DE69210815T2 - Bremsklotz - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Bremsklotz-Reibbeläge und insbesondere auf Beläge für Bremssysteme von Schienenfahrzeugen.
• Die Reibbeläge von in Bremssystemen von Schienenfahrzeugen verwendeten Klötzen auf dem europäischen Kontinent müssen gemäß UIC-Regeln einen Reibungskoeffizienten unter nassen feuchten Bedingungen aufweisen, welcher wenigstens 85 % des Trocken-Koeffizienten entspricht. Derartige Beläge umfassen typischerweise eine faserverstärkte Matrix aus organischem, polymeren Material (beispielsweise einem gehärteten Nitrilkautschuk), welcher nicht-fasriges, teilchenförmiges Material (beispielsweise Ruß, Messingpulver, Bariumsulfat) enthält, welche als Reibungs- oder Verschleißmodifizierungsmittel oder Füllstoffe dienen. Die Fasern, welche aus Asbest bestehen können, welche jedoch derzeit üblicherweise Stahl-, Mineral-, Glas- oder hitzebeständige, organische Fasern, wie Aramidfasern, sind, unterstützen den Klotz gegenüber einer übermäßigen Verspannung, wenn er eine Reibung auf die flache Oberfläche eines bewegten Elementes (wie eine rotierende Scheibe) ausübt, welche er verzögert und abbremst, wenn die zwei miteinander in Eingriff gebracht werden.
• Die Formulierung von Zusammensetzungen, welche zu Reibbelägen der beschriebenen Art gehärtet werden, hat neben der Einstellung eines bestimmten Verhältnisses der naß-zu-trocken- Reibung andere Gegebenheiten zu berücksichtigen. Zusätzlich muß darauf geachtet werden, daß die Kombination der gewählten Bestandteile nicht in einem Reibbelag resultiert, welcher zu schnell verschleißt oder selbst so abrasiv ist, daß er einen Schaden an der Scheibe oder einem ähnlichen Element verursacht, welches er abbremsen soll. Es ist daher verständlich, daß Beläge in Klötzen, welche als Ersatzteile verwendet werden, bei einer Überprüfung oftmals ergeben, daß sie ein Verhältnis der naß-zu-trocken-Reibung von beträchlich weniger, beispielsweise von 70 - 75 : 100, als dies durch die Bestimmungen vorgeschrieben ist, aufweisen.
• Es ist aus der GB-A-2 003 088 bekannt, einen Scheibenbremsklotz mit einer Außenschicht aus Reibmaterial zu bilden, welcher mit einer Aufspannplattenschicht aus demselben oder einem ähnlichen Material unter Verwendung eines gemeinsamen Harzbindemittels für beide miteinander verbunden ist oder integral damit ausgebildet ist. Das Reibmaterial kann Phenolharz, Kautschuke, umfassend Styrol-Butadien-Kautschuk, und Fasern, wie Asbest-, Metall-, Glas- und/oder organische Fasern, gemeinsam mit Reibungs- oder Verschleißmodifizierungsmitteln in der Form von teilchenförmigem Material, Harze und dgl., enthalten.
• Die vorliegende Erfindung stellt Reibbeläge zur Verfügung, welche ein annehmbareres Verhältnis von Eigenschaften aufweisen und entspringt unserer Idee, in die faserverstärkte Matrix ein elastomeres Material großer Hysteresis einzufügen, wie jene, deren Verwendung in der Autoreifenindustrie Reifen eine verbesserte Haftung auf nasser Straße oder Rutschfestig keit verleiht.
• Gemäß der Erfindung wird ein Bremsklotz-Reibbelag zur Verfügung gestellt, welcher an einer Metall-Aufspannplatte befestigt ist, wobei der Reibbelag eine starre faser verstärkte Matrix aus einem ausgehärteten Phenolharz, enthaltend Metall-, Mineral-, Glas- oder organische Fasern, gemeinsam mit nicht-faserigem teilchenförmigen Material, welches als ein Reibungs- oder Verschleißmodifizierungsmittel dient, und einem ausgehärteten elastomeren Material mit großer Hysteresis in einem Volumsverhältnis des Reibbelags enthält, welches hoch genug ist, um einen Verlustwinkel von größer als 15º sicherzustellen, wöbei das elastomere Material mit großer Hysteresis ein Styrol-Butadien-Kautschuk (A) mit einem Anteil von gebundenem Styrol von weniger als 30 Gew.-% und ein Styrol-Butadien-Kautschuk (B) mit einem Anteil von gebundenem Styrol von wenigstens 30 Gew.-% ist, wobei das Gewichtsverhältnis von A:B weniger als 1:1 beträgt.
• Wie der Verlustwinkel festgestellt wird, wird in dem Beispiel gezeigt, welches später in dieser Beschreibung folgt. Das verwendete Verfahren (ein dynamischer Test) ist für viskoelastische Materialien der hier verwendeten Art üblich.
• Vorzugsweise ist das elastomere Material mit großer Hysteresis ein Styrol-Butadien-Kautschuk mit einem Styrolgehalt von wenigstens 30 und vorzugweise wenigstens 33 Gew.-%. Es wird üblicherweise in einer ölgestreckten Form verwendet. Es ist bevorzugt, daß nicht das gesamte Polymermaterial der Matrix von einem Elastomer großer Hysteresis gebildet sein soll, und es ist günstig, mit dem letztgenannten ("B") einen Styrol-Butadien-Kautschuk ("A") mit einem Anteil an gebundenem Styrol von weniger als 30 Gew.-%, vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis A:B zu verwenden, welches weniger als 1:1 beträgt.
• Um eine übermäßige Verformung des Belages während des Bremsens zu vermeiden, ist es bevorzugt, daß das organische Polymermaterial der Matrix ein gehärtetes Phenolharz, vorzugsweise ein gehärtetes Resol, beinhalten sollte. Vorzugsweise ist der überwiegende, faserige Volumsanteil des Belages eine metallische, insbesondere Stahlfaser. Alternativ können Mineralfasern, Glasfasern oder hitzebeständige&sub1; organische Fasern (wie beispielsweise jene des Aramidtyps) verwendet werden, wobei diese jedoch vorzugsweise in einer Mischung mit Metallfasern und vorzugsweise in einem geringeren Volumsanteil verwendet werden.
• Messingpulver wird geeigneterweise als wärmeleitender Verstärkungsfüllstoff und Banumsulfat als inerter Füllstoff verwendet.
• Obwohl der Verlustwinkel des Belages früher als "größer als 15º" bezeichnet wurde, ist es in einfacher Weise möglich, durch die Erfindung Beläge mit minimalen Verlustwinkeln von 16, 17, 18º etc. zu erhalten, wobei dies naturgemäß eine Einstellung der Anteile der verschiedenen verwendeten Bestandteile erfordert, um eine annehmbare Verschleißfestigkeit zu erlangen.
• Die Erfindung wird weiters anhand des folgenden Beispiels erläutert.
Beispiel
• Die folgenden Bestandteile wurden in einem Banbury-Mischer gemischt. Volumsprozent kalt-polymerisierter Styrol-Butadien-Kautschuk ölgestreckt (Europrene gebundenes Styrol %; Ölgehalt phr) Styrol-Butadien-Kautschük mit einem Anteil an gebundenem Styrol von % Phenolharz Härtersystem (Schwefel, Beschleuniger, Aktivatoren) Antioxidans Stahlfaser Mineralfaser Verschleißmodifizierungsmittel Messingpulver Bariumsulfat
• Die resultierende, einheitliche Masse wurde zerkleinert. Aus den derart gebildeten Stückchen wurden Probebremsbeläge in bekannter Weise kaltgepreßt, um direkt auf eine Aufspannplatte aus Stahl unter einem Druck von ungefähr 3 tsi (46 MPa) geformt zu werden, und dann in einem Luftumlaufofen für 4 Stunden bei 200 ºC unter einem Preßdruck von 9 psi (62 KPa) gebacken. Die Beläge hatten einen Kompressionsmodul von 10&sup4; psi (69 MPa). Ihr mittlerer Koeffizient der dynamischen Reibung war 0,35, gemessen bei einer Bremskraft von 250 kN/m² gegen eine Bremsscheibe aus Gußeisen bei einem simulierten Stop von 200 kph. Der Reibungskoeffizient unter nassen Bedingungen war 0,31.
• Proben mit Abmessungen von 45 mm x 45 mm x ca. 15 mm wurden von den Belägen geschnitten und Drucktests auf einer INSTRON M1342 Maschine unter Verwendung eines Instron Elastomer Test Programmes (Version EV 2.5) mit Strain Option unterworfen. Die Tests wurden bei 22 ºC in einem Frequenzbereich (10 - 100 Hz) mit Nullbelastung zwischen aufeinanderfolgenden Test durchgeführt.
• Typische Resultate, welche durch die Korrelationsmethode errechnet wurden, waren: Test Nr. Frequenz Hz Mittleres Niveau kN Amplitude mm Verlustwinkel Grad Test Nr. Kompl. Modul N/mm² Energieverlust J/m³
• Für Zwecke der Definition des Verlustwinkels nehmen wir den bei einer Frequenz von 10 Hz erhaltenen Wert, das ist 16º.
• Für Vergleichszwecke ermitteln wir den Verlustwinkel (exakt so wie oben bestimmt) von jeweils zwei Eisenbahn-Bremsklotzbelägen, welche derzeit erhältlich sind. Verlustwinkel Belag

Claims (8)

1. Bremsklotz-Reibbelag, welcher an einer Metall-Aufspannplatte befestigt ist, wobei der Reibbelag eine starre faserverstärkte Matrix aus einem ausgehärteten Phenolharz, enthaltend Metall-, Mineral-, Glas- oder organische Fasern, gemeinsam mit nicht-faserigem teilchenförmigen Material, welches als ein Reibungs- oder Verschleißmodifizierungsmittel dient, und einem ausgehärteten elastomeren Material mit großer Hysteresis in einem Volumsverhältnis des Reibbelags enthält, welches hoch genug ist, um einen Verlustwinkel von größer als 15º sicherzustellen, wobei das elastomere Material mit großer Hysteresis ein Styrol-Butadien-Kautschuk (A) mit einem Anteil von gebundenem Styrol von weniger als 30 Gew.-% und ein Styrol-Butadien-Kautschuk (B) mit einem Anteil von gebundenem Styrol von wenigstens 30 Gew.-% ist, wobei das Gewichtsverhältnis von A:B weniger als 1:1 beträgt.

2. Bremsklotz-Reibbelag nach Anspruch 1, welcher Stahlfasern enthält.

3. Bremsklotz-Reibbelag nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, welcher Mineralfasern oder hitzebeständige organische Fasern enthält.

4. Bremsklotz-Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welcher Messingpulver enthält.

5. Bremsklotz-Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welcher Bariumsulfat enthält.

6. Bremsklotz-Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welcher Mineralfasern oder hitzebeständige organische Fasern enthält.

7. Bremsklotz-Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welcher Messingpulver enthält.

8. Bremsklotz-Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welcher Bariumsulfat enthält.