DE3508109A1

DE3508109A1 - Reibelement, insbesondere fuer trommelbremsen

Info

Publication number: DE3508109A1
Application number: DE19853508109
Authority: DE
Inventors: Siegfried 5270 Gummersbach Jonas
Original assignee: Beral Bremsbelag GmbH
Current assignee: Beral Bremsbelag GmbH
Priority date: 1985-03-07
Filing date: 1985-03-07
Publication date: 1986-09-11
Also published as: EP0194094A2; GB2172069B; EP0194094B1; EP0194094A3; GB2172069A; US4694937A; GB8604825D0

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Reibelement mit aufgenietetem Reibbelag, insbesondere für hochbelastete Trommelbremsen.

Bei aufgenieteten Reibbelägen, insbesondere bei Reibbelägen an Bremsbacken für Trommelbremsen ergibt sich das Problem, daß die beim Bremsvorgang in Umfangsrichtung am Reibbelag wirksam werdenden Reibungskräfte auf die drehfest gelagerte Bremsbacke übertragen werden müssen. Insbesondere bei hochbelasteten Trommelbremsen, beispielsweise an Lastkraftfahrzeugen, wird beim Bremsvorgang der Reibbelag von beispielsweise der Umgebungstemperatur von 20⁰C je nach Dauer des Bremsvorganges auf eine Temperatur von etwa 300 bis 45O⁰C erhitzt. Nach Abschluß des Bremsvorganges kühlt sich der Reibbelag auf die Ausgangstemperatur, oder aber je nach Häufigkeit der Bremsbetätigung auf darüber liegende Zwischentemperaturen ab. Dies hat zur Folge, daß im Betrieb der Reibbelag insbesondere wegen seiner relativ großen Länge eo in Trommelumfangsrichtung sich entsprechend seinem Wärmeausdehnungskoeffizienten und der jeweiligen Temperaturerhöhung bzw. Temperaturabsenkung in Trommelumfangsrichtung ausdehnt und auch wieder zusammenzieht. Auch wenn die darunterliegende, meist aus Metall hergestellte Bremsbacke in gleicher Weise hierbei wechselnden Temperaturen ausgesetzt ist, so ergeben sich gleichwohl Relativverschiebungen zwischen dem Reibbelag und der darunterliegenden Bremsbacke. Dies hat zur Folge, daß der Reibbelag nicht formschlüssig mit der Bremsbacke verbunden werden kann, auch nicht durch die Nieten, sondern daß die Kraftübertragung zwischen Reibbelag einerseits und Bremsbacke andererseits ebenfalls durch Reibschluß erfolgen muß. Dieser Reibschluß wird hierbei durch die von jeder Nietung zwischen Reibbelag und Bremsbacke aufgebrachte Anpreßkraft erzeugt. Im Normalfall ist dieser Reibschluß zwischen Reibbelag und Bremsbacke erheblich größer als die Gleitreibung zwischen Reibbelag und Bremstrommel. Bei hochbelasteten Bremsen, beispielsweise bei Lastkraftwagen-Trommelbremsen, mußte jedoch festgestellt werden, daß insbesondere bei erhöhter Temperatur die zwischen Reibbelag und Bremsbacke wirksamen Reibungskräfte beim Bremsvorgang abnehmen und hierbei Werte annehmen, die unter den Gleitreibwerten zwischen Bremstrommel und Reibbelag liegen. Dies führt zu Verschiebungen des Bremsbelages auf der Bremsbacke in Umfangsrichtung mit der Folge, daß nunmehr die Nieten in Umfangsrichtung, am Bremsbelag formschlüssig zur Anlage kommen. Hierbei treten im Bereich der Nietungen Beanspruchungen des Reibbelages und auch der Nieten auf, die hier zu Ausbrüchen im Reibbelag, Abscherung der Nieten und ähnlichem führen.

Um dem entgegenzuwirken, ist in der DE-GMS 76 28 630 vorgeschlagen worden, eine der Anlageflächen zwischen Reibbelag und Bremsbacke mit einer dünnen Beschichtung aus Nitril-Latex zu versehen. Mit Hilfe dieser Latexbeschichtung glaubte man, die Reibung und Haftung zwischen Bremsbelag und Bremsbakke zu erhöhen, wobei die Reibkräfte noch ansteigen sollten, je fester der Bremsbelag beim Betätigen der Bremse auf den Belagträger gepreßt wird. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß eine derartige dünne Latexbeschichtung nicht temperaturstabil ist und daher bei hochbelasteten Trommelbremsen schon nach kurzer Zeit die eingangs beschriebenen Nachteile der Abnahme des Reibschlusses im Bereich der Nietverbindung wieder auftreten. Ähnliche Erscheinungen sind auch bei Belagträgern für Kupplungen zu erkennen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reibelement der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die auch bei hoher Belastung, d.h. insbesondere bei hoher Temperaturbelastung während des Reibvorganges einen nahezu gleichbleibenden hohen Reibschluß zwischen Reibbelag und Belagträger aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anlagefläche des Reibbelages zum Belagträger und/oder die Gegenfläche des Belagträgers mit einer Vielzahl von Partikeln versehen ist, die härter sind als das Material der Gegenfläche des Belagträgers. Hierbei wird mit Vorteil ausgenutzt, daß sowohl die Anlagefläche des Reibbelags als auch die Gegenfläche des Belagträgers von der Herstellung her eine gewisse Rauhtiefe aufweisen. Die auf die Anlagefläche des Reibbelages bzw. auf die Gegenfläche des Belagträgers aufgebrachten Partikel werden nun durch die Preßkräfte der Nietverbindung in beide Flächen eingedrückt, so daß hier praktisch über die gesamte Fläche ein Formschluß zwischen Reibbelag und Belagträger bewirkt wird. Bei Relativverschiebungen zwischen Reibbelag und Belagträger arbeiten sich die Partikel ein, so daß über die gesamte Standzeit des Reibbelages der gewünschte Formschluß aufrechterhalten bleibt, ohne jedoch die Relativbewegung zwischen Reibbelag und Belagträger aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen zu behin-

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dem. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt insbe- Die aufzubringende Beschichtung wird in einer Aufsondere darin, daß die Bearbeitung der Belagträger tragsdichte von 0,001 bis 0,06 g/cm², vorzugsweise 0,003

nicht geändert zu werden braucht, da zweckmäßiger- bis 0,02 g/cm², bezogen auf den Feststoffgehalt der aufweise die Partikel auf die Anlagefläche des Reibbelages zutragenden Dispersion aufgebracht. Dies ergibt eine aufgebracht werden. Dies hat darüber hinaus den Vor- 5 ganz geringe Schichtdicke, so daß die in der Bindemitteil, daß bei der Erneuerung der Reibbeläge wiederum telschicht enthaltenen Partikel nach dem Aufnieten so-

eine "frische" Partikelschicht zum Einsatz kommt, so daß wohl in den Reibbelag als auch in das Material des

auch nach einer Erneuerung des Reibbelages die ur- Belagträgerseingreifen.

sprüngliche hohe Reibschlüssigkeit der Verbindung ge- Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnun-

währleistet ist. 10 gen näher erläutert. Es zeigt

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vor- Fig. 1 einen Teil eines Reibelementes für eine Trom-

gesehen, daß die Partikel eine Korngröße von 0,5 bis melbremse, teilweise im Schnitt,

300 μπι, vorzugsweise von 1,0 bis 40 μπι aufweisen. Eine Fig. 2 einen Querschnitt gem. der Linie II—II in Fig. 1

derartige Partikelgröße hat den Vorteil, daß bei den in stark vergrößertem Maßstab,

nicht zu vermeidenden Relativbewegungen zwischen 15 Die Darstellung in Fig. 1 zeigt einen metallischen Be-

Reibbelag und Belagträger kein Abrieb entstehen kann, lagträger 1 für eine Trommelbremse, auf den ein ent-

der zu einer Reduzierung des Reibschlusses führen wür- sprechend gekrümmter Reibbelag 2 mit mehreren, im

de. Partikelgrössen im mittleren bis unteren Bereich des Abstand zueinander angeordneten Niete aufgenietet ist.

angegebenen Größenbereichs liegen in ihren Abmes- Wie die Schnittdarstellung in Fig. 1 zeigt, ist sowohl

sungen noch unterhalb der Rauhtiefe sowohl der AnIa- 20 der Belagträger 1 wie auch der Reibbelag an der Niet-

gefläche des Reibbelages als auch der Gegenfläche des stelle mit einer Bohrung 3 versehen. Durch die beiden

Belagträgers, so daß die beim Aufnieten des Reibbela- Bohrungen ist ein Niet 4 hindurchgesteckt, wobei der

ges auftretenden Flächenpressungen zu einer starken Durchmesser des Nietschaftes etwas geringer ist als der

"Verklammerung" zwischen Reibbelag und Belagträger Durchmesser der Bohrung 3, zumindest des Teils der

über die Partikel führen. In bevorzugter Ausgestaltung 25 Bohrung im Reibbelag.

der Erfindung ist vorgesehen, daß die Partikel aus Auf die Anlagefläche 5 des Reibbelages, mit der die-

Schleifmittelkörnungen bestehen. Die Partikel können ser auf der Gegenfläche 6 des Belagträgers 1 zur Anlage

hierbei aus üblichen Schleifkörnungszusammensetzun- kommt, ist nun eine Bindemittelschicht nach Art eines

gen bestehen, insbesondere aus Korunden und/oder Si- Anstrichs aufgebracht, in die eine Schleifmittelkörnung

Iiciumcarbiden. 30 in einer Korngröße im Bereich von 1 bis 40 μπι einge-

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vor- bunden ist. Die Schicht ist hierbei in einer Auftragsdichgesehen, daß die Partikel in eine auf die Anlagefläche te aufgebracht von etwa 0,003 bis 0,02 g je cm² bezogen aufgebrachte Bindemittelschicht eingebunden sind. Dies auf den Feststoffgehalt der aufgetragenen Dispersion, hat den Vorteil, daß die Partikel auf die betreffende Die stark vergrößerte und vereinfachte Darstellung Fläche des Reibbelages und/oder des Belagträgers in 35 in Fig. 2 der Anlagefläche 5 des Reibbelages und der Verfahren aufgebracht werden können, wie sie in der Gegenfläche 6 des Belagträgers aus Metall zeigt, daß Anstrichtechnik üblich sind. So durch Aufspritzen, Auf- beide Flächen durch die Nachbearbeitung durch Abdrestreichen oder -rollen, so daß die erfindungsgemäße An- hen, Abschleifen oder dgl. die für diese Bearbeitungsordnung auch in der Großserienfertigung angewendet verfahren übliche Rauhtiefe aufweisen. Die aus Schleifwerden kann. In diesem Falle wird die Bindemittel- 40 körnungen, beispielsweise Korunden, Siliciumcarbiden schicht zweckmäßigerweise auf die Anlagefläche des oder dgl. bestehenden scharfkantigen Partikel 7 haften Reibbelages aufgebracht, da hier im Rahmen des Her- nun über das hier nicht näher dargestellte Bindemittel Stellungsverfahrens für die Reibbeläge ohnehin entspre- an der Anlagefläche 5 des Reibbelages 2 an. Werden chende Fertigungsstraßen vorhanden sind. Das Aufbrin- nun beim Aufnieten des Reibbelages 2 auf den Belagträgen mit Hilfe einer Bindemittelschicht nach Art eines 45 ger 1 die beiden Flächen 5 und 6 in Richtung der beiden Anstriches ist insbesondere vorteilhaft für das Aufbrin- Pfeile 8 mit hoher Kraft gegeneinander gepreßt, so gen auf Reibbeläge für Trommelbremsen, da hier die drücken sich die gleichmäßig über die gesamte Fläche Beschichtung auf eine gekrümmte Fläche aufgebracht verteilten Partikel 7 sowohl in das Reibbelagmaterial als werden muß. In Ausgestaltung der Erfindung ist vorge- auch in das Material des Belagträgers 1 ein. Durch die sehen, daß das Bindemittel durch ein Haftgrundiermittel 50 starke Flächenpressung zumindest in einem gewissen gebildet wird, das bis 250⁰C temperaturstabil ist und Bereich um den Niet herum, werden Rauhigkeitsspitzen keine thermoplastischen Eigenschaften aufweist. Hier- beider Materialien flachgedrückt, wobei gleichzeitig in durch ist einmal eine einwandfreie Verbindung der Par- beide Materialien scharfkantige Partikel eingepreßt tikel mit der betreffenden Fläche gewährleistet, wobei werden. Hierdurch wird praktisch eine formschlüssige die Wahl des Haftgrundiermittels sich danach richtet, ob 55 Verbindung zwischen Reibbelag und Belagträger 1 erdie aus einer Dispersion von Bindemittel und Partikeln reicht, der weder durch Relativverschiebungen zwigebildete Beschichtung auf die Anlagefläche des Reib- sehen Reibbelag und Belagträger 1 in Umfangsrichtung belages oder aber auf die Gegenfläche des Belagträgers aufgehoben wird noch diese behindert. Diese praktisch aufgebracht wird. Von wesentlicher Bedeutung ist je- formschlüssige Verbindung wird auch dann noch aufdoch, daß das Bindemittel keine thermoplastischen Ei- 60 rechterhalten, wenn aufgrund von unterschiedlichen genschaften aufweist, da sonst bei den auftretenden ho- Wärmedehnungen der Reibbelag 2 durch Verwrfungen hen Temperaturen trotz der in die Bindemittelschicht oder dgl. geringfügig, d.h. im Mikrometerbereich von eingebundenen scharfkantigen Partikel bei einem Er- der Gegenfläche 6 des Belagträgers in einigen Bereiweichen des Bindemittels der Reibbelag auf dem Belag- chen der gesamten Anlagefläche abhebt. Die entspreträger "schwimmt", weil die Bindung zwischen Binde- 65 chend den unterschiedlichen Betriebsbedingungen mittel und Partikel und damit die im Prinzip auf Form- wechselnden Relativverschiebungen zwischen Reibbeschluß beruhende hohe Reibschlüssigkeit zwischen lag und Belagträger machen jedoch den "Formschluß" Reibbelag und Belagträger verloren geht. zwischen Reibbelag und Belagträger über die Partikel 7

nicht unwirksam, da sich die Partikel auf der gesamten Fläche immer wieder neu einarbeiten können und sich immer wieder neu verkrallen können. Dies gilt auch für die Belegung von fabrikneuen Belagträgern, deren Gegenflächen 6 aus Korrosionsschutzgründen mit einer Lackschicht überzogen sind. Durch das Aufnieten eines mit einer entsprechenden Beschichtung versehenen Reibbelages arbeiten sich die scharfkantigen Partikel aufgrund ihrer hohen Härte durch die dünne Lackschicht durch und bewirken die beabsichtigte Verkrallung zwischen Reibbelag und Belagträger.

Aus dem Vorstehenden ist vor allem ersichtlich, daß schon aus herstellungstechnischen Gründen die Beschichtung auf die Anlagefläche 5 des Reibbelages aufgebracht wird, da hierdurch für jeden Belagwechsel eine einwandfreie Flächenverbindung zwischen Reibbelag und Belagträger gewährleistet ist. Es ist zwar auch möglich, sowohl beim Belegen neuer Belagträger als auch beim Auswechseln verschlissener Reibbeläge auf bereits im Betrieb befindlichen Belagträgern eine entsprechende Partikeldispersion in Form eines Anstrichs aufzubringen. Die Gefahr besteht hierbei jedoch, daß Spritzer, Tropfen oder dgl. dieser in hohem Maße abrasiven Dispersion in mechanische Teile des Systems gelangen und hier zu einem vorzeitigen Verschleiß führen. Herstellung und Handel wird daher zweckmäßigerweise immer in Form eines Reibbelages erfolgen, dessen Anlagefläche 5 mit einer Partikeldispersion beschichtet ist.

Die vorstehend beschriebene vorteilhafte, quasi formschlüssige Verbindung zwischen Reibbelag und Belagträger kann auch bei Reibelementen für Kupplungen ausgenutzt werden, da auch hier der Reibbelag aufgenietet ist und wegen seiner erheblichen Längenerstrekkung (in Umfangsrichtung) auftretende Wärmedehnungen sich schon spürbar mit vergleichbaren Nachteilen bemerkbar machen können.

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Claims

1 Patentansprüche

1. Reibelement mit aufgenietetem Reibbelag, insbesondere für hochbelastete Trommelbremsen, da durch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (5) des Reibbelags (2) zum Belagträger (1) und/oder die Gegenfläche (6) des Belagträgers (1) zum Reibbelag (2) mit einer Vielzahl von Partikeln (7) versehen ist, die härter sind als das Material der Gegenfläche (6) des Belagträgers (1).

2. Reibelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (7) eine Korngröße von 0,5 bis 300 μηι, vorzugsweise von 1,0 bis 40 μιη aufweisen.

3. Reibelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (7) aus Schleifmittelkörnungen bestehen.

4. Reibelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus Korunden bestehen.

5. Reibelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (7) aus Siliciumcarbiden bestehen.

6. Reibelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (7) in einer auf die Fläche aufgebrachte Bindemittelschicht eingebunden sind.

7. Reibelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel durch ein Haftgrundiermittel gebildet wird, das bis 25O⁰C temperaturstabil ist und keine thermoplastischen Eigenschaften aufweist.

8. Reibelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Auftragsdichte von 0,001 bis 0,06 g/cm², Vorzugsweise 0,003 bis 0,02 g/cm², bezogen auf den Feststoffgehalt der aufzutragenden Dispersion aufweist.