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La présente invention concerne une matière destinée principale- ment à constituer les sabots de frein pour wagons de chemins de fer, mais pouvant être également utilisée pour d'autres applications.
Il est désirable que les sabots de frein des véhicules de chemins de fer aient une durée de service relativement longue et qu'ils ne produi- sent pas une usure excessive sur les roues auxquelles ils sont appliqués.
Il est également d'une importance capitale que leurs caractéristiques de frottement permettent de réaliser une freinage puissant avec une force de commande relativement faible, de manière à pouvoir utiliser sur le véhicu- le une timonerie de frein relativement légére et efficace, et que ces carac- téristiques de frottement soient constamment uniformes, c'est-à-dire ne va- rient pas pour différentes vitesses de déplacement du véhicule, pour différentes -températures des surfaces de freinage des sabots de frein et des roues, de même que pour d'autres conditions variées de fonctionnement, par exemple le cas de rails secs et celui de rails humides. Jusqu'à présent, autant qu'on le sache, on n'a jamais trouvé Tune matière permettant de conférer à un sabot de frein toutes ces caractéristiques désirables.
Les sabots de frein en fonte, qui possèdent dans une certaine mesure les différents caractéristiques désirables mentionnées ci-dessus, ont été longtemps utilisés, mais ils ne fournissent pas la durée d'utilisation désirée, ni le freinage uniforme d'un véhicule dans une gamme étendue de vitesses, ou dans une gamme étendue de températures du sabot de frein et de la roue, ou dans des contitions différentes de l'état des rails qui peuvent être par exemple humides, secs, gelés, etc..; d'autres part, les sabots de frein en fonte détériorent assez souvent les roues des véhicules par suite d'une usure excessive et/ou de l'échauffement de la.,jante provenant de l'enrayage de la roue, cette détérioration apparaissant sous la forme de fines 'Fêlures à la surface de la jante ;
il en résulte qu'il faut remplacer les roues prématurément ou usiner de nouveau la surface de leur jante.
De nombreux essais ont étés tentés dans le passé, mais-autant qu'on le sache, sans aucun succés, pour mettre au point certaines matières susceptibles ,soit par 'elles-mêmes, soit par des combinaisons variées avec la fonte, de fournir les différentes caractéristiques désirables mentionnées ci-dessus dans une mesure plus grande que les sabots de frein en fonte utilisés communément.
La présente invention a donc pour but principal de fournir une composition spéciale destinée particulièrement à la constitution des sabots de frein des véhicules de chemine de fer et susceptible de satisfaire plus complétement à toutes les caractéristiques mentionnées ci-dessus, qu'il est désirable de trouver dans un sabot de frein; la présente invention atteint ce but dans une mesure plus complète qu'on ne l'avait jamais fait jusqu'à présent, autant qu'on le sache.
On a constaté qu'une certaine matière obtenue, avec des éléments combinés dans certaines proportions, par le procédé qui sera décrit un peu plus loin, permet, mieux que toute autre matière connue jusqu'à présent et utilisée pour les sabots de frein, de fabriquer des sabots possédant des caractéristiques de frottement excellentes et stables dans différentes conditions relatives à la vitesse des roues, à la température de fonctionnement, et dans d'autres conditions variables, et de conférer en même temps à ces sabots une durée d'utilisation plus longue et un effet d'abrasion moins grand sur les roues des véhicules.
Les éléments utilisés pour préparer la matière conforme à l'invention et destinée à fabriquer des sabots de frein sont indiqués dans le
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tableau ci-dessous,avec leurs proportions en poids : Eléments Pourcentage en poids Caoutchouc en poudre 4 à 10 (naturel ou synthétique) Résines phénoliques 8 à 15
Fibre d'amiante courte 12 à 20 Noir de fumée 0 à 10 Copeaux de fonte (qui peuvent passer à 60 à 75 travers un tamis à mailles de 6,35 mm et qui sont retenus par un tamis à mailles de 1,58 mm
On trouve par exemple qu'une composition comprenant 4 % de caout- chouc en poudre, 8 % de résines phénoliques, 13 % de fibre d'amiante, et 75 % de copeaux de fonte, dont les dimensions sont comprises dans la mar- ge spécifiée,
sans noir de fumée, permet d'obtenir les propriétés physi- ques désirables d'un sabot de frein quand n la prépare suivant le procé- dé décrit plus loin; on peut également obtenir les propriétés désirées avec une composition comprenant 5 % de noir de fumée, 5 % de caoutchouc
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en poudre, 10 % de résines phénoliques,14 e de fibre d'amiante, et &6 de copeaux de fonte ayant des dimensions comprises dans la marge indiquée. .Pour appliquer 1.'invention à la fabrication de sabots de frein
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possédant les propriétés et àà9 été9iùtiqués désirées, "11'faut appliquer le procédé suivant " 'enl'o'bsepant ; avec-soin les pourcentages, .- \-#L.r en poids'indiqués ci#dessus'pour les d1±!érents"ngrédients.
On mélange d'une manière appropriée es ingrédients.à-l'état sec dans un mélangeur, on forme ou façonne une quantité appropriée du mélange sec dans un..moule sous pression, on chauffe le mélange sec et moulé à une température suffisante pour ramollir la résine qu'il contient, on place le mélange moulé et chauffé dans un moule chaud de sabot de frein, et on lui applique de nouveau une pression, par.exemple au moyen d'une presse hydraulique, afin de le rendre plus compact et de le maintenir compact pendant que la chaleur fournie par le moule durcit ou vulcanise le sabot de frein ainsi formé.
Conformément aux caractéristiques de l'invention, l'opération consistant à former ou façonner à l'avance le mélange sec des éléments devant constituer le sabot de frein a pour but de rendre ce mélange assez compact pour éviter que de l'air n'y soit emprisonné pendant les opérations ulté-
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rieures de pré-chauffage et de "'rulc'3.t1isation ;
le but de l'opération de préohauffage -dû mélange sec et ayant subi un premier formage est de ramollir la résine du mélange avant de soumettre celui-ci à une 'pression dans le moule de sabot de frein, de manière que cette pression puisse réaliser une compacité finale maxima et uniforme, à travers toute la masse du sabot de frein ainsi formé, et effectuer également un mélange intime des résines, mélange qui constitue un agent de liaison entre les autres éléments de la composition.
Puisque-l'application initiale de chaleur au mélange à une température suffisante pour ramollir les résines contenues dans celui-ci est également capable de durcir ces résines, si cette application de chaleur
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dure assez longtemps,et. pLsqBe-'led['dJSBëBent.SE#inea du. mélange 6npêèhe.d' 0 b- ttenirhe une compacité uniforme et un mélange intime des éléments pendant l'application de pression ultérieure, il est important que la température à laquelle le mélange sec subit un premier chauffage soit simplement suffisantepour ramollir les résines à travers toute la masse du mélange, sans produire aucun durcissement de l'une quelconque des résines.
On a constaté
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par exemple qu'on pouvait obtenir un ramollissement sans durcissement des résines, pour un mélange de 2,265 kilos de différents ingrédients, formé d'une manière appropriée dans un récipient; ., en chauffant ce mélange, ayant subi ainsi un premier formage, dans un four à circulation d'air pendant environ 30 minutes et à une température comprise entre 93 C et 107 C, ou encore en le chauffant dans un réchauffeur à diélectrique du type des géné- rateurs électroniques de chaleur (tel que celui fabriqué par W.T.LAROSE et
Cie, sous la marque de fabrique "THERMAL") pendant un:tmps moindre, par exemple 10 minutes, à une température comprise.' entre 93 C et 149 C;
le procédé de chauffage au four exige une durée de chauffage beaucoup plus grande , pour faire pénétrer la chaleur à l'intérieur de la masse ayant subi le formage préalable, et une température faible pour empêcher le dur- cissement de la résine à la surface extérieure de la masse pendant la du- rée relativement longue du chauffage ; leprocédé de chauffage par diélec- triqueen chauffant simultanément toutes les parties de la masse, accélè- re le ramollissement des résines et permet ainsi dè rendre la température de préchauffage moins critique et beaucoup plus indépendante délia masse du mélange .
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La température du moule chaud, dans lequel on place la quantité appropriée de matières ayant subi le préchauffage et le préformage, est comprise de préférence entre 149 C et 171 C de manière à accélérer le durcissement de ces matières pendant qu'elles sont soumises à la pression. A une telle température et à une pression de 245 kg/cm2, le durcissement peut être terminé au bout de 40 minutes environ, après quoi on supprime la pression, on retire le sabot terminé du moule et on le laisse refroidir.
Il faut souligner le fait que, si les ingrédients mentionnés cidessus et utilisés dans le sabot de frein conforme à l'invention ont déjà été utilisés dans le passé dans les compositions variées de fabrication des sabots de frein, l'emploi de tous ces éléments ensemble et dans les proportions indiquées plus haut est cependant nouveau, autant qu'on le sache, et permet de réaliser un sabot de frein très supérieur à tous ceux fabriqués jusqu'à présent.
REVENDICATIONS
1 ) Composition possédant les caractéristiques voulues pour la fabrication des sabots de frein des véhicules de chemin de fer, caractérisée par le fait qu'elle comprend des résines phénoliques, du caoutchouc, de la fibre d'amiante et des copeaux de fonte.
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The present invention relates to a material intended primarily for constituting brake shoes for railway wagons, but which can also be used for other applications.
It is desirable that the brake shoes of railway vehicles have a relatively long service life and that they do not produce excessive wear on the wheels to which they are applied.
It is also of paramount importance that their frictional characteristics allow strong braking with a relatively low control force, so that a relatively light and efficient brake linkage can be used on the vehicle, and that these characteristics - friction characteristics are constantly uniform, that is to say do not apply for different travel speeds of the vehicle, for different temperatures of the braking surfaces of the brake shoes and of the wheels, as well as for other varied operating conditions, for example the case of dry rails and that of wet rails. Heretofore, as far as is known, no material has been found to give a brake shoe all of these desirable characteristics.
Cast iron brake shoes, which to some extent possess the various desirable characteristics mentioned above, have been in use for a long time, but they do not provide the desired runtime, nor the consistent braking of a vehicle in a range. range of speeds, or over a wide range of brake shoe and wheel temperatures, or under conditions different from the condition of the rails which may be for example wet, dry, frozen, etc .; on the other hand, cast iron brake shoes quite often deteriorate vehicle wheels as a result of excessive wear and / or heating of the rim resulting from the engagement of the wheel, this deterioration appearing under the form of fine cracks on the surface of the rim;
the result is that the wheels must be replaced prematurely or the surface of their rim must be machined again.
Many attempts have been made in the past, but-as far as we know, without any success, to develop certain materials capable, either by themselves or by various combinations with cast iron, to provide the various desirable characteristics mentioned above to a greater extent than the commonly used cast iron brake shoes.
The main object of the present invention is therefore to provide a special composition intended particularly for the constitution of the brake shoes of railway vehicles and capable of satisfying more completely all the characteristics mentioned above, which it is desirable to find. in a brake shoe; the present invention achieves this object to a more complete extent than has heretofore been done, so far as is known.
It has been found that a certain material obtained, with elements combined in certain proportions, by the process which will be described a little further on, allows, better than any other material known hitherto and used for brake shoes, to to manufacture shoes having excellent and stable friction characteristics under different conditions relating to wheel speed, operating temperature, and other variable conditions, and at the same time to give these shoes a longer service life long and less abrasion effect on vehicle wheels.
The elements used to prepare the material according to the invention and intended to manufacture brake shoes are indicated in the
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table below, with their proportions by weight: Elements Percentage by weight Rubber powder 4 to 10 (natural or synthetic) Phenolic resins 8 to 15
Short asbestos fiber 12 to 20 Carbon black 0 to 10 Cast iron shavings (which can pass 60 to 75 through a 6.35 mm mesh screen and which are retained by a 1.58 mm mesh screen
It is found, for example, that a composition comprising 4% of powdered rubber, 8% of phenolic resins, 13% of asbestos fiber, and 75% of cast iron shavings, the dimensions of which are included in the range. specified,
without carbon black, provides the desirable physical properties of a brake shoe when prepared by the process described below; the desired properties can also be obtained with a composition comprising 5% carbon black, 5% rubber
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powder, 10% phenolic resins, 14% asbestos fiber, and & 6 cast iron shavings having dimensions within the indicated margin. To apply the invention to the manufacture of brake shoes
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possessing the desired properties and properties, the following procedure should be applied "with the sparing; with care the percentages, .- \ - # L.r by weight 'indicated above' for the d1 ±! erent "ingredients.
The ingredients are suitably mixed in a dry state in a blender, a suitable amount of the dry mixture is formed or shaped in a pressure mold, the dry and molded mixture is heated to a temperature sufficient to soften the resin it contains, the heated, molded mixture is placed in a hot brake shoe mold, and pressure is applied again, for example by means of a hydraulic press, in order to make it more compact and to keep it compact while the heat supplied by the mold hardens or vulcanizes the brake shoe thus formed.
In accordance with the characteristics of the invention, the operation consisting in forming or shaping in advance the dry mixture of the elements to constitute the brake shoe aims to make this mixture compact enough to prevent air from entering it. be imprisoned during subsequent operations
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pre-heating and "rulc'3.t1isation" stages;
the purpose of the preheating operation -dû dry mixture and having undergone a first shaping is to soften the resin of the mixture before subjecting it to a pressure in the brake shoe mold, so that this pressure can achieve maximum and uniform final compactness, across the entire mass of the brake shoe thus formed, and also to effect an intimate mixture of the resins, a mixture which constitutes a binding agent between the other elements of the composition.
Since - the initial application of heat to the mixture at a temperature sufficient to soften the resins contained therein is also capable of curing these resins, if this application of heat
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lasts long enough, and. pLsqBe-'led ['dJSBëBent.SE # inea du. To maintain uniform compactness and intimate mixing of the elements during subsequent pressure application, it is important that the temperature at which the dry mixture undergoes first heating is simply sufficient to soften the resins throughout. the mass of the mixture, without producing any hardening of any of the resins.
We observed
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for example that a softening could be obtained without hardening of the resins, for a mixture of 2,265 kilos of different ingredients, suitably formed in a container; ., by heating this mixture, thus having undergone a first forming, in an air-circulating oven for approximately 30 minutes and at a temperature between 93 C and 107 C, or else by heating it in a dielectric heater of the type electronic heat generators (such as the one manufactured by WTLAROSE and
Co., under the trademark "THERMAL") for a shorter time, for example 10 minutes, at a temperature included. between 93 C and 149 C;
the furnace heating process requires a much longer heating time to penetrate heat into the interior of the preformed mass and a low temperature to prevent hardening of the resin on the outer surface mass during the relatively long heating time; The dielectric heating process by simultaneously heating all parts of the mass, accelerates the softening of the resins and thus makes it possible to make the preheating temperature less critical and much more independent of the mass of the mixture.
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The temperature of the hot mold, in which the appropriate amount of preheated and preformed materials is placed, is preferably between 149 C and 171 C so as to accelerate the hardening of these materials while they are subjected to the pressure. At such a temperature and a pressure of 245 kg / cm2, the hardening can be completed after about 40 minutes, after which the pressure is released, the finished shoe is removed from the mold and allowed to cool.
It should be emphasized that, although the ingredients mentioned above and used in the brake shoe according to the invention have already been used in the past in the various compositions for manufacturing brake shoes, the use of all these elements together and in the proportions indicated above is however new, as far as we know, and allows to achieve a brake shoe much superior to all those manufactured so far.
CLAIMS
1) Composition having the desired characteristics for the manufacture of brake shoes for railway vehicles, characterized in that it comprises phenolic resins, rubber, asbestos fiber and cast iron chips.