. "Stab" bezeichnet hier im allgemeinen ein
stabförmiges Element, und unter diesem Begriff "Stab" sind auch Bauteile einbegriffen,
die im allgemeinen "Schrauben", "Zapfen" oder "Stifte" genannt werden.
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Eine mögliche Konstruktion ist, daß der elastische Körper in Ringform
ausgebildet ist, und daß der soeben erwähnte Stab durch die Mitte dieses elastischen
Körpers verläuft. Der Stab kann aus Metall bestehen, und es kann ein ringförmiges
Gewicht vorgesehen werden, so daß der oben erwähnte elastische Körper
umschlossen wird. Der Stab kann eine zylindrische Form aufweisen. "Ringförmig" umfaßt
hier auch Formen, wo der Querschnitt senkrecht zu der Achse vieleckig ist, sowie
Formen, wo dieser Querschnitt rund ist.
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An dem Stab kann eine Halterung befestigt werden, wobei zwischen dieser
Halterung und dem Stab ein Zwischenraum vorgesehen ist und der elastische Körper
in einer solchen Weise vorgesehen ist, daß er diese Halterung umschließt, und ein
ringförmiges Gewicht in einer solchen Weise vorgesehen ist, daß es diesen
elastischen Körper umschließt. Diese Konstruktion weist den Vorteil auf, daß
Wärme aus dem Zwischenraum zwischen der Halterung und dem Stab abgeleitet
wird. Des weiteren kann die direkte Übertragung von erzeugter Hitze dadurch
verhindert werden, daß in der Oberfläche des Bremsbelags eine Austiefung ausgebildet
wird, die mit dem Schwingungselement verbunden ist, an dem der Stab befestigt ist,
wobei die Austiefung in der Nähe der Stelle ausgebildet ist, an der das Gewicht
befestigt ist.
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Den hier auftretenden Erfindern ist es durch Analyse von aus aktuellen
Messungen erhaltenen Daten gelungen, mathematische Ausdrücke für das
vorgeschlagene Verfahren für den Bereich zu formulieren, über den es wirksam ist, und sie
haben bestätigt, daß innerhalb dieses Bereichs eine äußerst wirksame
Gegenmaßnahme erhalten wird. Diese mathematischen Ausdrücke werden weiter unten
ausführlich erläutert.
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Bei einer Scheibenbremse erfolgt das Bremsen durch Reibung zwischen der
Oberfläche des Scheibenrotors und der Oberfläche zweier Bremsbeläge.
Infolgedessen werden die Bremsbeläge, die gegen diese Bremsbeläge drückenden
Druckplatten, der die Preßkraft auf diese Druckplatten ausübende Kolben und der die
Bremsbeläge und den Kolben umgebende Sattel durch die beim Bremsen erzeugte
Hitze auf eine erhöhte Temperatur gebracht. Diese Hitze wirkt auch auf einen
elastischen Körper und ein Gewicht ein, die an diesen Elementen befestigt sind. Da
das Gewicht und der elastische Körper und der elastische Körper und die soeben
erwähnten Elemente miteinander verklebt sind, wirkt die Hitze ebenfalls auf den
beteiligten Klebstoff ein.
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Dadurch beschleunigt sich die Degenerierung des elastischen Körpers und
des Klebstoffs. Wird beim Bremsen Abriebpulver erzeugt, vermindert dieses auch
die schwingungsdämpfende Leistung des elastischen Körpers. Zwar reicht es für
praktische Zwecke aus, das Gewicht einfach mit Hilfe eines elastischen Körpers an
einem Schwingungselement zu befestigen, jedoch wurde festgestellt, daß die
Degenerierung des elastischen Körpers und des Klebstoffs und der Verlust an
schwingungsdämpfender Leistung des elastischen Körpers beseitigt werden können, indem
ein Stab vorgesehen wird, an dem das Gewicht und der elastische Körper befestigt
sind. Es wurde bestätigt, daß auf diese Weise die Sicherheit verbessert werden kann.
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Im Folgenden wird die Formulierung der oben erwähnten mathematischen
Ausdrücke erläutert. Diese mathematischen Ausdrücke sind allen weiter oben
erwähnten Schwingungselementen gemeinsam.
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Die natürliche Schwingungsfrequenz des oben erwähnten, mit Hilfe eines
elastischen Körpers befestigten Gewichts ist gegeben durch:
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f&sub0; = (1/(2π) (k/m),
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wobei m die Masse des Gewichtes ist und k die Federkonstante des elastischen
Körpers ist, der zwischen dem Gewicht und einem Schwingungselement eingebaut ist.
Experimentell wurde bestätigt, daß es wirkungsvoll ist, wenn diese natürliche
Schwingungsfrequenz als nahezu gleich der oder kleiner als die Frequenz der
Hauptkomponente der von dem Schwingungselement erzeugten Geräuschfrequenz fs
eingestellt ist. Beispielsweise ist die Einstellung des Verhältnisses zwischen der
Schwingungsfrequenz fs und der natürlichen Schwingungsfrequenz f&sub0; auf:
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fs > 2f&sub0;
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über einen weiten Bereich von Geräuschfrequenzen 1% wirksam.
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Umgekehrt wurde auch festgestellt, daß in Fällen, wo die Konstruktion der
Scheibenbremse dazu führt, daß die Geräuschfrequenzen fs nahezu eine einzelne
feste Frequenz ist, eine Gewichtsverminderung mit dem folgenden
Konstruktionsschema zustandegebracht werden kann: Verminderung der Masse m des Gewichts
und Heranbringen der oben genannten natürlichen Schwingungsfrequenz f&sub0; bis nahe
an die Geräuschfrequenz fs.
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Mit anderen Worten, es wurde festgestellt, daß die Dämpfung der
Schwingung einer Frequenz fs wirksam ist, wenn zur Verminderung der Masse m des
Gewichts die folgende Beziehung aufgestellt wird:
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fs = f&sub0;.
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Das soll heißen, daß festgestellt wurde, daß es dann, wenn die Form des
Schwingungselementes derart ist, daß die Geräuschfrequenz fs als praktisch einen einzelnen
festen Wert darstellend behandelt werden kann, wirkungsvoll ist, wenn f&sub0; nahezu
gleich der oder nur ein wenig höher als die von dem Schwingungselement erzeugte
Geräuschfrequenz fs ist.
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Diese Bemerkungen werden wieder in qualitativer Hinsicht erläutert. Wenn
ein Schwingungselement (in diesem Falle der Kolben, die Druckplatte, der Sattel
usw.) schwingt und wenn an diesem Schwingungselement mit Hilfe eines
elastischen Körpers ein Gewicht befestigt ist, dann schwingt dieses Gewicht bei
niedrigen Frequenzen phasengleich mit dem Schwingungselement. Wenn sich
jedoch die Frequenz erhöht, wird die Schwingung des Gewichts allmählich von der
Schwingung des Schwingungselement weg phasenverschoben, und wenn eine
bestimmte Frequenz überschritten wird, wird die Schwingung des Gewichts
gegenphasig: d. h. seine Phase ist um 180 Grad verschieden. Das heißt, daß
Schwingungsenergie auf Grund dessen, daß sich der elastische Körper verformt, in Wärmeenergie
umgewandelt wird, wobei das Ergebnis ist, daß die Schwingung des
Schwingungselementes beseitigt wird. Mit anderen Worten sollte zur Beseitigung der
Schwingung die Frequenz, mit der die Schwingung des Gewichts gegenphasig zu derjenigen
des Schwingungselementes wird, so eingestellt werden, daß sie mit der
Frequenz übereinstimmt, bei der eine ausgeprägte Erzeugung von akustischem
Geräusch erfolgt.
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Anstelle eines einzelnen Gewichts kann eine Mehrzahl von Gewichten an der
oben erwähnten Druckplatte oder dem Sattel befestigt werden, wobei jedes dieser
Gewichte mit Hilfe eines oben erwähnten elastischen Körpers befestigt wird. Wenn
ein breiter Bereich von Bremsgeräuschfrequenzen vorhanden ist, ist es wirkungsvoll,
wenn die jeweiligen natürlichen Schwingungsfrequenzen dieser Mehrzahl von
Gewichten so gestaltet sind, daß sie ein wenig voneinander abweichen. Die
Federkonstante eines elastischen Körpers wird von der Beschaffenheit des Materials, aus
dem dieser besteht, und von dessen Form bestimmt. Ein hitzebeständiger Gummi
oder ein anderes Kunststoffmaterial eignet sich zum Gebrauch als Material für den
elastischen Körper, dessen Form vorzugsweise auf theoretischer und experimenteller
Grundlage festgelegt wird, so daß den oben genannten Gleichungen genügt wird.
Die hier auftretenden Erfinder haben wiederholt Experimente unter einer
Vielzahl von Bedingungen vorgenommen, und ihnen wurde empirisch bestätigt, daß
das beim Bremsen eines Motorfahrzeugs emittierte Bremsgeräusch wirksam
vermindert werden kann. Es wurde nach und nach bestätigt, daß dann, wenn ein
Gewicht der oben beschriebenen Art mit Hilfe eines elastischen Körpers an einem
geräuscherzeugenden Schwingungselement befestigt wird, das Geräusch stark
vermindert wird, und daß das Geräusch wieder auftritt, wenn das Gewicht abgenommen
wird.
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Da der elastische Körper und das Gewicht billige Teile mit einer einfachen
Konstruktion sind, läßt sich mit der in dieser Anmeldung gelehrten Erfindung das
Bremsgeräusch auf ein für praktische Zwecke ausreichendes Maß vermindern, ohne
daß große Kosten entstehen. Des weiteren führt die Auswechselung der
Bremsbeläge oder des Scheibenrotors nicht zu einer Änderung der Leistung gemäß der
Erfindung.
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Konkreter gesagt, die Frequenz eines Bremsgeräuschs ist im allgemeinen
keine einheitliche Frequenz, sondern eher eine Mischung einer Vielzahl von
Frequenzen und besteht gemäß Messungen in hohem Maße aus Frequenzkomponenten
von über 1 kHz. Noch genauer gesagt, die Frequenzkomponenten im Bereich von
1,4 kHz bis 2 kHz erzeugen ein unangenehmes Geräusch.
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Folglich wird die natürliche Schwingungsfrequenz f&sub0; des oben genannten,
mit Hilfe eines elastischen Körpers befestigten Gewichts vorzugsweise in die Nähe
von 1 kHz oder auf weniger eingestellt. Durch experimentelle Bestätigung desselben
unter einer Vielzahl von Bedingungen hat sich gezeigt, daß eine Einstellung der
natürlichen Schwingungsfrequenz f&sub0; auf etwa 500 Hz in einem weiten Bereich von
Frequenzen wirkungsvoll ist. Es hat sich auch herausgestellt, daß deren Einstellung
noch weiter herab auf 100 Hz in einem noch weiteren Bereich von Frequenzen
wirkungsvoll ist. Die noch weitere Herabsetzung dieser natürlichen
Schwingungsfrequenz f&sub0; könnte ins Auge gefaßt werden, was aber tatsächlich bedeuten würde,
daß das elastische Material weicher und die Masse des Gewichts größer sein müßte.
Es ist daher fraglich, ob das technisch effektiv wäre, und ob sich ein geeignetes
elastisches Material fände, das billig wäre.
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In der Zwischenzeit muß das für den elastischen Körper gewählte Material,
da sich das Schwingungselement infolge der Reibung zwischen dem Bremsbelag
und dem Scheibenrotor erwärmt, auch hinreichende Hitzebeständigkeit und
Dauerhaftigkeit aufweisen. Diese Bedingung ist ein weiterer Grund, aus dem es schwierig
ist, einen sehr kleinen Wert für die natürliche Schwingungsfrequenz f&sub0; zu wählen.
Die hier angeführten Experimente wurden unter Verwendung von synthetischen
Kautschuken (oder Kunststoffen) mit verschiedenen Elastizitätsmodulen als
elastisches Material und unter Verwendung eines Metalls (insbesondere Blei) als
Gewicht ausgeführt.
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Solche Untersuchungen führen zu dem Schluß, daß sich geeignete
Materialien unter synthetischen Kautschuken (oder Kunststoffen) mit sehr guter Hitzebeständigkeit
finden lassen, und daß es technisch vorteilhaft ist, die natürliche
Schwingungsfrequenz f&sub0; auf etwa 100 Hz oder ein wenig höher auf etwa 200 Hz
einzustellen, indem die Masse des Gewichts in die Größenordnung von mehreren
hundert Gramm gebracht wird, die für praktische Zwecke angemessen ist.
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Fig. 1 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die die Konfiguration der
wesentlichen Teile einer Vergleichs-Ausführungsform zeigt;
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Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die Aussehen und Form der
Vergleichs-Ausführungsform zeigt;
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Fig. 3 (a) und (b) sind perspektivische Ansichten, die Aussehen und Form
von die Vergleichs-Ausführungsform betreffenden Proben zeigen;
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Fig. 4(a) und (b) zeigen die Ergebnisse von Hämmertests an der Vergleichs-
Ausführungsform;
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Fig. 5(a) und (b) zeigen die Ergebnisse von Hämmertests an der Vergleichs-
Ausführungsform und an einem Beispiel nach dem Stand der Technik;
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Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die Aussehen und Form einer ersten
Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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Fig. 7 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die die Konfiguration der
wesentlichen Teile der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 7 gezeigten Bereichs B;
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Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die Aussehen und Form einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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Fig. 10 ist eine Teilschnittansicht, die die Konfiguration der wesentlichen
Teile der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt (die eine Schnittansicht des
Bereichs C in Fig. 9 ist);
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Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 10 gezeigten Bereichs D der
zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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Fig. 12 dient zur Erläuterung der Art der Bremsbackenverformung, wenn ein
Geräusch beim Bremsen auftritt;
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Fig. 13 dient zur Erläuterung der Art der Bremsbackenverformung, wenn ein
Geräusch beim Bremsen auftritt;
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Fig. 14 (a) dient zur Erläuterung der Art der Scheibenrotorverformung beim
Bremsen; und
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Fig. 14 (b) dient zur Erläuterung der Art der Verformung des Innenbelags
und des Außenbelags beim Bremsen.
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Fig. 1 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die die Konfiguration der
wesentlichen Teile einer Vergleichs-Ausführungsform zeigt, und Fig. 2 ist eine
perspektivische Ansicht, die Aussehen und Form dieser Ausführungsform zeigt.
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Die Vergleichs-Ausführungsform weist einen Innenbelag 1; einen Außenbelag
2a; einen zwischen diesem Innenbelag 1 und dem Außenbelag 2a eingeklemmten,
auf der Achse befestigten und einer Bremskraft unterliegenden Scheibenrotor 3;
einen mit Hilfe eines von einem Bremskraftverstärker erzeugten hohen Drucks eine
Verschiebung auf den Innenbelag 1 aufbringenden becherförmigen Kolben, und
einen Sattel Sa, der diesen Kolben 4a aufnimmt und die Halterung darstellt,
innerhalb derer der Scheibenrotor 3 erfaßt werden kann. Des weiteren ist ein Gewicht 7a
mit Hilfe eines elastischen Körpers 6a an der Innenseite des Kolbens 4a befestigt.
Die natürliche Schwingungsfrequenz des mit Hilfe des elastischen Körpers (6a)
befestigten Gewichtes 7a, die gegeben ist durch:
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f = (1/(2π) (k/m),
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wobei m die Masse des Gewichtes 7a ist und k die Federkonstante des elastischen
Körpers 6a ist, ist auf Grund dieser Scheibenbremse auf einen kleineren Wert als die
Geräuschfrequenz fs eingestellt. Der elastische Körper 6a und das Gewicht 7a sind
mit Hilfe von Klebstoff befestigt.
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Als nächstes werden die Ergebnisse von die auf diese Weise gebildete
Ausführungsform betreffenden Tests erläutert.
(Test 1)
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Fig. 3 zeigt die Formen der bei diesem Test verwendeten Gewichte und
elastischen Körper. Die Kombination eines Gewicht und eines elastischen Körpers
wird hier als "Probe" bezeichnet. Fig. 3(a) zeigt die Konstruktion von Probe 1,
während. Fig. 3(b) die Konstruktion von Probe 2 zeigt. Als Material für die Gewichte
wurde durchweg Blei verwendet, und für die elastischen Körper wurde
Nitrilkautschuk mit einer Härte von 60 Grad verwendet. Probe 1 war größer und umfaßte
ein Gewicht von 60 mm · 28 mm · 10 mm mit einer Masse von 300 g und einen
elastischen Körper von 60 mm · 28 mm · 5 mm. Probe 2 war kleiner und umfaßte
ein Gewicht von 27 mm · 22 mm · 10 mm mit einer Masse von 100 g und einen
elastischen Körper von 27 mm · 22 mm · 5 mm. Von diesen Proben 1 und 2 wurde
eine große Anzahl hergestellt.
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Zuallererst zeigt Fig. 4 die Ergebnisse von Tests allein an Proben, d. h. bevor
die oben genannten Proben mit Kolben 4a verklebt wurden. Fig. 4(a) gibt die mit
Probe 1 erhaltenen Ergebnisse wieder, während Fig. 4(b) die mit Probe 2 erhaltenen
Ergebnisse wiedergibt. Dieser Test allein mit Proben wurde folgendermaßen
ausgeführt. Je eine von Probe 1 und Probe 2 wurden getrennt auf große Auflageplatten
geklebt, und zum Erzeugen eines Aufschlags in deren Nähe wurde ein Hammer
verwendet. Dann wurden die entstandenen Schwingungen erfaßt. Das erfolgte durch
Befestigen von Aufnehmern (Beschleunigungsmessern) an den Proben und den
Auflageplatten und Umwandeln von deren akustischen Schwingungen in elektrische
Signale. Diese elektrischen Signale wurden von einem Breitbandverstärker verstärkt,
mit Hilfe eines Zweikanal-Spektralanalysators erfolgte eine Frequenzanalyse, und es
erfolgten Aufzeichnungen von der Schwingungsamplitude des Gewichts und von der
Phasendifferenz zwischen den Schwingungen des Gewichts und der Auflageplatte.
In Fig. 4 ist die Frequenz auf der horizontalen Achse gezeigt, während die einer
vorgegebenen Frequenz entsprechende Amplitude und die Phasendifferenz auf der
vertikalen Achse gezeigt sind. Die Amplitude ist ein relativer Wert, der auf einer
logarithmischen Skala aufgezeichnet ist. Die Einheiten der Phasendifferenz sind
Grade.
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Bei Betrachtung der in Fig. 4 angegebenen Testergebnisse ist ersichtlich,
daß in Fig. 4(a) die Schwingung des Gewichts eine große Amplitude in der Nähe
von 1000 Hz aufweist und daß die Amplitude bei höheren Frequenzen als diese
allmählich abnimmt. Es ist auch ersichtlich, daß die Phasendifferenz zwischen der an
die Auflageplatte angelegten Schwingung und der Schwingung des Gewichts im
Niedrigfrequenzbereich zwar annähernd Null ist, jedoch eine Phasennacheilung
besteht, die einer Amplitudenspitze in der Nähe von 200 Hz entspricht. Es ist ferner
ersichtlich, daß die Phasendifferenz mit sich erhöhenden Frequenz allmählich größer
wird und nahezu -180 Grad wird, wenn die Frequenz 1000 Hz übersteigt: d. h. die
Schwingung des Gewichts wird gegenphasig zu der an die Platte angelegten
Schwingung. Dieses Testergebnis zeigt, daß die angelegte Schwingung durch die
Schwingung des Gewichts beseitigt wird. In Fig. 4(b) ist zu sehen, daß, da die
Masse m des Gewichts kleiner ist, das Glied 4 (k/m) größer ist (wobei k die
Federkonstante ist), und daß die Frequenz, bei der die Amplitude groß ist, etwas niedriger
als in Fig. 4(a) ist, und die Frequenz, bei der die Schwingung des Gewichts
gegenphasig zu der der Auflageplatte wird, ebenfalls niedriger ist.
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Testergebnisse dieser Art zeigen, daß dann, wenn ein dieser Probe 1 oder
dieser Probe 2 ähnliches Bauteil an dem Kolben 4a befestigt wird, die Schwingung
des Gewichts gegenphasig zu Frequenzen über 1000 Hz oder 800 Hz wird, wobei
das Ergebnis ist, daß die Schwingung des Gewichts so wirkt, daß sie die in dem
Bremselement auftretende Schwingung beseitigt.
(Test 2)
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Als nächstes werden die Ergebnisse eines Tests einer Scheibenbremse
erläutert.
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Die Tests wurden ausgeführt, nachdem die oben beschriebenen Proben in der
in Fig. 1 gezeigten Weise an dem Kolben 4a befestigt worden waren. Die Ergebnisse
dieser Tests sind in Fig. 5 gezeigt, die eine Aufzeichnung der Dämpfung der
Schwingungsamplitude ist, die erzielt wurde, als der Kolben 4 auf einen Schwamm
gelegt wurde und mit einem Hammer einmal darauf geschlagen wurde. Insbesondere
wurde ein Aufnehmer an dem Kolben 4a befestigt, die Schwingung wurde in
elektrische Signale umgewandelt, und dieses elektrische Signal wurde von einem
Breitbandverstärker verstärkt und dann unter Verwendung eines Oszilloskops betrachtet.
In Fig. 5 ist die Zeit auf der horizontalen Achse gezeigt, und der relative Wert der
Amplitude ist auf der vertikalen Achse gezeigt.
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Fig. 5(a) gibt die Testergebnisse für die erste Ausführungsform der
Erfindung wieder, während Figur S(b) eine Vergleichsfigur ist. Diese Vergleichsfigur gibt
die Ergebnisse eines Tests wieder, bei dem ähnliche Messungen vorgenommen
wurden, nachdem die Probe von dem Kolben 4a abgenommen worden war. Fig. 5 zeigt,
daß bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Schwingung nach Anwendung
des Hämmerns nicht anhält, und daß sie sofort gedämpft und abgeschwächt wird.
Mit anderen Worten, es ist zu sehen, daß die Schwingung des Kolbens 4a mit Hilfe
der Erfindung wirkungsvoll gedämpft wird. Die in Fig. 5(a) und Fig. 5(b) gezeigten
akustischen Reaktionen sind auch mit dem Ohr eindeutig wahrzunehmen.
(Test 3)
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Mit Hilfe eines heutigen Fahrzeugs wurde ein Fahrtest vorgenommen. Alle
in dieser Erfindung betroffenen Gewichte und elastischen Körper wurden
abgenommen, und das Fahrzeug wurde gefahren. Als die Bremsen angelegt wurden, trat
ein lautes Geräusch auf. Dann bestätigte sich, daß überhaupt kein Lärm auftrat, als
Maßnahmen gemäß dieser Erfindung getroffen wurden. Das bestätigte sich bei einer
Vielzahl von Fahr- und Bremsbedingungen. Es bestätigte sich auch, daß wieder ein
Bremsgeräusch auftrat, als die in dieser Erfindung betroffenen Gewichte und
elastischen Körper abgenommen wurden.
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Wie aus diesen Testergebnissen ersichtlich ist, wird die beim Bremsen
erzeugte Schwingung gedämpft, wenn mit Hilfe eines elastischen Körpers ein
Gewicht befestigt wurde, und das Auftreten eines Bremsgeräusch vermindert sich
auf ein für praktische Zwecke ausreichendes Maß.
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Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die Aussehen und Form einer
Ausführungsform der Erfindung zeigt. Fig. 7 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht
(des Bereichs A gemäß Fig. 6), die die Konfiguration der wesentlichen Teile dieser
Ausführungsform zeigt. Fig. 7 ist eine vergrößerte Ansicht (des in Fig. 7 gezeigten
Bereichs B) dieser Ausführungsform.
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Diese Ausführungsform besitzt einen Innenbelag 1; einen Außenbelag 2a;
einen zwischen diesem Innenbelag 1 und dem Außenbelag 2a eingeklemmten, auf
der Achse befestigten und einer Bremskraft unterliegenden Scheibenrotor 3; einen
mit Hilfe eines von einem Bremskraftverstärker erzeugten hohen Hydraulikdrucks
eine Verschiebung auf den Innenbelag 1 aufbringenden becherförmigen Kolben 4a,
und einen Sattel 5a, der diesen Kolben 4a aufnimmt und die Halterung bereitstellt,
innerhalb derer der Scheibenrotor 3 erfaßt werden kann. Diese Ausführungsform
besitzt auch ein an einer vorgeschriebenen Stelle in dem Sattel 5b vorgesehenes
Durchgangsloch 31; eine an der Außenseite des Außenbelags 2b befestigte
Druckplatte 15, in der an einer dem Durchgangsloch 31 des Sattels 5b entsprechenden
Stelle ein Gewindeloch vorgesehen ist, das senkrecht zu der Seite der Druckplatte 15
liegt, einen Stab 16, dessen eines Ende in das Gewindeloch in dieser Druckplatte 15
eingeschraubt ist und dadurch befestigt wird; einen ringförmigen elastischen Körper
6c, durch dessen Mitte das andere Ende des Stabs 16 verläuft, ein Gewicht 7c, das in
einer solchen Weise befestigt ist, daß dieser elastische Körper 6c umschlossen wird;
eine Unterlegscheibe 17 und eine Schraube 18, durch die sich der elastische Körper
6c und das Gewicht 7c nicht lösen können, und eine Halterung 19, die den
Mittelabschnitt 16a des Stabs 16 abstützt.
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Der konvexe Abschnitt 32 zur Vergrößerung der effektiven Länge des
Gewindeabschnitts ist an der Seite der Druckplatte 15 ausgebildet, die zu dem
Außenbelag 2b weist. Des weiteren ist an dem Stab 16 der Sitz 16b vorgesehen und
dient zur Stabilisierung der auf Einschraubung beruhenden Befestigung des Stabs 16
an der Druckplatte 15; und der Mittelabschnitt 16a ist als Zylinder mit
quadratischem Querschnitt ausgebildet, um die Drehung zu verhindern. Das
Durchgangsloch 19, durch das dieser Mittelabschnitt 16a verläuft, ist ebenfalls mit
quadratischem Querschnitt ausgebildet. In der Seite des Außenbelags 2b, die dem
konvexen Abschnitt 32 der Druckplatte 15 entspricht, ist eine Ausnehmung 33
ausgebildet.
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Das Gewicht 7c und der elastische Körper 6c und der elastische Körper 6c und
der Stab 15 sind nach Preßpassung zusammen befestigt, und an der Seite der
Unterlegscheibe 17 und der Seite des Mittelabschnitts 16a des elastischen Körpers 6c sind
Zwischenräume mit einer vorgeschriebenen Breite vorgesehen, so daß dessen
Abbiegung bei der Schwingung durch keinen Kontakt beeinträchtigt wird. Die
Halterung 19 ist ein elastischer Körper und läßt sich verformen. Ihr Umfang ist mit der
Innenseite des Durchgangslochs 31 verklebt, das in dem Sattel 5b vorgesehen ist,
und sie besteht aus einem synthetischen Harz, das leicht längs der Axialrichtung
gleiten kann. Der Stab 16 schwingt in der durch die in Fig. 8 gezeigten Pfeile
angezeigten Richtung, und diese Schwingung wird durch den elastischen Körper 6c und
das Gewicht 7c gedämpft.
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Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die Aussehen und Form der zweiten
Ausführungsform der Erfindung zeigt. Fig. 10 ist eine Teilschnittansicht (des
Bereichs C in Fig. 9), die die Konfiguration der wesentlichen Teile dieser zweiten
Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung ist an dem zylindrischen
Stab 20, an dessen einem Ende die Basis 20a vorgesehen ist, das andere Ende in die
plattenförmige Druckplatte 15 geschraubt; und dieser Stab 20 ist in die in dem
Durchgangsloch 34 vorgesehene zylindrische Halterung 21 eingeführt, wobei das
Durchgangsloch in dem Sattel 5c vorgesehen ist. Das Gewicht 7f ist mit Hilfe des
elastischen Körpers 6f an der Basis 20a befestigt. Zwar sind die Basis 20a, der
elastische Körper 6f und das Gewicht 7f alle als mit runden Abschnitten ausgebildet
gezeigt, sie können jedoch auch mit quadratischen Querschnitten ausgebildet sein.
Des weiteren ist die Ausnehmung 35 zur Vermeidung des direkten Kontakts in dem
Außenbelag 2c an einer dem Stab 20 entsprechenden Stelle vorgesehen. Davon
abgesehen ist diese zweite Ausführungsform in der gleichen Weise wie die
Vergleichs-Ausführungsform gestaltet. Außerdem ist die Beziehung zwischen der
Geräuschfrequenz fs und der natürlichen Schwingungsfrequenz f&sub0; des Gewichts 7f,
das mit Hilfe des elastischen Körpers 6f befestigt ist, in der gleichen Weise wie bei
der Vergleichs-Ausführungsform eingestellt. Der Stab 20 schwingt in der Richtung
der in Fig. 11 gezeigten Pfeile, und diese Schwingung wird von dem elastischen
Körper 6f und dem Gewicht 7f gedämpft.
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Die auf diese Weise gestaltete zweite Ausführungsform weist die folgenden
Vorteile auf. Da die Ausnehmung 35 vorhanden ist, wird die Reibungswärme, die
erzeugt wird, wenn der Scheibenrotor 3 zwischen dem Innenbelag 1 und dem
Außenbelag 3c erfaßt wird, nicht direkt auf den Stab 20 übertragen. Zweitens wird,
da der Stab 20 mit einer hohlen Konstruktion ausgebildet ist, die aus seiner
Umgebung übertragene Wärme abgeleitet und kann deshalb nicht auf den elastischen
Körper 6f übertragen werden, wodurch die Lebensdauer des elastischen Körpers 6f
verlängert werden kann. Für den Stab 20 sollten rostfreier Stahl oder ein
Nichteisenmetall mit guten Wärmesolierungseigenschaften verwendet werden, um dessen
Wärmeübertragungseigenschaften weiter zu verbessern.