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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bremsbelag einer Scheibenbremse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Derartige Bremsbeläge kommen bei Scheibenbremsen für Personenkraftwagen, insbesondere aber bei Scheibenbremsen für Nutzfahrzeuge zum Einsatz. Die Bremsbeläge bestehen dabei im Wesentlichen aus einer Belagträgerplatte sowie einem darauf befestigten Reibbelag, der bei einem Bremsvorgang gegen eine rotierende Bremsscheibe der Scheibenbremse gepresst wird.
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Insbesondere bei druckluftbetätigen Scheibenbremse für schwere Nutzfahrzeuge kann unter bestimmen Einsetzbedingungen der Verschleiß des betätigungsseitigen Bremsbelags sich stark von dem Verschleiß des reaktionsseitigen bzw. felgenseitigen Bremsbelags unterscheiden, so dass auf Grund der geringen Standzeit des stärker verschlissenen Bremsbelags sich die Wartungskosten und ebenso die Nutzungsausfallzeiten des Nutzfahrzeugs erhöhen.
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Des Weiteren besteht das Risiko, dass ein starker Ungleichverschleiß der beidseitig der Bremsscheibe angeordneten Bremsbeläge nicht rechtzeitig erkannt wird und so ein vollständig abgenutzter Bremsbelag, bei dem der Reibbelag völlig von der Belagträgerplatte abgerieben ist, zum Blockieren eines Rades führt.
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Zur Vermeidung einer solchen Radblockierung ist es bekannt, die Scheibenbremse mit einer Verschleißerkennungseinrichtung auszurüsten. Diese vermag jedoch nicht, die durch den Ungleichverschleiß bedingten verringerten Belagstandzeiten und die damit einhergehenden erhöhten Wartungs- und Nutzungsausfallkosten zu vermeiden.
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Ein stark erhöhter Verschleiß eines Bremsbelags kann beispielsweise auch auf Grund schlechter Kühlverhältnisse, insbesondere am felgenseitigen Belag entstehen oder auch auf Grund von starken Verschmutzungen, insbesondere am betätigungsseitigen Bremsbelag.
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Zur Vermeidung dieses Ungleichverschleißes sind bereits Maßnahmen in Betracht gezogen worden, die darauf ausgerichtet sind, ab einem bestimmten Bremsverschleißmaß den stärker abgenutzten Bremsbelag bei einem Bremsvorgang zurückzuhalten, um auf diese Weise einen gleichmäßigeren Endverschleißzustand beider Bremsbeläge zu erreichen. Dazu sind jedoch aufwändige Maßnahmen an der Scheibenbremse und den Bremsbelägen erforderlich, die wiederrum mit erhöhten Kosten einhergehen.
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Aus der
EP 1 878 934 A1 ist ein mehrschichtiger Bremsbelag bekannt, dessen Reibbelag aus zwei übereinander angeordneten Reibbelagschichten besteht, von denen die dem Belagträger nähere Reibbelagschicht eine größere Verschleißfestigkeit als die zweite Reibbelagschicht. Die Reibbelagschichten sind dabei im Neuzustand keilförmig, wobei die erste Reibbelagschicht in Umfangsrichtung betrachtet an einem Ende eine größere Reibbelagdicke aufweist als auf der gegenüberliegenden Seite.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Bremsbelag, sowie eine Scheibenbremse bereitzustellen, mit der sich ein starker Ungleichverschleiß der Bremsbeläge vermeiden lässt und die keine baulichen Veränderungen der Bremse und der Bremsbeläge erfordert und demzufolge kostengünstig einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Bremsbelag mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Bei den mit einem Belagträger und einem mehrschichtigen Reibbelag ausgebildeten Bremsbelag weist der mehrschichtige Reibbelag zumindest eine an den Belagträgern angrenzende erste Reibbelagschicht und eine von dem Belagträger ferne zweite Reibbelagschicht auf, wobei die erste Reibbelagschicht eine größere Verschleißfestigkeit als die zweite Reibbelagschicht aufweist.
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Die erste Reibbelagsschicht in einem als Einlaufseite des Bremsbelags vorbestimmten Bereich weist eine größerer Reibbelagdicke auf, als in einem als Auslaufseite vorbestimmten Bereich des Bremsbelages.
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Der Anteil an Trockenschmierstoffen der ersten Reibbelagschicht ist größer als der Anteil der Trockenschmierstoffe der zweiten Reibbelagschicht.
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Der erfindungsgemäße Bremsbelag weist damit in seinem Endverschleißbereich ein Reibmaterial auf, welches bei gleicher auf den Bremsbelag bei einem Bremsvorgang wirkende Spannkraft einen deutlich geringeren Verschleiß aufweist. Damit ist gewährleistet, dass der schneller verschlissene Bremsbelag nach dem Abrieb der zweiten Reibbelagschicht mit geringerer Verschleißfestigkeit bei folgenden Bremsvorgängen langsamer verschleißt als in den vorrangegangenen Bremsvorgängen und somit das Fortschreiten des Verschleißes dieses Bremsbelags bei nachfolgenden Bremsvorgängen gegenüber einem Bremsbelag, bei dem die zweite Reibbelagschicht noch nicht vollständig abgerieben ist, verzögert ist und somit ein gleichmäßigerer Verschleiß erreichbar ist.
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Unter dem Begriff von Verschleißfestigkeit ist dabei die Widerstandfähigkeit des Reibbelags gegen mechanischen Abrieb des Belagmaterials zu verstehen.
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Die Verteilung des Anteils an Trockenschmierstoffen der Reibbelagschichten dient derr Vermeidung eines ungleichen Verschleißes eines Reibbelags eines einzelnen Bremsbelags, insbesondere eines Schrägverschleißes in tangentialer oder radialer Richtung zur Bremsscheibe, verursacht durch ungleiche Druckverteilung sowie durch die am Bremsbelag wirkenden Abstützkräfte und Momente.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erste Reibbelagschicht weist im unverschliessenen Zustand vorzugsweise eine Belagdicke von 2 bis 8 mm, vorzugsweise von 3 bis 6mm aus.
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Zusätzlich oder alternativ kann auch der Anteil an reibwertsteigenden Zusätzen der ersten Reibbelagschicht kleiner sein als der Anteil an reibwertsteigernden Zusätzen der zweiten Reibbelagschicht. Als Trockenschmierstoffe kommen dabei insbesondere Graphit, Blei, Antimon, Kupfer oder Kupferlegierungen, Molybdän oder Zinn in Frage. Reibversteigernde Zusätze sind insbesondere Aluminium, Magnesium, Barium, Metalloxide und Silikate. Der Reibwert, auch Reibungskoeffizient oder Reibungszahl genannt, beschreibt dabei das Maß für die Reibungskraft im Verhältnis zur Anpresskraft zwischen zwei Körpern.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante weist eine zwischen dem Belagträger und dem Reibbelag vorgesehene teilweise in den Reibbelag eingreifende und die Verschleißfestigkeit erhöhende Anbindungsschicht eine der ersten Reibbelagschicht entsprechende Dicke auf. Dabei kann die erste Reibbelagschicht einer Ausführungsvariante gänzlich durch diese Anbindungsschicht ersetzt sein oder gemäß einer weiteren Ausführungsvariante in diese Anbindungsschicht eingreifen.
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Die Anbindungsschicht ist dabei vorzugsweise als in den Belagträger festgelegte und in den Reibbelag eingreifende Schar von Stiften, insbesondere Messingstiften ausgebildet.
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Alternativ ist die Anbindungsschicht als Sinterrauhgrund zur mechanischen Anwendung des Reibbelages an die Belagträgerplatte ausgebildet. Wie oben bereits erwähnt, kann dabei die als Sinterrauhgrund oder auch als Schar von Stiften ausgebildete Anbindungsschicht insbesondere in die erste Reibbelagschicht gemäß Anspruch 1 eingreifen.
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Insbesondere zur Vermeidung eines tangentialen Ungleichverschleißes des Bremsbelags, der dadurch entsteht, dass in Folge der Belagabstützkräfte ein in Umfangsrichtung auf den Bremsbelag wirkendes Kippmoment hervorgerufen wird, welches auf den der Drehrichtung der Bremsscheibe abgewandten umfangsseitigen Ende des Bremsbelages, Einlaufseite des Bremsbelages genannt, eine erhöhte Anpresskraft und damit einen erhöhten Verschleiß verursacht, weist die erste Reibbelagsschicht in einem als Einlaufseite des Bremsbelags vorbestimmten Bereich eine größerer Reibbelagdicke auf, als in einem als Auslaufseite vorbestimmten Bereich des Bremsbelages.
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Die erfindungsgemäße Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, die einen eine Bremsscheiben übergreifenden Bremssattel, mindestens einen, bevorzugt betätigungsseitig und reaktionsseitig der Bremsscheibe angeordneten, mit einer Belagträgerplatte und einem daran befestigten Reibbelag versehenen Bremsbelag, der in einem Belagsschacht geführt ist, zeichnet sich durch einen oder mehreren der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Bremsbeläge aus.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse;
- 2 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Bremsbelags;
- 3 - 5 unterschiedliche schematische Ansichten des Bremsbelags aus 2 zur Darstellung der Verteilung der Reibbelagsschichten;
- 6 eine schematische Darstellung eines Bremsbelags mit einer Anbindungsschicht und
- 7 ein Diagramm zur Darstellung des Verschleißverhaltens eines erfindungsgemäßen Bremsbelags aufgetragen gegen die Belagdicke des Reibbelags.
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In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position der Scheibenbremse, des Bremsbelags, des Reibbelags und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt, durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
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In der 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Schiebesattelscheibenbremse eines Nutzfahrzeugs bezeichnet. Die Scheibenbremse 1 weist dabei eine (nicht gezeigte) Bremsscheibe auf, die sich zusammen mit dem Rad eines Kraftfahrzeugs eine Drehachse dreht, wenn das Kraftfahrzeug in Bewegung ist. Dabei ist mit HDR die Hauptdrehrichtung der Bremsscheibe bezeichnet, wenn das Kraftfahrzeug sich in Vorwärtsrichtung bewegt. Ein Bremssattel 5 mit einem Belagschacht 10, in dem Bremsbeläge 3, 4 eingesetzt sind, übergreift dabei einen Abschnitt der Bremsscheibe. Die Bremsscheibe liegt dabei in einer Lücke 2 zwischen einem betätigungsseitig angeordneten Bremsbelag 3 und einem reaktionsseitigem Bremsbelag 4, wobei bei Betätigung der Scheibenbremse die Bremsbeläge 3, 4 gegen die Reibfläche der Bremsscheibe gedrückt werden.
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Die Bremsbeläge 3, 4 bestehen dabei im Wesentlichen aus einer Belagträgerplatte 7, 9 und einem Reibbelag 6, 8. Ein solcher Reibbelag ist in unterschiedlichen Ausführungsvarianten beispielhaft in den 2 bis 6 gezeigt, dabei ist die Bezeichnung des Reibbelags mit den Bezugszeichen 3 in den 2 bis 6 nicht so zu verstehen, dass nur der zuspannseitige Reibbelag beschrieben wird, vielmehr werden hier Ausführungsvarianten eines Bremsbelags beschrieben, die bevorzugt auf beiden Seiten der Bremsscheibe oder auch vorzugsweise auf der zuspannseitigen oder der reaktionsseitigen Seite der Bremsscheibe einzusetzen sind.
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Wie in den 2 bis 6 gezeigt ist, weist der mehrschichtige Reibbelag 6 zumindest eine an dem Belagträger 7 angrenzende erste Reibbelagschicht 61 und eine von dem Belagträger 7 entfernte zweite Reibbelagschicht 62 auf. Dabei weist die erste Reibbelagschicht 61 eine größere Verschleißfestigkeit als die zweite Reibbelagschicht 62 auf, um den Verschleiß des Reibbelags 6 nach erfolgtem Abrieb der zweiten Reibbelagschicht 62 zu verzögern.
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Um die verschiedenen Reibbelagschichten 61, 62 mit den entsprechenden Verschleißeigenschaften zu versehen, bestehen die Reibbelagschichten 61, 62 neben Bindemitteln und Füllstoffen wie Kunstharz, Elastomere, Koks usw. sowie Stärkungsfasern wie Stahlwolle oder Aramidfasern aus weiteren die Reibeigenschaften beeinflussenden Zusatzstoffe, wobei als reibwertsteigernde Zusätze bevorzugt Aluminium, Magnesium, Barium, Metalloxide, Silikate eingesetzt werden, durch die der Reibbelag 6 außerdem insbesondere bei hohen Temperaturen stabilisiert wird.
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Als verschleißreduzierende Inhaltsstoffe werden insbesondere Trockenschmierstoffe wie Graphit, Blei, Antimon, Kupfer und Kupferlegierungen oder auch Molybdän oder Zinn eingesetzt. Dementsprechend ist der Anteil an Trockenschmierstoffen der ersten Reibbelagschicht 61 bevorzugt größer als der Anteil an Trockenschmierstoffen der zweiten Reibbelagschicht. Ebenso ist bevorzugt der Anteil an reibwertsteigernden Zusätzen der ersten Reibbelagschicht 61 kleiner als der Anteil an reibwertsteigernden Zusätzen der zweiten Reibbelagschicht 62.
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Um eine hinreichende Verzögerung des Verschleißes des schneller verschlei-ßenden Bremsbelags gegenüber einem auf Grund der Umgebungsbedingungen langsamer veschleißenden Bremsbelag zu gewährleisten, hat sich herausgestellt, dass die Belagdicke der ersten Reibbelagschicht 61 im unverschlissenen Zustand vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2mm und 8mm liegen, besonders bevorzugt in einem Bereich von 3mm bis 6mm.
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Als Alternative oder zusätzlich zur Ausstattung des Reibbelags mit einer oben beschriebenen ersten Reibbelagschicht ist es auch denkbar, den Bereich der Reibbelagschicht mit größerer Verschleißfestigkeit aus einer zwischen dem Belagträger 7 und dem Reibbelag 6 vorgesehenen teilweise in den Reibbelag 6 eingreifenden, die Verschleißfestigkeit erhöhenden Anbindungsschicht mit einer der ersten Reibbelagschicht entsprechenden Dicke d1 auszubilden. Dabei werden zur mechanischen Anbindung des Reibbelags 6 an die Belagträger 7 bevorzugt in dem Belagträger 7 festgelegte und in den Reibbelag 6 eingreifende Stifte 13, insbesondere Messingstifte genutzt, wie es beispielhaft in 6 gezeigt ist.
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Alternativ ist diese Anbindungsschicht als Sinterrauhgrund ausgebildet, auf den der Reibbelag 6 beispielsweise aufgegossen wird, wobei durch die rauhe Oberfläche des Sinterrauhgrundes die notwendige mechanische Festigkeit gewährleistet ist. Die Eindringtiefe des Sinterrauhgrundes oder auch der in dem Belagträger festgelegten Stifte 13 in den Reibbelag 6 ist bei aus dem Stand der Technik bekannten Bremsbeläge so gering, dass diese nicht aktiv zur Verschleißverzögerung des entsprechenden Bremsbelages herangezogen werden können. Dementsprechend ist die Dicke d1 dieser den Sinterrauhgrund oder die Stifte aufweisende Anbindungsschicht nunmehr so groß, dass sie der Dicke der ersten Reibbelagschicht 61, wie oben beschrieben, entspricht.
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Denkbar ist natürlich auch, die Schar von Stiften 13 bzw. den Sinterrauhgrund in eine wie oben beschriebene erste Reibbelagsschicht 61 eingreifen zu lassen.
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Zur Vermeidung eines Ungleichverschleißes eines einzelnen Bremsbelags, beispielsweise ein Schrägverschleißes in tangentialer oder radialer Richtung zur Bremsscheibe, ist die erste Reibbelagsschicht 61 bevorzugt teilweise von einer Reibbelagdicke, die der Reibbelagdicke DG des gesamten Reibbelages entspricht. So kann beispielweise, wie in 4 gezeigt, die erste Reibbelagschicht 61 an einem einlaufseitigem Ende E des Bremsbelags 3 auf einer Fläche von bevorzugt 20 bis 30 % der gesamten Reibbelagfläche (betrachtet parallel zur Reibfläche der Bremsscheibe) über die volle Reibbelagdicke aufgebracht werden. Bei derart ausgebildeten Bremsbelägen sind dann zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um einen seitenverkehrten Einbau eines solchen Bremsbelags 3, 4 in eine Scheibenbrems 1 auszuschließen, da bei falschem Einbau ein gegenteiliger Effekt erzielt würde.
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In 5 ist eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Bremsbelags 3 gezeigt, bei dem die Reibbelagdicke D1 der ersten Reibbelagschicht 61 radial zur Bremsscheibe unterschiedlich groß ausgebildet ist, um einen radialen Ungleichverschleiß eines solchen Bremsbelages 3 entgegen zu wirken.
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In 7 ist an einem Diagramm nochmals das erfindungsgemäße Verschleißverhaltens eines erfindungsgemäßen Bremsbelags dargestellt. Gut zu erkennen ist der höhere Verschleiß des Bremsbelags im Bereich der zweiten Reibbelagschicht 62, welches sich in einem Endverschleißbereich, in dem der Bremsbelag die erste Reibbelagschicht 61 aufweist, reduziert und somit eine längere Standzeit gewährleistet als bei einem Bremsbelag mit einem Reibbelag mit durchgehend gleichmäßigem Verschleißverhalten.
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Durch die Verhinderung des belaginternen Ungleichverschleißes, wie es in den 4 und 5 dargestellt ist, wird somit eine weitere Steigerung der Lebensdauer eines derart ausgebildeten Bremsbelags 3, 4 erzielt. Diese Bremsbeläge 3, 4 sind dabei auch in Kombination mit den weiteren oben beschriebenen Maßnahmen zur Verschleißhomogenisierung von zuspannseitigem und reaktionsseitigem Bremsbelag 3, 4 einsetzbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheibenbremse
- 2
- Lücke
- 3
- Bremsbelag
- 4
- Reibbelag
- 6
- Reibbelag
- 7
- Belagträgerplatte
- 8
- Reibbelag
- 9
- Belagträgerplatte
- 10
- Belagschacht
- 11
- Belaghaltefeder
- 13
- eingreifende Stifte
- 61
- erste Reibbelagschicht
- 62
- zweite Reibbelagschicht
- 81
- erste Reibbelagschicht
- 82
- zweite Reibbelagschicht
