用于盘式制动器的卡钳体及盘式制动器

摘要

示出了一种用于盘式制动器的卡钳体（1），卡钳体适合于被布置为横跨盘式制动器的盘，卡钳体包括连接侧部（2）、非连接侧部3）和至少一个桥接件（4），所述桥接件（4）适合于连接这种侧部并适合于被布置为横跨盘，其中，卡钳体（1）包括至少一个由用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分，该热塑性材料能耐受至少200℃的温度。

权利要求

1.一种用于盘式制动器的卡钳体(1)，所述卡钳体适合于被布置为横跨盘式制动器的盘，所述卡钳体包括连接侧部(2)、非连接侧部(3)和至少一个桥接件(4)，所述桥接件(4)适合于连接所述连接侧部和所述非连接侧部并适合于布置为横跨所述盘，其中，所述卡钳体(1)包括至少一个由用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分，所述热塑性材料耐受至少200℃的温度，其中，所述热塑性材料与所述卡钳体制成一体，并且其中，用碳纤维增强的所述热塑性材料是预加张力的，以在所述卡钳体的结构上施加力。

2.根据权利要求1所述的卡钳体(1)，其中，所述热塑性材料耐受至少230℃的温度。

3.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，其中，由用碳纤维增强的热塑性材料制成的所述部分布置在所述连接侧部(2)和所述非连接侧部(3)中的至少一个处。

4.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，其中，由用碳纤维增强的热塑性材料制成的所述部分布置在至少一个桥接件(4)处。

5.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，其中，所述卡钳体(1)包括两个桥接件，每个桥接件布置在所述卡钳体(1)的纵向端处，并且，其中，由用碳纤维增强的热塑性材料制成的所述部分布置在所述两个桥接件处和所述非连接侧部(3)处。

6.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，其中，所述卡钳体(1)包括三个桥接件，并且，其中，由用碳纤维增强的热塑性材料制成的所述部分布置在所述三个桥接件处、所述连接侧部(2)处以及所述非连接侧部(3)处。

7.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，其中，由用碳纤维增强的热塑性材料制成的所述部分布置在所述卡钳体(1)的外部处。

8.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，其中，由用碳纤维增强的热塑性材料制成的所述部分与所述卡钳整体形成。

9.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，其中，由用碳纤维增强的热塑性材料制成的所述部分通过连接装置连接至所述卡钳。

10.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，其中，用碳纤维增强的热塑性材料具有不低于70GPa的弹性模量。

11.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，其中，所述热塑性材料的碳纤维是连续纤维。

12.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，其中，增强的所述热塑性材料的碳纤维是定向纤维。

13.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，其中，所述热塑性材料包括选自以下的一种或多种材料：聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚对苯硫醚、聚酰胺46、聚邻苯二甲酰胺。

14.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，其中，增强的所述热塑性材料的碳纤维包括选自以下的一种或多种材料：高强度纤维、中模量纤维和高模量纤维。

15.根据权利要求1或2所述的卡钳体(1)，所述卡钳体包括由铝、铝合金、镁或镁合金制成的部分。

16.一种盘式制动器，包括根据前述权利要求中任一项所述的卡钳体(1)。

说明书

用于盘式制动器的卡钳体及盘式制动器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种由热塑性材料制成的卡钳体。

[0002] 特别地，本发明涉及一种用于机动车辆的盘式制动器的卡钳体以及包括这种卡钳体的盘式制动器。

背景技术

[0003] 通常，在盘式制动器中，将制动卡钳布置为，横跨盘式制动器的外边缘。制动卡钳通常包括具有两个细长元件的本体，细长元件叫做侧部，将其布置为面向盘的相对的制动面。在卡钳的每个侧部和盘式制动器的制动面之间，设置有摩擦垫。卡钳体的至少一个侧部具有适合于容纳活塞的汽缸(cylinder)，以任何适当的已知方式驱动(例如，液压活塞或电活塞)，能够在衬垫上施加推力作用，使其与制动盘的制动面邻接，以在车辆上施加制动作用。

[0004] 通常，将制动盘卡钳与固定至车辆的支承结构(例如，车辆悬架的轴颈)牢固地连接。

[0005] 在一个典型的布置方式中，两个侧部中的一个具有将卡钳体与支承结构连接的两个或多个连接部分，例如，通过提供槽或孔眼，例如轴向地布置，或通过孔，例如径向地布置，适合于容纳用于与卡钳连接的螺钉，其中，螺钉的端部容纳于卡钳支架上的螺纹孔中。

[0006] 这种侧部叫做连接侧部。

[0007] 另一部分叫做非连接侧部。

[0008] 在卡钳体的一种典型结构中，通过被布置为横跨盘的叫做桥的桥接元件，将面向盘的制动面的侧部连接起来。

[0009] 通常，卡钳体主要由铝制成。

[0010] 从耐应力和硬度方面来看，这种材料是令人满意的，然而，铝卡钳体具有较大的重量。

[0011] 因为这是众所周知的，具有大重量的卡钳体由于不同的原因而带来严重的缺点，包括应用卡钳体的车辆的性能和制动效率。

[0012] 在赛车中，这种缺点更严重，对于赛车来说，减小重量是必要的。

[0013] 为了获得除了达到足够的硬度和耐应力以外还具有低重量的卡钳体，已经研究了不同的解决方案。

[0014] 例如，专利申请公开GB 2 087 490公开了一种用于盘式制动器的由铝制成的卡钳，其包括钢或钛插入件。

[0015] 专利申请公开DE 196 47 999公开了一种铝卡钳，其设置有由具有金属基体的复合材料制成的加强件。

[0016] 欧洲专利EP 0 725 697公开了一种用于制造卡钳的方法，其提供桥接件和臂部的外部的模制，其中，使用由铁合金制成的插入件。

[0017] 美国专利申请公开US 2010/0038190公开了一种通过用轻金属或其合金模制来获得的卡钳，其包括由铁或其合金制成的结构。

[0018] 上述已知的解决方案，尽管其达到了所需的机械强度和硬度，但是，在重量减小方面并未达到令人满意的优点。

发明内容

[0019] 因此，本发明的目的是，提供一种用于盘式制动器的卡钳体，其可实现足够的重量减小以及高机械强度和结构硬度。

[0020] 通过这样一种用于盘式制动器的适合于被布置为横跨盘式制动器的盘的卡钳体来实现这些和其他目的，卡钳体包括连接侧部、非连接侧部和至少一个桥接件，所述桥接件适合于连接这种侧部并被布置为横跨盘，其中，卡钳体包括至少一个由用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分，该部分能耐受至少200℃的温度。

[0021] 在本上下文中，材料对一定温度的耐受力表明，该材料能够在这种温度下保持适当的机械特征。

[0022] 在本上下文中，耐热值是维卡耐热值(Vicat Softening Temperature)，通过ASTM D 1525和ISO 306确定。

[0023] 由于存在具有高耐热性的热塑性材料，所以，甚至在高温下，也可以确保盘式制动器的机械性能。

[0024] 由碳纤维制成的增强材料的存在使得材料具有足够的硬度。

[0025] 上述特征的组合可实现一种有效的、耐应力的、且耐高温的卡钳体，最重要的是，其重量轻。

[0026] 根据本文所述的特征可减小卡钳体的尺寸，机械特征相同(equal)，具有明显的优点。

[0027] 优选地，用碳纤维增强的热塑性材料能耐受至少230℃的温度。

[0028] 有利地，将由用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分布置在连接侧部和非连接侧部中的至少一个上，和/或布置在至少一个桥接件处。

[0029] 根据一个优选实施方式，卡钳体包括两个桥接件，将每个桥接件布置在卡钳体的一个纵向端，并将由用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分布置在所述两个桥接件和所述连接侧部。

[0030] 根据替代实施方式，将由用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分布置在卡钳体的外表面。

[0031] 在此情况中，可以用由金属制成的部分作为挤压热塑性材料的模具而直接在由金属制成的部分上获得由热塑性材料制成的部分。

[0032] 这使得，可以在金属材料和热塑性材料之间获得非常好的粘结。

[0033] 有利地，由用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分与卡钳制成一体。

[0034] 在此情况中，可以获得卡钳的最佳硬度值。

[0035] 或者，优选地，通过连接装置，将由热塑性材料制成的部分固定至剩余的部分。

[0036] 根据替代实施方式，整个卡钳体由用纤维增强的热塑性材料制成。

[0037] 优选地，用碳纤维增强的热塑性材料至少在卡钳的打开方向上具有不低于70GPa的弹性模量。

[0038] 更优选地，该值不低于100GPa。

[0039] 有利地，热塑性材料的碳纤维是连续纤维。这提供了这样的优点：相对于卡钳的几何形状，对其进行适当地拉伸并定向，以具有所需的机械强度。

[0040] 优选地，增强的热塑性材料的碳纤维是定向纤维。这在所需的方向上(典型地，在材料被最大加压的方向上)提供改进的机械特性。

[0041] 根据优选实施方式，热塑性材料包括选自以下的一种或多种材料：PEEK(聚醚醚酮)、PEI(聚醚酰亚胺)、PES(聚醚砜)、PPS(聚对苯硫醚)、PA46(聚酰胺46)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)。

[0042] 优选地，增强的热塑性材料的碳纤维包括选自以下的一种或多种材料：HT纤维(高强度(high tenacity，高韧性)纤维)、IM纤维(中模量纤维)和HM纤维(高模量纤维)。

[0043] 根据一个实施方式，卡钳体由铝或其合金制成，或者，由镁或其合金制成，在其非聚合部分中，应是这样的。

[0044] 本发明还涉及一种包括这种卡钳体的盘式制动器。

附图说明

[0045] 为了更好地理解本发明和理解其优点，下面将参考附图，描述本发明的卡钳体的一些非限制性实例实施方式，其中：

[0046] 图1是根据本发明的第一实施方式的卡钳体的立体图；

[0047] 图2是根据本发明的第二实施方式的卡钳体的立体图；

[0048] 图3是根据本发明的第三实施方式的卡钳体的立体图；

[0049] 图4是根据本发明的第四实施方式的卡钳体的立体图。

具体实施方式

[0050] 参考这些附图，适合于被布置为横跨盘式制动器的制动盘的用于盘式制动器的卡钳体总体用1表示。

[0051] 制动盘限定第一制动面和第二制动面，第二制动面与第一制动面相对。

[0052] 卡钳体1包括连接侧部2，其适合于以其一个轴向内表面面向第一制动面。其还适合于与卡钳的支承结构，例如，限定适合于容纳将卡钳体1连接到卡钳体1的支承结构本身的连接装置(例如，车辆悬架的轴颈)的通孔的部分，连接。

[0053] 卡钳体1还包括非连接侧部3，其适合于以其一个轴向内表面面向第二制动面。

[0054] 换句话说，将这些侧部布置在制动盘的相对表面处。

[0055] 通过至少一个桥接件4，将连接侧部2和非连接侧部3连接在一起，桥接件4适合于连接这种侧部，并且，一旦已经装配盘式制动器，便被布置为横跨制动盘。

[0056] 优选地，连接侧部2和非连接侧部3设置有至少一个腔体5，腔体容纳或形成至少一个汽缸。每个汽缸适合于容纳活塞，以在至少一个衬垫上施加压力，将该衬垫布置或容纳在侧部和制动盘的相应制动面之间。

[0057] 这种汽缸可以是液压驱动的、电驱动的或以任何其他已知的方式驱动的。

[0058] 有利地，衬垫包括用于摩擦衬片的支撑板。

[0059] 根据本发明，卡钳体1包括至少一个由用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分，该碳纤维具有高耐热性，即，可耐受等于至少200℃的温度。

[0060] 优选地，这种材料可耐受等于至少230℃的温度。

[0061] 更优选地，这种材料承受至少250℃。

[0062] 如上所述，材料对一定温度的耐受力表明，该材料能够在这种温度下保持适当的机械特征。

[0063] 换句话说，当温度增加直到达到这种一定温度时，材料的机械特征相对于材料在室温下的特征保持基本上不变，否则，其会变化，然而不超过适用范围。

[0064] 换句话说，变化是这样的，使得，机械特征仍是适当的。

[0065] 这种变化也是可逆的，即，通过将材料冷却至室温，机械特性回到加热之前的值。

[0066] 此外，变化是这样的，使得，用这种材料制造的部分不会经历任何塑性变形，直到达到这种一定温度。

[0067] 将用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分布置在至少一个桥接件4处。

[0068] 替代地或另外地，可以将这种用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分布置在连接侧部2和非连接侧部3中的至少一个上。

[0069] 根据图1至图3所示的实施方式，卡钳体1包括两个桥接件4，将每个桥接件4布置在卡钳体1的一个纵向端，并且，将用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分布置在这两个桥接件4处。

[0070] 特别地，在图1所示的第一实施方式中，将热塑性材料布置在两个桥接件4处和非连接侧部3处。

[0071] 另一方面，在图2所示的第二实施方式中，将这种热塑性材料仅布置在两个桥接件4处。

[0072] 在图3所示的第三实施方式中，整个卡钳体1是由用碳纤维增强的热塑性材料制成。

[0073] 在图4所示的第四实施方式中，卡钳体1包括三个桥接件4，将其中两个布置在卡钳体1的每个纵向端，并将第三个桥接件布置在前两个桥接件之间的中间位置。

[0074] 如在图4中看到的，在这种实施方式中，将用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分布置在三个桥接件4中的每个桥接件上和两个侧部上(即，连接侧部2和非连接侧部3)。

[0075] 图中未示出的另一实施方式提供了由热塑性材料制成的部分组成卡钳体1的外部。换句话说，卡钳体1的基础结构由任何已知的材料制成，并将热塑性材料布置在其外表面，在外部涂覆基础结构。

[0076] 在仅有卡钳体1的一部分是由用纤维增强的热塑性材料制成的情况中，优选地，卡钳体1的剩余部分由铝或镁制成。

[0077] 此外，优选地，将由用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分与卡钳制成一体。

[0078] 可以用由金属制成的部分作为挤压用纤维增强的热塑性材料的模具而直接在由金属制成的部分上实现由热塑性材料制成的部分，来获得此实施方式。

[0079] 可替换地，在用碳纤维增强的热塑性材料制成的部分没有与卡钳制成一体的情况中，该部分通过螺钉固定至卡钳体1的剩余部分，其中，螺钉保持侧连接和非连接面连接，横跨制动盘将桥接件插入侧连接和非连接面之间。

[0080] 在此情况中，可以增加接触面的粗糙度，从而，由热塑性材料制成的部分与卡钳的剩余部分一直保持接触，避免接触面的相互滑动。

[0081] 总而言之，可以分别制造、装配由增强的热塑性材料制成的部分，并将其机械地限制于由铝制成的部分，另外，直接在由铝制成的部件上形成由增强的热塑性材料制成的部分，以促进表面之间的粘结。

[0082] 优选地，预加张力于用纤维增强的热塑性材料，以在卡钳的结构上施加力。

[0083] 这种用碳纤维增强的热塑性材料具有不低于70GPa的弹性模量，优选地，不低于100GPa。优选地，用根据标准ASTM D790和ASTM F606的弯曲和牵引测试，来测量这个值。

[0084] 根据优选实施方式，热塑性材料包括选自以下的一种或多种材料：PEEK(聚醚醚酮)、PEI(聚醚酰亚胺)、PES(聚醚砜)、PPS(聚对苯硫醚)、PA46(聚酰胺46)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)。

[0085] 优选地，热塑性材料的碳纤维是连续和/或定向纤维。

[0086] 在定向纤维的情况中，聚合材料具有各向异性特性。

[0087] 特别地，纤维定向成使卡钳体在垂直于制动盘的外表面的方向上具有高机械强度的特性。位于这种表面的卡钳的区域在制动过程中是受到加压的最多区域，并且，在垂直于制动盘的外表面的方向上受到应力。

[0088] 此外，纤维定向成使得对制动过程中作用于制动卡钳上的扭力具有很高的阻力。

[0089] 增强的热塑性材料的所述碳纤维包括选自以下的一种或多种材料：HT纤维(高强度纤维)、IM纤维(中模量纤维)和HM纤维(高模量纤维)。

[0090] 为了说明性和非限制性的目的，我们现在将描述根据本发明的卡钳体1的一些实例。

[0091] 实例1

[0092] 卡钳体1由铝制成，其包括在两个桥接件4和非连接侧部3处用IM 7纤维(55％体积)增强的PEI(聚醚酰亚胺)制成的部分。

[0093] 根据已知的用于在由铝制成的部分中制造金属材料的已知方法，以及根据用于在用纤维增强的热塑性材料制成的部分中(即，在由用IM7纤维增强的PEI制成的部分中)，制造用连续纤维和/或定向纤维增强的热塑性材料的已知方法，来制造这种卡钳体1。

[0094] 特别地，对热塑性部分选择接合处，其具有在卡钳的闭合方向上定向80％的纤维，以在操作方向上具有最大的变硬作用。在此情况中，沿着这种闭合方向，一直到200℃的温度，材料具有大约120GPa的弹性模量。

[0095] 下面示出了一张图表，其示出了热塑性材料的特性随着温度的趋势。特别地，其示出了弹性模量随着温度的进展。

[0096]

[0097] 可从图中看到的，一直到大约200℃，所使用的材料的弹性模量基本上是恒定的。

[0098] 在大约215℃下，弹性模量是大约70GPa，即，对于本申请，机械强度的特性仍在可接受的范围内。

[0099] 在本实例中使用的用纤维增强的聚合材料具有大约1.55g/cm3的密度，而铝的密度是大约2.7g/cm3。因此，对于相等的体积，由聚合材料制造的部分的范围增加得越大，卡钳体越轻。

[0100] 实例2

[0101] 卡钳体1由铝制成，包括仅在两个桥接件4处由用IM7纤维(55％体积)增强的PEI制成的部分。

[0102] 根据和实例1相同的方法，来制造卡钳体。

[0103] 实例3

[0104] 卡钳体1由铝制成，包括由用IM7纤维(55％体积)增强的PEI制成的外壳体。

[0105] 用由铝制成的本体作为底部，用于模制由用纤维增强的热塑性材料制成的部分，或用作挤压热塑性材料的模具。

[0106] 将铝和热塑性材料之间的接触面制造为，确保不存在相互滑动。

[0107] 实例4

[0108] 卡钳体1完全由用IM7纤维(55％体积)增强的PEI制成。

[0109] 关于聚合部分，完全根据在实例1中使用的方法，来制造卡钳体。

[0110] 实例5(比较例)

[0111] 根据本领域中已知的方法，卡钳体1完全由铝制成。

[0112] 对在前五个实例中描述的每个卡钳体1进行测功计试验(dyno test)，以检查其性能。在具有钢制盘的应用场合中和具有由碳材料(CCM)制成的盘的应用场合中，进行这种试验。

[0113] 特别地，在以下两种条件中进行试验：

[0114] 1.钢制盘

[0115] 盘尺寸＝328×32mm；

[0116] P4 38/42类型的卡钳；

[0117] 车辆惯性＝31kg m2。

[0118] 2.由CCM(用纤维增强的碳-陶瓷材料)制成的盘

[0119] 盘尺寸＝380×34mm；

[0120] M6-30/34/38类型的卡钳

[0121] 车辆惯性＝60kg m2。

[0122] 结果

[0123] 在两种应用场合中，实例1，2，3和4的卡钳体1表现出比实例5的卡钳体1大至少20％的硬度。

[0124] 实例3的卡钳，即，整个壳体由用纤维增强的热塑性材料制成的卡钳，在处理温度的降低(由朝着油压系统的很低的流动性产生)方面，也表现出很大的改进。

[0125] 用实例4的卡钳体1获得更好的结果，相对于实例5的卡钳体1，其表现出40％的硬度增加以及40-50％等级的重量减小。

[0126] 本发明还涉及一种包括如上所述的卡钳体1的盘式制动器。

[0127] 除非另外说明，在前面的说明书和以下权利要求书中，在所有情况中，应将所有表示数量、参数、百分比等的数值认为是，高于术语“大约”。此外，数值的所有范围包括最大和最小数值的所有可能的组合以及那些文中特别指出的。

[0128] 当然，为了满足可能的和特定的需求，本领域中的技术人员可能对根据本发明的卡钳体进行进一步改进和变化，所有这些改进和变化总是在本发明的范围内。