DE10028862C2 - Reibbelag und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibbelag mit einer Haupt- Reibfläche, die mindestens eine während des Einlaufvorganges als Reibfläche dienende Erhebung aufweist, wobei sich die Erhebung im wesentlichen entlang mindestens eines Teilbe­ reichs des Außenumfangs der Haupt-Reibfläche erstreckt. Der­ artige Reibbeläge werden beispielsweise für Bremsen, insbe­ sondere Scheibenbremsen, oder Kupplungen verwendet.

Reibbeläge sollen möglichst bereits bei ihrem Erstein­ satz einen hohen Reibwert aufweisen. Ein unbehandelter Belag weist nach seiner Herstellung jedoch in aller Regel einen niedrigen Reibwert auf. Erst nach einer gewissen Einlaufzeit bildet sich auf der Oberfläche des Reibbelags ein Abrieb, die sogenannte Reibkohle, die den Reibwert erhöht.

Gerade bei Bremsen wird aus Sicherheitsgründen von An­ fang an eine gute Bremswirkung verlangt. Der Reibbelag wird daher häufig einer Nachbehandlung unterzogen, die zu einer Erhöhung des Reibwerts führt.

Es ist bekannt, den Reibbelag mit Green-Coating zu be­ schichten. Green-Coating enthält abrasives Material mit ei­ nem hohen Reibwert, so daß bereits beim ersten Einsatz des Reibbelags eine gute Kraftübertragung auf den Reibpartner - z. B. bei einer Scheibenbremse die Bremsscheibe - gewährlei­ stet ist. Nachdem die Beschichtung aufgebraucht ist, fällt jedoch der Reibwert wieder ab, da unter dem Green-Coating der unbehandelte Reibbelag hervortritt. Die Bremswirkung un­ behandelter Reibbeläge erreicht häufig nicht einmal gesetz­ liche Werte.

Es ist ferner bekannt, einen Reibbelag thermisch nachzu­ behandeln. Der Reibbelag wird beispielsweise auf eine heiße Platte gepreßt oder mit Gasflammen bearbeitet. Durch die Verkohlung der Reibbelagoberfläche steigt der Reibwert. Ein derartiges Verfahren ist kosten- und zeitintensiv und bela­ stet darüber hinaus die Umwelt.

Man ist daher dazu übergegangen, den Reibbelag bereits bei seiner Herstellung zu strukturieren. Die DE 196 14 268 C1 und die US 2,150,186 beschreiben einen gattungsgemäßen Reibbelag. Der bekannte Reibbelag weist über seiner gesamten Fläche verteilte Stege auf, die während des Einlaufvorganges die Reibfläche bilden. Die Stege erhitzen sich sofort bei Reibkontakt mit dem Reibpartner, und es bildet sich die für einen hohen Reibwert erforderliche Reibkohle.

Der bekannte Reibbelag hat im wesentlichen drei Nach­ teile. Erstens ist die Herstellung des für die Fertigung des Reibbelags benötigten Preßstempels teuer. Die Struktur ist relativ kompliziert aufzubringen. Zweitens hat sich der Preßstempel im Betrieb als sehr wartungsintensiv erwiesen. Die Zwischenräume zwischen den Stegen verkleben beim Pressen und müssen häufig gereinigt werden. Ein dritter Nachteil des bekannten Reibbelags besteht darin, daß nicht vorherbestimmt werden kann, welcher Bereich der Reibbelagfläche, also wel­ che Stege zuerst zur Anlage an den Reibpartner gelangen. Dies liegt in erster Linie an den Fertigungstoleranzen, so daß ein Bereich der Stege weiter von der Reibfläche absteht und damit eher angreifen kann als der Rest. Bei einem Kraft­ fahrzeug kann dies zu einem ungleich verteilten Bremsbild führen. Im Extremfall "zieht" der Wagen bei einer Bremsung zu einer Seite. Ein nachträgliches Planschleifen des Reibbe­ lags würde zwar diesen Nachteil beheben, jedoch einen weite­ ren Fertigungsschritt bedeuten und damit den Zeit- und Ko­ stenfaktor erhöhen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Reibbelag zu schaf­ fen, der in wirtschaftlicher Weise zu fertigen ist und den­ noch eine äußerst kurze Einlaufzeit gewährleistet, mit der Maßgabe einer möglichst genau definierbaren Tragfläche schon während des Einlaufvorganges.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Bildung der Erhebung die Haupt-Reibfläche im wesentli­ chen konkav ausgebildet ist.

Zwar ist aus der die DE 100 15 206 A1 ein Reibbelag be­ kannt, der beidseitig wellenförmig auf eine elastische Kupp­ lungsscheibe aufgebracht ist, wobei die Wellenformen konkave Abschnitt bilden. Nicht erzeugt wird jedoch eine insgesamte konkave Form der Reibfläche, deren erhabene Abschnitte am Rand der Reibfläche verlaufen. Wird die Kupplungsscheibe be­ tätigt, kommt ihre Elastizität zur Wirkung. Die Kupplungs­ scheibe verformt sich und glättet die beidseitigen Wellen­ formen. Es entstehen also ebene Reibflächen. Das durch die Wellenform hervorgerufene Verhalten der elastischen Kupp­ lungsscheibe dient dazu, ein weiches Einkuppeln zu ermögli­ chen. Eine Beeinflußung des Einlaufverhaltens eines neuen Reibbelags ist in der Druckschrift nicht angesprochen.

Die Erfindung vereint mehrere Vorteile. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß der Preßstempel für den Reibbelag sehr einfach zu fertigen ist. Es muß keine komplizierte To­ pographie - etwa eine zeilenweise Anordnung von Stegen oder Noppen - auf den Preßstempel aufgebracht werden. Dennoch bildet(n) die Erhebung(en) im Bereich des Außenumfangs in­ nerhalb kürzester Zeit so viel Reibkohle, daß ein ausrei­ chend hoher Reibwert gewährleistet ist.

Auch der Überwachungs- und Wartungsaufwand des Preßstem­ pels während der Herstellung des Reibbelags ist sehr gering. Das Reibbelagmaterial kann sich nicht im Preßstempel fest­ setzen, wie es bei dem bekannten Reibbelag der Fall ist.

Durch die Erhebungen im Bereich des Außenumfangs werden definierte Kontaktstellen geschaffen. In die Berechnung des mittleren Reibwerts eines Scheibenbremsbelags gehen u. a. der Außen- und der Innendurchmesser der Reibfläche ein. Die An­ ordnung der Erhebung am Außendurchmesser und am Innendurch­ messer erleichtert eine zuverlässige Berechnung eines theo­ retischen mittleren Reibwerts. Bei einer über den gesamten Reibbelag verteilten Struktur ist dies hingegen nicht mög­ lich, da - wie eingangs erwähnt - nicht vorherbestimmt wer­ den kann, welcher Bereich des Reibbelags zuerst zur Reiban­ lage kommt.

Es hat sich gezeigt, daß zur ausreichenden Bildung von Reibkohle keine großflächige Strukturierung der Reibbelag­ fläche erforderlich ist. Da die Erhebungen am Rand der Reib­ fläche selbst lediglich eine kleine Kontaktfläche aufweist, verbrennen sie sofort bei hohen Temperaturen, und es bildet sich in ausreichendem Maße Reibkohle, um dem Reibbelag schnell eine gute Reibwirkung zu verleihen.

Ein wesentlicher weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß auf einen Schleifvorgang zur Einhaltung vorgege­ bener Toleranzen verzichtet werden kann. Die geringe Kon­ taktfläche der Erhebung führt dazu, daß ein etwaiges Übermaß augenblicklich abgetragen wird. Dies ist bei eben ausgebil­ deten Reibflächen ersichtlich nicht der Fall. Daher müssen dort die Reibbeläge auf das vorgegebene Maß geschliffen wer­ den. Dies stellt nicht nur einen zusätzlichen Arbeitsgang dar, sondern außerdem auch eine erhebliche Umweltbelastung. Hinzu kommt, daß wertvolles Reibmaterial verloren geht und entsorgt werden muß.

Die konvexe Form des Preßstempel-Endes ist einfach zu fertigen. Die Ausbildung der konkaven Form und damit auch der Übergang zu den Erhebungen können z. B. derart gewählt werden, daß die Erhebungen relativ steil aufragen - sie also schnell abgetragen werden - und der Übergang zur Haupt-Reib­ fläche dennoch "weich" ist. Es kann also auf einfachem Wege eine schlagartige Reibwertänderung vermieden werden. Hierzu kann die Querschnittsform des Preßstempel-Endes im wesentli­ chen dreieckig gewählt werden. Der Preßstempel erzeugt dann eine lineare Zunahme der Dicke der Erhebung ausgehend von den Rändern. Die Anordnung kann so gewählt werden, daß die geneigten Innenflächen der Erhebung im Zentrum aneinander stoßen. Alternativ zu einer spitzen Querschnittsform der Er­ hebung wird vorgeschlagen, die Haupt-Reibfläche im wesentli­ chen ballig-konkav auszubilden. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, die Abrieb-Charakteristik an einen gewünschten Zeitverlauf anzupassen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist da­ durch gekennzeichnet, daß die Erhebung durchgängig ausgebil­ det ist. Dies hat den Vorteil, daß sich der Abrieb innerhalb der Erhebung sammeln kann und nicht durch den Reibpartner, z. B. die Bremsscheibe, aus dem Reibbelagbereich heraus ge­ tragen wird. Der Abrieb steht als von Anfang an in vollem Maße als "Reibungsverstärker" zur Verfügung. Es sei darauf hingewiesen, daß zum Erreichen des Sammeleffekts grundsätz­ lich auch durchbrochene Erhebungen vorgesehen werden können, z. B. Erhebungen im Bereich des Ein- und Auslaufs oder ledig­ lich eine Erhebung im Bereich des Auslaufs. Da für eine gute Reibwirkung die radiale Erstreckung der Reibfläche maßgeb­ lich ist, können zusätzlich auch Erhebungen entlang des In­ nen- und/oder Außenumfangs der Reibfläche vorgesehen werden. Ein Preßstempel, der eine durchgängige Erhebung erzeugt, ist jedoch besonders einfach zu fertigen.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß die Haupt-Reibfläche und zumindest ein Teil der Erhebung mit Green-Coating beschichtet ist. Green-Coa­ ting verleiht dem Reibbelag von Beginn an einen hohen Reib­ wert. Bei entsprechender Ausbildung der Erhebung kommt das Reibbelagmaterial mit dem Reibpartner in Kontakt, bevor das Green-Coating aufgebraucht ist. Es bildet sich also bereits Reibkohle, während noch genügend Green-Coating vorhanden ist. Somit ist also stets ein hoher Reibwert gewährleistet. Insbesondere ein Reibwertabfall - wie er bisher bei ebenen mit Green-Coating beschichteten Reibflächen aufgetreten ist - bleibt aus. Dies gilt insbesondere für die balligen Aus­ bildungen der Reibfläche.

Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem ein Reibmaterial auf eine Trägerplatte aufgepreßt wird, ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß in das Reibmaterial eine konkave Vertiefung eingepreßt wird, die einen um den Reibbelag herumlaufenden, gratförmigen Rand aufweist. Die Vertiefung wird vorzugsweise von schrägen oder gekrümmten Flächen begrenzt, die ohne Bil­ dung eines Bodens oder unter Bildung eines lediglich klein­ flächigen Bodens ineinander übergehen. Auch können schräge und gekrümmte Flächen miteinander kombiniert werden. In je­ dem Fall bildet der gratförmige Rand beim ersten Kontakt mit seinem Reibpartner augenblicklich Reibkohle, die den ge­ wünschten Reibwert gewährleistet. Der Abrieb sammelt sich innerhalb der Vertiefung und trägt dazu bei, den Verschleiß zu minimieren.

Besonders vorteilhaft ist es, die Vertiefung mit Green- Coating zu füllen, und zwar vorzugsweise derart, daß das Green-Coating eine mit dem gratförmigen Rand des Reibmateri­ als fluchtende Fläche bildet. Green-Coating hat, wie bereits erwähnt, einen hohen Reibwert. Sein Flächenanteil vermindert sich stetig mit zunehmendem Flächenanteil der Reibkohle. Der Übergang kann bis zum Aufbrauchen des Green-Coating stetig verlaufen. Lediglich wenn die Vertiefung einen ebenen Boden besitzt, kann es zu einem Reibwert-Sprung kommen, der aller­ dings im Hinblick auf die kleine Fläche des Bodens nur ge­ ringfügig ist.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Bremsbelag für eine Scheibenbremse, wobei auf eine Trägerplatte 1 ein Reibbelag 2 aufgepreßt ist, und zwar unter Zwischenschaltung einer Underlayer 3.

Der Reibbelag 2 weist eine Haupt-Reibfläche 4 auf, die ballig-konkav ausgebildet ist und dementsprechend am Rand des Reibbelags 2 eine Erhebung 5 bildet, die einen im vor­ liegenden Fall um den Reibbelag 2 herumlaufenden gratförmi­ gen Rand bildet.

Die von der Haupt-Reibfläche 4 begrenzte Vertiefung ist mit Green-Coating 6 gefüllt, und zwar bis zum gratförmigen Rand der Erhebung 5.

Die Vertiefung wird beim Aufpressen des Reibbelags 2 auf das Trägerblech 1 erzeugt, und zwar von einem Preßstempel, der eine extrem einfache Kontur besitzt. Er arbeitet daher praktisch wartungsfrei. Nach Beendigung des Preßvorganges wird der Reibbelag 2 ausgehärtet und ist sodann zur Aufnahme der Green-Coating 6 bereit. Eines zwischengeschalteten Schleifvorganges bedarf es nicht. Ein etwaiges Übermaß wird nämlich bei der ersten Inbetriebnahme der Bremse augenblick­ lich abgearbeitet.

Das Material der Green-Coating besitzt einen hohen Reib­ wert bei geringer Standfestigkeit. Der gratförmige Rand der Erhebung 5 überträgt daher den wesentlichen Anteil der An­ preßkraft, wobei sich an der scharfen Kante eine hohe Flä­ chenpressung ergibt. Dies führt zu einer starken Erwärmung, die wiederum Reibkohle erzeugt und dadurch den Reibwert des Reibbelags 2 entsprechend erhöht. Die wirksame Fläche des Reibbelags 2 nimmt also stetig zu, und zwar in gleichem Ma­ ße, wie das Material der Green-Coating 6 abgetragen wird. Als Folge tritt bei der Abnutzung des Bremsbelags keine sprunghafte Änderung des Reibwertes auf.

Die umlaufende Erhebung 5 läßt von Anfang an eine exakte Bestimmung der Bremswirkung zu. Außerdem verschleißt der Reibbelag 2 von außen nach innen, was im Hinblick auf ein gleichmäßig verteiltes Tragbild erstrebenswert ist, da hier­ durch der errechnete mittlere Reibwert an allen Bremsen ei­ nes Fahrzeugs gleichermaßen erreicht wird. Auf das Green- Coating 6 kann verzichtet werden. Zwar entfällt dann dessen Beitrag zum Reibwert, jedoch beschleunigt sich die Ausbil­ dung der Reibkohle am gratförmigen Rand der Erhebung 5. Hinzu kommt, daß sich in der von der Haupt-Reibfläche 4 ge­ bildeten Vertiefung der im Zuge des Verschleißes entstehende Abrieb sammelt und seinerseits zur Erhöhung des Reibwertes beiträgt.

Im übrigen kann die Haupt-Reibfläche 4 gebildete Vertie­ fung einen ebenen Boden aufweisen. Dessen Fläche sollte al­ lerdings klein gehalten sein.

Claims (8)

1. Reibbelag mit einer Haupt-Reibfläche (4), die minde­ stens eine während des Einlaufvorganges als Reibfläche die­ nende Erhebung (5) aufweist, wobei sich die Erhebung (5) im wesentlichen entlang mindestens eines Teilbereichs des Außenumfangs der Haupt-Reibfläche (4) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Erhebung (5) die Haupt-Reibfläche (4) im wesentlichen konkav ausgebildet ist.

2. Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung (5) durchgängig ausgebildet ist.

3. Reibbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erhebung eine spitze Querschnittsform auf­ weist.

4. Reibbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Haupt-Reibfläche (4) im wesentlichen bal­ lig-konkav ausgebildet ist.

5. Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt-Reibfläche (4) einschließlich zumindest eines Teils der Erhebung (5; 7) mit Green-Coating (6) beschichtet ist.

6. Scheiben-Brems- oder Kupplungsbelag mit einem Reib­ belag nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

7. Verfahren zum Herstellen eines Reibbelags, bei dem ein Reibmaterial gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Underlayer auf eine Trägerplatte aufgepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das Reibmaterial eine ballig-konkave Vertiefung eingepreßt wird, die einen um den Reibbelag herumlaufenden, gratförmigen Rand bildet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung mit Green-Coating gefüllt wird, das eine mit dem gratförmigen Rand des Reibmaterials fluchtende Flä­ che bildet.