DE10316369A1

DE10316369A1 - Reibbelag mit Trägerplatte sowie Verfahren zur Herstellung eines struktierten Halterungsbettes auf der Trägerplatte

Info

Publication number: DE10316369A1
Application number: DE10316369A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. Chem. Mowka; Norbert Dr. rer. nat. Nun
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-21
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-07-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reibbelag mit einer Trägerplatte, auf die eine strukturierte Oberfläche als Halterungsbett für Reibmaterial aufgebracht wird, sowie Zubereitungen für das Halterungsbett und die dazugehörigen Aufbringungsverfahren.

Description

Die Neuerung betrifft einen Reibbelag als Brems- oder Kupplungsbelag für Straßen- und Schienenfahrzeuge sowie für industrielle Anwendungen, bestehend aus einer Trägerplatte mit aufgebrachtem Reibmaterial, wobei die Trägerplatte auf der reibmaterialtragenden Seite ein strukturiertes Halterungsbett aus kraft- und formschlüssigen Elementen aufweist sowie Verfahren zur Herstellung solcher Trägerplatten.

1. Es ist bekannt, bei der Herstellung von Reibbelägen den Schichtenverbund zwischen Reibmaterial und Trägerplatte mittels eines Klebers auf organischer Basis herbeizuführen. Klebstoffe auf organischer Basis weisen jedoch Stabilitätsgrenzen während der Belastung in Reibbelägen vorkommenden Temperaturen auf. Insbesondere beginnt oberhalb ca. 300° C eine Zersetzung der polymeren Bestandteile des organischen Klebers, die zu einer Zerstörung der ursprünglichen Klebeverbindung und damit zu einer Schwächung der Bindung zwischen Reibmaterial und Trägerplatte führen kann. In solchen Fällen ist ein sicheres Funktionieren des Reibbelages nicht mehr gegeben.
2. Es ist bekannt, dass bei der Herstellung von Reibbelägen Trägerplatten mit Bohrungen, Vertiefungen oder Sicken verwendet werden, in denen das Reibmaterial durch hineinpressen mechanisch verankert wird. Wird ein Reibbelag höher belastet, so können die dabei auftretenden Temperaturen zu einer Schwächung der Bindung durch unterschiedliche spezifische Wärmeausdehnungen führen. Als Folge daraus lockert sich die ursprüngliche Verankerung des Reibmaterials auf der Trägerplatte, und es besteht die Gefahr der Ablösung.
3. Aus EP 1 106 859 A1 und EP A 0 084 591 ist bekannt, dass auf die Trägerplatte ein Rauhgrund als Halterungsbett aus Metallpulvergranulaten und anderen aufgeführten Stoffen mittels Sinterverfahren aufgebracht werden kann, wobei sich Hinterschneidungen und Einziehungen bilden, in die das Reibmaterial während des Pressvorganges hineinläuft und eine formschlüssige Verankerung zwischen Reibmaterial und Trägerplatte zustande kommt. Diese Sinterverfahren sind im Hinblick auf das Produkt Reibbelag durch hohe Energie- und Betriebskosten der dazugehörigen Anlagen aufwendig. Ein Einsatz dieser Rauhgrund -Trägerplatten kann daher nur in ausgewählten Bremsbelagserien erfolgen. Zudem verliert der Stahl der Trägerplatte durch die Temperaturbeaufschlagung während des Sinterprozesses an Eigenfestigkeit. Im hochbelasteten Anwendungsbereich kann es dadurch zu einer Verbiegung der Stahlträgerplatte, und somit zu einer Funktionsbeeinträchtigung des Reibbelages kommen.
4. Aus der FR A 1 392681 ist bekannt, die Trägerplatte reibbelagseitig mit einem Metallnetz, welches über Schweißpunkte befestigt wird, zu versehen. Nach vergleichbaren Verfahren werden auch Rauhgrund – Folien aus Metall auf Trägerplatten verschweigt. Diese Verfahren sind aufgrund hoher Fertigungs- und Energiekosten nur bedingt anwendbar. Zudem können sich and den Schweißpunkten in Gegenwart von Feuchtigkeit Lokalelemente bilden, die zur Korrosion, und damit zur Ablösung des Reibmaterials von der Trägerplatte führen.
5. Aus CA 02299110 2000-02-18 ist bekannt, den Stahl der Trägerplatte reibbelagseitig mittels eines Werkzeuges unter Aufrichtung von spanförmigen Segmenten aufzurauhen. Nachteilig wirken sich bei diesem Verfahren Festigkeitsverluste der Trägerplatte durch Verringerung der Trägerplattendicke aus, und die Gefahr der Unterrostung ist hier besonders hoch.
6. In der Patentschrift EP 0836030 B1 wird ein Bremsbelag mit einer Trägerplatte beschrieben, auf der reibbelagseitig ein anorganischer Kleber auf Wasserglas-Basis aufgebracht wird, in den unterschiedliche Metallpartikel und -späne eingestreut werden bzw. der Kleber wird mit solchen Partikeln versetzt. Der Nachteil bei diesem Verfahren liegt in dem Risiko der Lockerung der einzelnen Metallpartikel innerhalb der Wasserglasmatrix durch inaktive Oberflächen und chemische Umbildungsprozesse in den Grenzflächen Metall- Wasserglas. Für den Bremsbelag birgt eine Schwächung der Bindung zwischen Reibmaterial und Trägerplatte durch Lockerungen der Metallpartikel im Halterungsbett die Gefahr der Ablösung des Reibmaterials

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem von Reibbelägen zugrunde, dass diese nicht unter allen Einsatzbedingungen und über den gesamten Zeitraum der Verwendung die herstellungsgemäßen Bindungskräfte beibehalten. Äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit, Staub oder Salz sowie physikalische Einflüsse, u.a. Temperatur und Spannung, verändern die Bindungs- und Werkstoffeigenschaften. Besonders die Bindung zwischen Trägerplatte und Reibmaterial muss diesen Einflüssen widerstehen.

Mit der Erfindung soll eine Verbesserung der Bindung zwischen Trägerplatte und Reibmaterial erzielt werden.

Die Verbesserung bezieht sich sowohl auf die Festigkeit der Bindung im Hochtemperaturbereich von Reibbelägen (bis ca. 800°C) als auch auf eine weitestgehende Verhinderung von Unterrostung durch die Bildung eines alkalischen Mikromilieus in Gegenwart von Feuchtigkeit.

Durch die Anwendung der Erfindung verringert sich nachhaltig die Gefahr der Ablösung des Reibmaterials von der Trägerplatte nach thermischen und korrosiven Einflüssen. Das Problem wird durch ein Halterungsbett auf der dem Reibbelag zugewandten Seite der Trägerplatte, welches ohne aufwendige Anlage aufgebracht werden kann, gelöst.

Das Halterungsbett ist formschlüssig mit Reibmaterial unter Beibehaltung der Struktur bepressbar und weist durch seine erfindungsgemäß mineralogisch-chemisch abgestimmte Zusammensetzung thermische Belastbarkeit über den in Reibbelägen vorkommenden Temperaturbereich auf.

Zur Herstellung des Halterungsbettes wird erfindungsgemäß eine Zubereitung aus einer Natrium- oder Kaliumsilikatlösung, aus einer kolloiden Kiesellösung (Sol) oder aus gelösten organischen Siliciumverbindungen, insbesondere Alkylsilane oder Alkylsiloxane, und Feststoff aus anorganischen, natürlichen oder technischen Silikaten und Silikatverbindungen sowie aus oxidischen und halogenidischen Verbindungen verwendet.

Die Zubereitung für das Halterungsbett weist eine besonders ausgewogene Kohäsion und Adhäsion gegenüber Trägerplatte und Reibmaterial durch die chemische Affinität zwischen der silikatischen Lösung und dem silikatischen Feststoff sowie darauf abgestimmte Vernetzungs- und Kondensationsreaktionen auf.

Unter Einstellung der Viskosität der Zubereitung wird mittels den in Patentanspruch 12. beschriebenen Auftragungsverfahren die erforderliche Oberflächenstruktur des Halterungsbettes erzeugt.

(1) zeigt einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Reibbelag mit Trägerplatte gemäß Patentanspruch 1.–16.
Die Trägerplatte (2) besteht aus Stahl oder sonstigem Werkstoff mit einem darauf aufgebrachten Halterungsbett (3) nach Patentanspruch 2.–15.
In das Halterungsbett (3) wird das Reibmaterial (4) geformt.
Das Reibmaterial (4) geht nach Hinterfließen durch mechanische Verkrallung sowie durch chemische Affinität eine kraft- und formschlüssige Bindung mit dem Halterungsbett (3) auf der Trägerplatte (2) ein.
Mit dem beschriebenen Halterungsbett kann ein Reibbelag kostengünstiger gegenüber Halterungsbetten nach den Sinter- oder Aufschweißverfahren hergestellt werden, erzielt eine höhere Temperaturbeständigkeit gegenüber Kleberbindungen auf organischer Basis, und durch die korrosionsschützende Zubereitung der Bindung wird eine Unterrostung, und die damit einhergehende Gefahr der Ablösung des Reibmaterials von der Trägerplatte deutlich verringert.

Claims

Reibbelag (1) für Scheiben- und Trommelbremsen und sonstige Arten von Bremsen sowie für Kupplungen für Straßen- und Schienenfahrzeuge und für industrielle Anwendungen, bestehend aus einer Trägerplatte aus Stahl oder einem sonstigen Werkstoff mit Reibmaterial, wobei die dem Reibmaterial zugewandte Seite der Trägerplatte mit einem Halterungsbett aus einer strukturierten Oberfläche oder einzelnen Elementen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur oder die einzelnen Elemente aus einer ausgehärteten Zubereitung besteht, die durch eine scharfkantige und hohe spezifische Oberfläche kraft- und formschlussbildend das Reibmaterial bindet und sich selbst durch hohe Adhäsivkräfte und mechanischer Verankerung formschlüssig an die Trägerplatte bindet.
Reibbelag (1) nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des strukturierten Halterungsbettes 0,1–3,0 mm aufweist, vorzugsweise im Dickenbereich zwischen 1,0 und 2,0 mm liegt.
Reibbelag (1) nach Anspruch 1. und 2. dadurch gekennzeichnet, dass das Halterungsbett aus einer Zubereitung mit hohen Adhäsions- und Kohäsionskräften hergestellt wird und nach der Polymerisations- und/oder Kondensationsreaktion eine temperaturstabile Bindung von Trägerplatte und Reibmaterial im oberen Belastungsbereichen von Reibbelägen gewährleistet.
Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente der Zubereitung eine Alkali- oder Erdalkalisilikatlösung mit unterschiedlichen Molverhältnissen verwendet wird.
Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente der Zubereitung Kieselsol verwendet wird.
Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente der Zubereitung eine Aluminiumsilikatlösung verwendet wird.
Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente der Zubereitung eine Lösung oder Suspension von Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Magnesiumoxid verwendet wird.
Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente der Zubereitung Lösungen aus organischen Siliciumverbindungen der Gruppe der Alkylsilane und/oder der Gruppe der Alkylsiloxane verwendet werden.
Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass Kombinationen von mehreren Komponenten nach Anspruch 4. bis 8. verwendet werden.
Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz zu Anspruch 4 bis 9 als Feststoffkomponente der Zubereitung natürlich entstandene oder technisch hergestellte, ganz oder teilweise aus silikatischen Verbindungen bestehende Partikel in Korngrößen von 0,05 bis 2,5 mm verwendet werden.
Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz zu Anspruch 4 bis 9 als Feststoffkomponente der Zubereitung natürlich entstandene oder technisch hergestellte Metalloxid-Verbindungen in Korngrößen von 0,05 bis 2,5 mm verwendet werden.
Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz zu Anspruch 4 bis 9 als Feststoffkomponente der Zubereitung natürlich entstandene oder technisch hergestellte halogenidische Verbindungen in Korngrößen von 0,05 bis 2,5 mm verwendet werden.
Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz zu Anspruch 4 bis 9 Kombinationen von mehreren Komponenten nach Anspruch 10. bis 12. verwendet werden.
Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages (1) dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Zubereitung nach Anspruch 2. bis 13. als Halterungsbett auf der dem Reibmaterial zugewandten Seite der Trägerplatte manuell oder mittels technischer Vorrichtungen, insbesondere durch Aufsprühen, Aufspritzen, Streichen, Rakeln, Tauchen, Walzen, Drucken oder Stempeln, ganzflächig oder unterbrochen, geometrisch oder unregelmäßig gemustert in einer Schichtdicke von 0,1 bis 3,0 mm, vorzugsweise 1,0 bis 2,0 mm, erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages (1) dadurch gekennzeichnet, dass die Zubereitung nach Anspruch 4 bis 13 und das Halterungsbett nach Aufbringung nach Anspruch 14 bei Raumtemperatur oder mittels Wärmebehandlung im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 400°C gehärtet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages (1) nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass auf die Trägerplatte nach Anspruch 1. bis 15. Reibmaterial aufgepresst oder mittels anderer Verfahren aufgebracht wird.