DE2113036C2

DE2113036C2 - Reibungsmechanismus

Info

Publication number: DE2113036C2
Application number: DE2113036A
Authority: DE
Inventors: Ronald Hillmorton Warwickshire Fisher
Original assignee: Dunlop Holdings Ltd
Current assignee: Dunlop Holdings Ltd
Priority date: 1970-03-19
Filing date: 1971-03-18
Publication date: 1982-10-07
Also published as: GB1337002A; DE2113036A1; US3731776A; FR2084889A5

Description

25

Die Erfindung betrifft einen Reibungsmechanismus mit zwei relativ drehbaren Teilen, cie sich in und außer Eingriff miteinander bewegen können, und mit einem Betätigungsmechanismus, der die Teile in Eingriff miteinander bewegen kann, wobei die Eingriffsfläche eines der Teile mit einem Belag aus gesintertem Reibungsmaterial versehen ist, welches einen Matrlxbestandtell und ein Borld aufweist.

Bei einem bekannten r.eibungsmechanismus der genannten Art (US-PS 34 94 774) bes ,'ht die zweite Eingriffsfläche oder Gegenelngriffsfläche aus Stahl.

In der US-PS 35 06 401 Ist ein Reibungsmechanlsmus beschrieben, bei welchem die Eingrlffsllächen aus gesintertem Reibungsmaterial bestehen können. Die Beschrelbung bezieht sich nur auf die konstruktive Gestaltung der Bauteile, so daß In ihr irgendwelche Angaben über eine Bremswirkung und über die Art und/oder Zusammensetzung des Reibungsmaterials nicht enthalten

sind. «

Von den bekannten Reibungsmechanismen unterscheidet sich ein Reibungsmechanlsmus gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 gemäß der Erfindung dadurch, daß auch die Gegenelngriffsfläche einen Reibbelag aus dem gleichen gesinterten Reibungsmaterial aufweist.

Es ist überraschend gefunden worden, daß, wenn bc Verwendung von Borid enthaltendem Relbungsmaterla, beide miteinander In Eingriff tretende Flächen aus solchem Reibungsmaterial gebildet sind oder einen Belag aus einem solchen Relbungsmaterlal tragen, bessere Ergebnisse hinsichtlich der Bremswirkung und der Abnutzung des Relbungsmaterlals erzielt werden gegenüber dem Fall, In welchem nur eine der beiden miteinander In Eingriff tretenden Flächen aus einem solchen Relbungsmaterlal besteht oder einen Belag aus einem solchen Relbungsmaterla] trägt. Die überraschend gute Bremswirkung bei geringem Verschleiß Ist möglicherweise auf eine synergistische Wirkung der miteinander in FJngrlff tretenden Relbungsmaterlallen zurückzuführen, so daß ein beträchtlich höherer Reibungskoeffizient erzeugt wird, während zufriedenstellender Verschlelßwklerstand oder Abrlebwiderstand aufrechterhalten ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Ist dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Borids, Insbesondere eines der nachstehenden Elemente Zirkon, Molybdän, Chrom, Niob, Tantal und Wolfram, Im Bereich von 1 bis 25 Gew.-% liegt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Reibungsmaterial eine Matrix aus Phosphornitrilchlorld auf.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Reibungsmechanismus gemäß der Erfindung in Form einer Luftfahrzeug-Mehrschelbenbremse, wobei die Querschnittsansicht entlang einer Ebene Im rechten Winkel zu den Ebenen der Bremsscheiben genommen ist.

Fig. 2 zeigt einen Teil eines Rotors und eines Stators zur Verwendung In einer Bremse der in Flg. I gezeigten Art.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Reibungsmechanismus in Form einer Luftfahrzeug-Mehrscheibenbremse 1 einen Aufbau aus relativ drehbaren Reibteilen, die durch eine Reihe von ringförmigen Rotorbremsscheiben 2 und Statorbremsscheiben 3 dargesieiit sind, die gleichachsig zu der Nabe eines Luftfahrzeugrades und diese umgebend angebracht sind.

Die Rotor- und Statorscheiben 2, 3 sind auf einem Drehmomentrohr 4 zwischenelnander angebracht, welches von einem Drehmomentteil 5 axiai vorragt, der an der nicht-drehbaren kadnabe 6 befestigt Ist.

Jede Rotorscheibe 2 Ist mit dem Luftfahrzeugrad mittels Antriebsansätzen oder Antriebsklauen 7 an dem radial äußeren Umfang der Scheibe verkellt, die mit nicht dargestellten entsprechenden Kellnuten im Eingriff stehen, die In dem Rad gebildet sind, so daß die Scheibe 2 relativ zu dem Rad axial bewegbar Ist.

Abgesehen von der axial äußersten Statorscheibe 8 Ist jede Statorscheibe 3 mit dem Drehmomentrohr 4 mittels Antriebsansätzen oder Antriebsmitnehmern 9 (siehe Fig. 2) an dem radial Inneren Umfang der Scheibe 3 verkeilt, die mit an dem Drehmomcntrohr 4 gebildeten Kellnuten 10 Im Eingriff stehen, so daß die Scheibe 3 relativ zu dem Drehmomentrohr 4 axial bewegbar ist. Die axial äußerste Statorscheibe 8 Ist In axial ortsfester Stellung an einem ringförmigen Reaktionsteil 11 angebracht, der die Form eines Flansches hat, welcher an dem axial äußersten Ende des Drehmomentrohres 4 befestigt Ist.

Ein Betätigungsmechanismus, um die Rotorscheiben 2 und die Statorscheiben 3 in Eingriff miteinander zu drükken, ist In Form einer Reihe von Kolben- und Zylindervorrichtungen 12 vorgesehen, die an dem Drehmomentteil 5 derart angebracht sind, daß ihre Kolben mit der axial Innersten Statorscheibe 13 In Eingriff treten können.

Wenn den Zylindern 12 Arbeltsmittel zugeführt wird, werden die axial bewegbaren Rotorscheiben 2 und Statorscheiben 3 durch die Kolben axial nach außen bewegt, bis die Statorscheibe 8 an dem Reaktionstell 11 weitere Bewegung verhindert, und die Rotorscheiben 2 sind In Reibungseingriff mit den Statorscheiben 3 zwischen diese geklemmt.

Jede Rotorscheibe 2 umfaßt einen Aufbau aus Stahlsegmenten 14 (siehe Fig. 2). die in der Art von Wlppsägetellen miteinander verriegelt sind. An jeder Seite jedes Segmentes 14 der Rotorschelbe 2 1st eine Reibungsschicht oder ein Reibbelag 15 In Gestalt eines geformten Kissens aus gesintertem Relbungsmaterlal angeordnet und direkt an die Rotorschelbe gebunden.

Jede axial bewegliche Statorschelbe 3 hat die Gestalt

eines starren Siahlrlngkörpers 16 (Fig. 2), und eine Mehrzahl von RelbbelSgen 17 Ist mit geringem Abstand In Umfangsrlchiung auf beiden Selten der Stahlrlngkörper 16 an diesen befestigt. Jede Statorreibbelag 17 weist ein geformtes Kissen aus gesintertem Reibungsmaterial auf, welches an eine Stahlgegenplatte gebunden Ist, die ihrerseits mit dem starren Stahlringkörper 16 bis 18 \ernietet ist.

Die Slatorscheibe 8, weiche an dem Reaktionstell U befestigt ist, weist eine Mehrzahl von gesinterten Reibbelägen 19 auf, die mit einer ringförmigen Stahlgegenplatte 20 vernietet sind, die ihrerseits an dem Reaktionsteil 11 befestigt 'st. Die Reibbeläge sind ähnlich ausgeführt und angeordnet wie die Statorreibbe'äge, die im vorhergehenden Absatz beschrieben sind.

Die axial innerste Statorscheibe 13 ist allgemein ähnlich ausgeführt und angeordnet wie die anderen axial bewegbaren Statorscheiben 3, jedoch ist sie nur an ihrer axial äußert-π Seitenfläche mit einem gesinterten Reibbelag 21 versehen, und ihre andere Seitenfläche 22 ist so gebildet, daß sie mit den Bremsenanlegekolben 12 zusammenarbeitet.

Die an den Rotorteilen und den Statorteilen vo-gesehcnen Reibbeläge, die. wenn die Bremse angelegt wird, in Reibungseingriff miteinander treten, weisen ein Reibungsmaterial auf, welches einen Matrixbestandteil und einen in diesem disperglerten partikelförmigen Bestandteil umfaßt. Das Reibungsmaterial eines Reibbelages eines Paares von miteinander in Eingriff tretenden Reibbelägen enthält als parktikelförmigen Bestandteil ein Borld.

Die Reibungsmaterialmatrix kann aus einem oder mehreren Metallen oder aus polymerem Material bestehen.

Wenn eine metallische Matrix verwendet wird, kann die Matrix ein oder mehrere Metalle umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus Elsen, Kupfer. Nickel. Kobalt und Mangan besteht. Die Matrix kann auch ein oder mehrere Metalle aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Zinn, Zink, Blei. Wismut und Antimon besteht, und zwar In einer Menge bis ' zu 40 Gew.-5b der Matrix.

Wenn ein polymeres Matrixmaterial verwendet wird,

kann die Matrix organische Polymere, beispielsweise eir, würmehärtendes Phenolformaldehydpolymerisat, oder anorganische Polymere aufweisen, beispielsweise Phosphomitrllchlorid (phospho-nltrllllc chloride).

Das Borld des Reibungsmaterials kann beispielsweise ein Borld eines der nachstehenden Elemente sein: ZIrkon, Titan, Molybdän, Chrom, Niob, Tantal, Wolfram und Kohlenstoff. Es können auch andere Boride verwendet werden.

Reibungsmodifizierungsmlttel, die In das Reibungsmaterial eingeführt werden können, umfassen Siliziumnitrid, Graphit, Molybdändisulfid, Cuprosulfid, Metallphosphide, Siliziumdioxyd, Aluminiumonhophosphat, Magnesiumpyrophosphat, Manganpyrophosphat und anorganische Fasermaterialien.

Diese Materialien werden zugegeben, um dem Reibungsmaterial besondere Eigenschaften zu erteilen, beispielsweise Verschleißwiderstand und glatte Reibungscharakteristiken.

Das Reibungsmaterial kann wie folgt hergestellt werden. Die Bestandteile werden in Pulverform innig gemischt, bei einem Druck zwischen 473 und 7875 kg/cm² (30 bis 50 tons je Quadratzoil) zusammengedrückt, u?.i ein Formteil oder Brikett zu bilden, und dann in nicht-oxydierender Atmosphäre gesintert, um einen zusammenhaftenden Feststoff zu erzeugen. Die Sinterzeit und die Sintertemperatur hängen von den besonderen In dem Reibungsmaterial verwendeten Substanzen ab, jedoch sind die Temperaturen im Bereich von 1000⁰C und Sinterzeiten in der Größenordnung von einer Stunde zweckentsprechend.

In der nachstehenden Tabelle I sind Beispiele A bis G von Reibungsmaterialien dargestellt, die ein Borid und eine Metallmatrix aufweisen und die zur Verwendung in dem beschriebenen Reibungsmechanismus geeignet sind. Die Anteile der Bestandteile in der Tabelle I sind in Gew.-* angegeben.

Tabelle I

Bestandteile	A	B	C	D	E	F	G
Chromdiborid	i.O	2,0	2,3	2,3	2.3	4,6	15.0
Slliziumn'trld	2,3	15.0	1.0	2.3	2.3	2.3	2.0
Elsen	79,9	68.5	79,9	79,0	80,6	"7,7	68.5
Graphit	8,4	7.2	8,4	8,0	9,0	8,0	7.2
Molybdändisulfid	2,8	2,4	2,8	2,8	3,0	2,8	2,4
Wolframelsen	5,6	4,8	5.6	5,6	2.8	5,6	4,8

Die In der Tabelle I angegebenen Reibungsmaterialien wurden In dem Reibungsmechanismus geprüft, und die Ergebnisse einer Anzahl dieser Prüfungen an den Beispielen D und F der Tabelle I sind nachstehend in der Tabelle II angegeben.

Tabelle II

?S-Belastung

In mkg/cmVsec Beispiel D

(ft.lb/ln²/sec) μ W

Beispiel F Beispiel X
n Wp W

(600)
(900)

0.3;
0.31

4,32 0,40
5.08 0.32

2.29 0.29
5.33 0.24 in der Tabelle II und in der nachstehenden Tabelle IV sini Ui.ter dem Kopf μ die Werte aufgetragen für den Reibungskoeffizienten, und unter dem Kopf W sind die Mittelwerte des Bn-msklssenverschlelßes aufgetragen, und zwar je Stopp oder Stillstand, ausgedrückt In mm 10³.

Der bei diesen P/üfungen verwendete Reibungsmechanismus war eine Scheibenbremse eines Durchmessers von 165.1 mm (6,5") die an einem Trägheitsraddynamo= meter angebracht und mit Reibteilen versehen war, die an allen Elngriffsflächen mit Identischen Relbbelägsn ausgerüstet waren. Die Prüfbedingungen entsprechend den verschiedenen PS-Belastungen, denen die Prüfbei-3.81 spiele unterworfen wurden, sind In der nachstehenden

5.59 Tabelle III angegeben.

12.86
(600)

2 500

10,26
(900)

2 800

Tabelle III

PS-Belastung In
mkg/cm^:/sec
ift.lb/lnVsec)
Drehzahl des Dynamometers bei Bremsbeginn
(U/mln)

Anhaltezelt (Sekunden)
je Anhalten absorbierte
Energie In mkg (ft.lbs.)

/wischen jedem aufeinanderfolgenden Anhalten wurde es der Bremse ermöglicht, sich auf Raumtemperatur abzukühlen. Die Prüfung jedes Beispiels hei jeder PS-Helastung umfaBte zehnmaliges Anhalten bei der besonders betrachteten Belastung, wonach mehrmaliges Anhalten bei geringerer Energie folgte, um das Verhalten des Materials bei geringerem Energieeingang abzuschätzen.

I. in einen Vergleich der Ergebnisse der Prüfungen an ilen Beispielen D und F mit den Ergebnissen zu schaden, die hei einem gesinterten Relbungsmaterkil erwartet werden können, welches den gleichen Prüfbedlngungen unterworfen Ist. jedoch kein Borld enthalt, wurden die Pruforgebnis.se eines Beispiels X In der Tabelle Il hinzugefügt. Die Gewlchtsantelle des Beispiels N waren .Siliziumnitrid 2.Jv Elsen 80%. Graphit 9·*., MoKhdändisulfid 3 * und Wolframelsen 5.7'v

Die Reibungsmaterialien D und F wurden weiterhin unter den gleichen Bedingungen an Stahl geprüft, was bedeutet, daß eine der In Eingriff miteinander tretenden flächen gesintertes Reibungsmaterial aufwies und daß die andere Eingrlffsfläche jedes Flächenpaares eine Stahl-Hache war Die Ergebnisse der Prüfungen der Beispiele D und F an Stahl sind In der Tabelle IV angegeben:

Tabelle IV

PS-Hcliistung

in mku/cm'/sei BeK₁IIeI D Beispiel I-

ι ft Ih/in-Vsei) μ VV μ W

24	10'	18	ιο·	12	.86	(600)	0.31	7	.36	0	,30	7,62
59.5 ■	• 10")	74." ■	HI")	in 19	.26	(900)	0,26	6	.60	0	.24	4,83
(0.431	(0.541

Die Prüfung der Ergebnisse der Tabelle Il zeigt, daß (lelinllise Verbesserungen der Reibungsmateri..!leistung erhalten werden, wenn ein Uorld zugegeben wird Die Ergebnisse der Beispiel D und I in der Tabelle Il zeigen eine bemerkenswerte Verbesserung des Reibungskoeffizienten gegenüber dem Beispiel X. welches kein liorld enthalt, und verbesserten oder im wesentlichen gleichbleibenden Verschleiß.

I In Vergleich der Tabeiien ii und iV /trigi dcuiikii dkbeträchtlichen Verbesserungen der Relbungsniatcrlallelstung. die erhalten werden, wenn Borld enthaltendes Reibungsniaterlal an allen Elngrlffsllachen verwendet wird. Im Gegensalz zu einer Ausführung, bei der eine Reibfläche Borld enthaltendes Material aufweist und bei der die andere Flüche aus Stahl besieht.

Es Ist gefunden worden, daß ein besonders wirksamer Reibungsmechanismus erhalten wird, wenn ein ReI-bungsmaiorlal verwendet wird, welches eine Matrix (beispielsweise eine Matrix aus Elsen), ein Borid, ein Schmiermittel wie Graphit oder Molybdändlsulfld oder ein Gemisch aus Graphit und Molybdändlsulfld. und ein Siliciumnitrid aufweist. Die Menge an Siliciumnitrid Hegt dabei zwischen 50 und 200 Gew-% des Borlds.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Reibungsmechanismus mit zwei relativ drehbaren Teilen, die sich in und außer Eingriff miteinander bewegen können, und mit einem Betätigungsmechanismus, der die Teile in Eingriff miteinander bewegen kann, wobei die Eingriffsfläche eines der Teile mit einem Belag aus gesintertem Reibungsmaterial versehen ist, welches einen Matrlxbestandtell und ein Borid aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Gegenelngriffsfläche einen Reibbelag aus dem gleichen gesinterten Reibungsmaterial aufweist.

2. Reibungsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Borids insbesondere eines der nachstehenden Elemente Zirkon, Molybdän, Chrom, Niob, Tantal und Wolfram im Bereich von 1 bis 25 Gew.-9t liegt.

3. Reibungsmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungsmaterial eine Matrix ans Phosphornltrilchlorld aufweist.