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BREMSBACKE FÜR TROMMELBREMSEH Gegenstand der Erfindung ist eine Bremsbacke
für Trommelbremsen, bei der als Ziel der Konstruktionsausführung eine Beseitigung
des Quietschens der Bremsen bzw. die Äfer inderung der Neigung zum Quiteschen gesetzt
wurde.
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Bei der Verwirklichung der Erfindung wird das gestellte Ziel durch
die Ausbildung eines auf der Bremsbacke angeordneten Bremsreibbelages erreicht.
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zinke riiit stets grösser werdenden Gewicht in die aage fallende
Anforderung der Befriedigung der Umweltschutzgesichtspunkte machte - insbesondere
bei Strassenfahrzeugen -die Beseitigung des Quietschens der Bremsen zu einer zeitgemässen
Entwicklungsaufgabe. Die bisher erarbeiteten Lösungen erreichen entweder keine ausreichende
Verminderung des Quietschens oder sind auf Konstruktionsausführungen gerichtet,
die eine Anwendung an den bereits vorhandenen Konstruktionen a
schliessen
und nur als neue Konstruktionsrichtungen bewertet werden können.
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Die bekannten Ausführungen versuchen die Minderung des Quietschens
der Bremsen in mehreren Richtungen.
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Bei der einen bekannten Ausführung werden elastische dadurch eine
gute Anpassung an die Bremstrommel und so eine räumlich und zeitlich gleichmässige
Oberflächenpressung zwischen den Reibflächen gewährleistende Bremsbacken verwendet.
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Die C-leichmässigkeit des Anpressdruckes vermindert - neben sonstigen
Vorteilen » auch das quetschen der Bremsen da die Reibungsgeräusche mit dem Anstieg
des Oberflächendruckes /insbesondere der an den wanten der Belagsenden auftretenden
örtlichen Drücker im allgemeinen zunehmen, Bekannt ist auch die Anfertigung der
Bremstrommel aus Werklstoffen mit hoher innerer Dämpfung. Diese Lösung ist jedoch
nur mässig wirksam, die zu einer stärkeren Reduzierung der Reibungsgeräusche eine
praktisch bis jetzt nicht verwirklichte Erhöhung der inneren Dämpfung des wrerkstoffes
erforderlich wäre Eine früher zur Anwendung gelangende Methode war das Auflegen
eines Materials mit hoher innerer Dämpfung /z. Bo eines Asbestgeflechts oder Gewebes/
auf die Bremstrommel und dessen Anressens mittels eines umlauf enden Stahlbandes.
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Diese Lösung reduziert jedoch nur die selten vorkommenden Biegeschwingungen
der Bremstrommel und die daraus resultierenden Geräusche. Eine in der Praxis erprobt
Lösung war die Verwendung von zwei voneinander unterschiedliche Härten
aufweisenden
/nach dem Zentralwinkel verstandenen/ Bremabelagssegmenten an je einer Bremsbacke
ein und derselben Bremsvorrichtung. Diese Lösung erwies sich jedoch auch nicht als
ausreichend wirksam.
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Zum Ziele der Erfindung wurde die Entwicklung einer in ihrer Wirksamkeit
die bisher bekannten Lösungen übertreffenden Konstruktion gesetzt, um das Quietschen
der Bremsen der insbesondere bei Strassenfahrzeugen sehr verbreiteten Trommelbremsen
durch eine Konstruktionsausführung zu beseitigen, die bei den vorhandenen Bremsvorrichtungen
ohne Schwierigkeiten verwendet werden kann.
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Das Quietschen der Bremsen tritt als physikalische Erscheinung bei
den zur Zeit üblichen Innenbackentrommelbremsen in folgender Weise auf.
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Die Reibbeläge der Bremsbacken vollführen sozusagen "radierenden"
Charakter aufweisenden zur Oberf'ache der Bremstroiumel parallele S cher ungs schwingungen,
da der Reibungskoeffizient zwischen den Belägen und der Bremstrommel von der Gleitgeschwindigkeit
abhängt. Es gibt Betriebs zustände, wo deren Frequenzen /fsHz/ der Formel
entsprechen, wenn man bei dem Reibbelag mit s /cm/ die Starke, mit G /N cm-2/ den
Schubelastizitätsmodul und mit /Kg ca 3/ die spezifische Dichte /Massendichte/ bezeichnen.
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Die Schexungseigenschwingungen des Reibbelages sind demgemäss die
ganzen Vielfachen der zum Wert K = 1 zugehörigen Grundfrequenz.
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Die Scherungsschwingungen des Reibbelages erreger im Reibring der
BzemstzDmmel umlaufende longitudinale Schwingungen, deren in Hertz /Hz/ ausgedrückte
Frequenzen /fds Hz/ mit guter Näherung durch die Bormal
bestimmtewerden.
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Hierbei bezeichnet r /cm/ den Krümmungsradius der Reiboberfläche
der Bremstrommel, Ed iN cm 2/ und # d /kg cm-3/ den Elastizitätsmodul und die Massendichte
des Bremstrommelwerkstoffes.
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Dies wird durch die Fig. 11 veranschaulicht, die die Eigenfrequenzen
des Raibbelages und der Bremstrommel in Abahängigkeit von der Temperatur /T, °K/
darstellte Ein Quietschen der Bremsen tritt im Falle der Resonanz auf, d0h wenn
fs = fd ist, in dem Falle, wenn die Eigenfrequenzen sowohl des Reibbelages als auch
der Trommel die ganzen Vielfachen je einer /K - 1 und j = 1 gehörenden/ Grundfrequenz
sind, bei Resonanz liegt gleichzeitig auf allen Eigenfrequenzen der Bremstrommel
Resonanz vor, wie dies durch das in eine Senkrechte fallen der Schnittpunkte der
mit ununterbrochener Linie ausgezogenen Frequenzen bei den Temperaturen T1, T2 und
23 veranschaulicht. In diesem Falle ist das Quietschen der Bremsen besonders starke
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das Ausmass des Quietschens der Bremsen
durch eine derartige beometrische Ausgestaltung der Bremsbelage oder durch eine
derart
tige in Abhangigkeit von der Stelle erfolgende kontnuierlichc
oder sprungartige /zonenweise/ Aenderung des Gleitelastizitatsmoduls ihres Werkstoffes
bedeutend vermindert werden kann, dass die Gesamtheit /Gesamtsahl/ der Eigenfrequenzen
das Reibbelages nicht mehr restlos zu eigener ganzen Vielfachen einer Grundfrequenz
wird, da in diesem Falle in einem mit beliebiger Temperatur charakterisierten Betriebs
zustand nur bei je einer Frequenz zumindest jedoch nicht bei Frequenzen unendlicher
Zahl eine Resonanz möglich ist.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Bremsbacke für Trommelbremsen,
die einen mit einer sich an die Rotationsfläche anpassenden Reiboberfläche ausgebildeten
Bremsbelag, ein diesen tragendes, einen mehrfach grösseren Elastizitätsmodul als
der vorgenannte aufweisendes Bremsbelagträgerelement besitzt, an dem Stütz- und
Eraftangriffsflächen ausgebildet sind, wobei die Federkonstante des Reibungsbremsbelagwerkstoffes
in dem mit der durch die Achslinie der eibungsflache der Bremsbacke laufenden Ebene
bestimmten Schnitt veränderlich ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in dem
mit der durch die Aohslinie der Reibfläche der sich an die Reibfläche der Bremstrommel
anpassenden Bremsbacke durchlaufenden Ebene bestimmten Schnitt die Stärke /s/ des
Reibung5bremsbelag-Werkstoffes kontinuierlich, gleichmassig oder abschnittsweise
kontinuierlich gleichmässig veränderlich, wobei smin/smax # 0,95 ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Reibungsbremsbelag-Werkstoff
eine abgestuft veränderliche Stärke und/oder veränderlichen Elastizitätsmodul auf
- wobei smin/smax # 0,95 und/oder Gmin/Gmax # 0,95 ist und die verschiedene Stärken
und/odex Arten aufweisenden Teile streifenweise ausgebildet sind.
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Bei einer vorteilhaften Kontruktionsausführung der erfindungsgemässen
Bremsbacke sind zwischen dem Reibungsbremsbelag-Werkstoff Einsatzplatten angeordnet
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren 1-11
beschrieben, wobei Fig. 1 die erfindungsgemässe Bremsbacke in Seitenansciht, Fig.
2 in einer um 900 verdrehten Ansicht darstellt, die Figuren 3-9 die Querschnitte
der verschiedenen Ausführungsvarianten darstellen, nach Fig. 3 der Meridianschnitt
der sich an die Bremsbelag-Tragerflache anpassenden Oberflache des Bremsbackenreibbelag-Werkatoffes
sägezahnförmig ist, nach Fig. 4 die Stärke des Bremsbackenreibbelag-Werkstoffes
gleich mässig veränderlich ist, nach Fig. 5 die Stärke des Bremsbackenreibbelag-Werkstoffes
sich abgestuft verändert, nach Fig.6 der Reibbelagwerkstoff der Bremsbacke aus Streifen
verschiedener Härte aufgebaut ist, nach Fig. 7 der Bremsbackenreibbelag-Werkstoff
entlang der Reibungs fläche eine gleichmässig veränderliche Härte aufweist, nach
Fig. 8 der Bremsbackereibbelag-Werkstoff aus zwei Schichten unterschiedlicher Härte
aufgebaut ist, wobei sich die
Schichtstärke gleichmässig verändert,
nach Fig. 9 der Bremsbackenreibbelag-verkstoff aus zwei verschiedene Härten aufweisenden
Schichten aufgebaut ist, wobei sich die Stärke der Schichten abschnittsweise verändert,
nach Fig. lo im Bremsbackenreibbelag-Werkstoff Einsatzkörper eingebettet sind.
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Fig. 11 zeigt für die bekannten Ausführungen bei gleichbleibender
Bremsbelagsstärke bzw. gleichbleibendem Gleitelastizitätsmodul die Eigenfrequenz
des Reibbelages und der Bremstrommel in Abhängigkeit von der Temperatur.
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Die erfindungsgemässe Bremsbacke 1 ist in der Fig. 1 in der Seitenansicht,
in der Fig. 2 in der um 90° verdrehten Stellung dargestellt. Die den Reibungsbremsbelag
4 tragenden Bremsbelag-Trägerelemente der für Innenbacken-l'romselbremsen mit zalindrischer
ReibungsSläche geeignexen Bremsbacke 1 besitzen die Gurtplatte 2 und die Verstarkungsstegplatte
6. An den Enden der Verstärkungsstegplatte 6 und der Gurtplatte 2 sind die Kraftangriffs-Stützflächen
3 und 5 und zwar die Fläche 3 als ebene Platte und die mit der Bezeichnung 5 als
zylindrische Bohrung ausgebildet.
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An die Trägerfläche 8 der Gurtplatte 2 ist die Innenflache 9 des
Reibungsbremsbelages 4 angepasst. Der Reibungsbremsbelag 4 ist auf der Trägerfläche
8 der Gurtplatte 2 durch eine Verklebung oder eine Vernietung befestigt.
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Die Reibfläche 7 des Reibungsbremsbelags 4 ist eine sich an die nicht
dargestellt zylindrische Bremstrom.mel anpassende
zylindrische
Fläche.
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Gemäss der Erfindung ist in dem mit der durch die Achslinie der Reibungafläche
7 durchgehenden Ebene bestimmten Schnitt die Starke "s" des Reibbelags 4 entlang
der Achse veränderlich.
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Bei der Ausführung gemäss Fig. 3 besteht die Trägerfläche 8a der
Gurtplatte 2a aus im Schnitt sägeförmigen, d.h.
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sich aneinander anschliessenden Kegelflächen. Dementsprechend verändert
sich die Stärke s des sich an die Trägerfläche 8a mit ihrer Auflageflache 9a anpassenden
Reibungsbremsbelages 4a zwischen den Werten smin und smax. Die veränderliche Starke
hat zur Folge dass die Geltung der Formel /1/ erlischt und die Eigenfrequenz der
Scherungsschwingungen des Reibbelages, die gemäss der Formal /1/ den Werten k =
1 , 2, 2, 3 usw. entsprechen, nicht mehr ganze Vielfache einer Grundfrequenz sind,
Aus der geometrischen Ausgestaltung ergibt sich, dass bei einer Belastung der Reibfläche
7 des Reibungsbremsbelages 4a mit einer Scherspannung gegebener Grösse die zur Schnittebene
senkrechte Bewegung der einzelnen Punkte der Oberflache nicht mehr die gleiche Grösse
aufweisen, sodass in dieser Sinne die Feder konstante des Reibungsbzemsbelages 4a
in Richtung der Achslinie der Reibungsoberfläche'7 veränderlich ist. Damit die Eigenfrequenzen
des Reibungsbremsbelages 4a mit Sicherheit restlos zu keiner ganzen Vielfachen einer
Grundfrequenz v;erden. ist die Stärkenänderung zweckmässigezweise unter den Grenzwert
smin/smax # 0,95 auszuwählen.
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Bei der Ausführung nach Fig. 4 beträgt die Starke am einen Rand des
Reibbelages 4b den Wert smax, am anderen Rand smin, zwischen den beiden verläuft
eine monotone Aenderung entsprechend
der Meridiankurve der Trägerflache
8b bzw. der mit dieser gleichen Auf lagefläche 9b. Die Gurtplatte 2b ist mit gleichbleibender
Stärke ausgeführt, die Tragfläche 8b und die Rückseite lo und 11 sind parallele
Flächen, der Radius der Tragfläche 8b weist entlang der Achslinie ebenfalls eine
veranderliche Grösse auf.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführung ist die Gurtplatte 2c
abgestuft ausgebildet, die Flächen 13a, 13b, 13c sind zylindrische Trägerflachen,
an die sich die einzelnen Reibbelagstreifen 14a, 14b, 14c mit ihren Auflageflachen
12a, 12b, 12c anpassen. Die Reibbelagatreifen 14a, 14b, 14c sind von verschiedener
Stärke, da jedoch die Stärke der ein zelnen Streifen konstant ist, gilt für je einen
Streifen aie Formel /1/.
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Aus der Formel /1/ geht offensichtlich hervor, dass die Eigenfrequenz
der Reibbelagatreifen 14a, 14b, 14c einander nie gleich sind, d.h. dass gleichzeitig
nur die Schwingungen eines einzigen Streifens in Resonanz mit der Bremstrommel sein
können und so nur ein Streifen ein Quietschgeräusch verursachen kann.
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Die auf der Reibfläche der einzelnen Reibbelagsstreifen 14a, 14b,
14c auftretende Scherspannung verursacht je Streifen abweichende Oberflächenbewegungen
und in diesem Sinne sind demgemäss die Federkonstanten der einzelnen Streifen 14a,
14b, 14c unterschiedlich.
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Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausfahrung ist die Bremsbelagträgerfläche
8 der Gürtelplatte 2 eine latte Zylinderfläche, an der drei verschieene Gleitelastizitätsmodule
jedoch die gleiche Stärke aufweisende Bremsbelagstreifen 15a,
15b,
15c der Reihe nach mit ihren Auflageflachen 16a, 16b, 16c befestigt sind. Die Aenderung
des Gleitelastizitätsmodule G in Richtung der Erzeugenden der zylindrischen Reibungsfläche
ist in der Fig. 6 dargestellt. Die das Quietschen der Bremsen vermindernde Wirkung
dieser Ausführung erscheint ähnlich der Ausführung gemäss Fig. 5.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung ist die Reibbelagträgerfläche
8 der Gurtplatte 2 zylindrisch ausgeführt, der mit seiner Auflagefläche 9c sich
darauf abstützende Relbungsbremsbelag 4c von konstanter Stärke jedoch inhomogenen
inneren Aufbaues, sein Gleitelastizitätsmodul sowohl entlang der Erzeugenden der
gebogenen Länge der zylindrischen Reibungsfläche 7 als auch entlang der Stärke veränderlich,
wie das der Reihe nach durch die Figuren 7a und 7b und 7c dargestellt wird.
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Die in Abhängigkeit von der Stärke eintretende Wende rung des Gleitelastizitätsmoduls
kann zum Beispiel durch Aenderung der gegenseitigen Anteile /Verhältnisse/ der den
Bremsbelag bildenden Werkstoffe im Verlaufe der Fertigung, d.h. durch die Inhomogenität
der Zusammensetzung erreicht werden.
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Die Formel /1/ gilt für diese Ausführung nicht, da der Gleitelastizitätsmodul
veränderlich ist und die Eigenfrequenzen der Scherungsschwingungen nicht die ganzen
Vielfachen einer Grundfrequenz sind. Da der Gleitelastizitäsmodul veränderlich ist,
wird bei Einwirkung einer Scherspannung gegebener Grösse auf die Reiboberfläche
7 des Bremsbelags 4c die zur Schnittebene senkrechte Bewegung der einzelnen Punkte
der Oberfläche nicht gleich und in diese; Sinne
deagemass die Federkonstante
des Bremsbelages 4c in Richtung der Erzeugenden der Reibungsoberfläche veränderlich
sein.
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Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführung ist der Reibungsbremsbelag
4d aus zwei Schichten, der oberen Schicht 17 und der unteren Sohicht 18 aufgebaut.
Der Gleitelastizitaxsmodul der Bremsbelagsschicht 17 und der der Bremsbelagschicht
18 ist unterschiedlich, ihre gemeinsame Stärke konstant, innerhalb derselben jedoch
die Stärke der Schichten ist bzw. sb veränderlich, im vorliegenden Beispiel gleichmassig
veränderlich. Die Auflagefläche 19 der Oberschicht 17 und die obere Auflagefläche
der Unterschicht 20 sind aneinander, die untere Auflagefläche 9d hingegen ist an
die Tragerflache 8 befestigt.
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Bei Anwendung einer Scherspannung gegebener Größe an verschiedenen
Punkten entlang der Erzeugenden der Reibungsfläche 7 des aus den Schichten 17 und
18 aufgebauten Bremsbelages 4d wird die zur Schnittebene senkrechte Bewegung der
einzelnen Punkte der Reibfläche 7 nicht gleich und in diesem Sinne die Feder konstante
des Bremsbelages 4d in Richtung der Erzeugenden veränderlich sein.
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Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführung ist zwischen der Tragfläche
8 der Gurtplatte 2 und dem Reibungsbrnsbelag 4a die Einlageplatte 21 angeordnet.
Die Tragfläche 8 ist als eine Zylinderfläche ausgebildet, an die sich die untere
zylindrisçhe Auflagefläche 22 der Einlageplatte 21 anpasst, wogegen die Meridiankurve
ihrer anderen ober-en Auflagefläche
8a nicht parallel zur Erzeugenden
der zylindrischen Auflagefläche 22 verläuft, sodass die Stärke der Einlageplatte
21 veränderlich ist.
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In vorliegendem Beispiel verläuft die Meridiankurve der oberen Auflagefläche
22 sagezahnförmig und an diese ist die Auflagefläche 23 des Reibungsbremsbelags
4a angepasst. Aus diesem Grunde ist die Stärke des Reibunsbremsbelags 4a veränderlichO
Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass die Gurtplatte 2 eine zylindrische
Trägerfläche 8 bekannter Ausführung aufweist und gleichzeitig der Reibungsbremsbelag
4a von veränderlicher Stärke eine das Quietschen der Bremsen vermindernde Eigenschaft
besitzt.
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Bei der in Fig. lo dargestellten Ausführung sind im Werkstoff des
Reibungsbremsblelags 4e Einsatzkörper 24 und 25 angeordnet, deren Breite in dem
mit der durch die Achslinie der Reibungsfläche 7 durchlaufenden Ebene bestinaten
Schnitt kleiner als die Breite des Bremsbelags 4e ist. Der in dem Werkstoff des
Reibungsbremsbelags 4e eingebettete Einsatzkörper 24 hat eine Stärke von v1, der
Einsatzkörper 25 eine Stärke von v2 und beide sind von der unteren Auflagefläche
9e in einem Abstand von sc angeordnet. Die Aussenflächen 26 und 27 der Einsatzkörper
24 und 25 werden durch den Werkstoff des Reibungsbremsbelages 4e vollständig umgeben.
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Die Stärke v1 bzw. v2 der Einsatzkörper 24 bzw 25 ist unterschiedlich,
ihre Elastizitätsmodule sind von abweichender Grösse, zweckdienlicherweise grösser
als die des Bremsbelagwerkstoffes,
sodass sich der Elastizitätsmodul
in Richtung der Achslinie der zylindrischen Auflagefläche des Reibungsbremsbelags
4e abschnittsweise verändert.
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Fig. 11 veranschaulicht, dass sich die Eingenfrequenzen der Scherungsschwingungen
des Reibungsbremsbelages degressiv, die Frequenzen der im Reibring der Bremstrommel
umlaulenden Oberswchwingungen hingegen progressiv entwickeln. Von, den degressiv
verlaufenden Bremsbelag-Eigenfrequenzkurven schreiden die mit ununterbrochener Linie
ausgezogenen, die far die Mehrzahl der in der Praxis vorkommenden Kombinationen
des Xeibungsfaktors und der Bremsbelag-Gleitelastizitätsmodule G /Ncm-2/ gelten,
bei der gleichen Temperatur sämtliche Bremstrommel-Eigenfrequenzkurven, d.h. dass
gleichzeitig unendlich viele Resonanzen vorliegen. Ein starkes Qutitschen der Bremsen
tritt in diesem Fall auf. Die in Fig. 11 mit unterbrochener Linie ausgezogenen Reibungsbremsbelag-Eigenfrequenzen
sind für die von uns vorgeschlagenen Aendanungen der Geometrie und des Gleitelastizitätsmoduls
G /Ncm-2/ idealisiert gültig. Es sind zu ersehen, dass für diese bei der gleichen
Temperatur nur ein einziger Resonanz punkt auftritt, d.h.
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nur ein schwaches Quietschen der Bremsen vorkommt.
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L e e r s e i t e