DE102005030619A1

DE102005030619A1 - Bremsbelag für eine Scheibenbremse eines Fahrzeuges, insbesondere eines Schnienenfahrzeuges

Info

Publication number: DE102005030619A1
Application number: DE102005030619A
Authority: DE
Inventors: Gabriel MÜLLER; Xaver Dr. Wirth
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: DE102005030619B4

Abstract

Ein Bremsbelag für eine Scheibenbremse eines Fahrzeuges, vorzugsweise eines Schienenfahrzeuges, mit mehreren an einer Trägerplatte (2) befestigten Reibelementen (1), die jeweils einen metallischen Belagträger und einen an diesem befestigten Reibbelag (3) insbesondere aus einem Sintermetall aufweisen, ist so ausgebildet, dass an wenigstens einem der Reibelemente (1), vorzugsweise an jedem der Reibelemente (1), zur Unterbrechung oder Minderung der Übertragung von Schallschwingungen mindestens ein Dämpfungselement vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bremsbelag für eine Scheibenbremse eines Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeuges, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Bremsbeläge sind beispielsweise aus der EP 0 784 761 B1 bekannt. Hier weist jedes der Reibelemente einen die Bremsscheibe im Bremsfall reibend kontaktierenden Reibbelag aus einem Sintermetall auf.

Prinzipiell bieten Reibbeläge aus einem Sintermetall gegenüber anderen, nicht metallischen Reibbelägen erhebliche Vorteile. Dies betrifft insbesondere eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie die Vermeidung von Geruchs- oder Rauchbelästigungen.

Nachteilig ist jedoch, dass die Sintermetalle beim Bremsbetrieb Quietschgeräusche verursachen, vor allem aufgrund der materiellen Anbindung an die Trägerplatte, durch die die Quietschgeräusche erzeugenden Schwingungen ungehindert entstehen können.

Diese für die Passagiere äußerste unangenehmen Geräusche stehen einer breiten Einführung, insbesondere im Personen-Nahverkehr im Wege.

Trotz vieler Versuche durch Materialmischungen oder konstruktive Gestaltungen der Reibbeläge sind bislang keine befriedigenden Lösungen gefunden worden, die einen breiten akzeptablen Einsatz metallischer Reibbeläge ermöglicht hätten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Bremsbelag der gattungsgemäßen Art so weiter zu entwickeln, dass seine Benutzungsakzeptanz verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Bremsbelag gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Danach ist mindestens an einem der, vorzugsweise an jedem der Reibelemente insbesondere zwischen jedem Reibelement und der Trägerplatte zur Unterbrechung oder Minderung der Übertragung von Schallschwingungen ein Dämpfungselement vorgesehen.

Durch diese konstruktive Maßnahme wird erreicht, dass die Reibelemente schwingungstechnisch von der Trägerplatte abgekoppelt sind. Überraschend hat sich gezeigt, dass dadurch das beschriebene unangenehme Quietschen nicht mehr auftritt.

Zwar sind geräuschdämmende Schichten z.B. aus einem Elastomer von Bremsbelägen für Kraftfahrzeuge an sich bekannt. Über diese erfolgt aber i.d.R. keine Übertragung von Bremskräften. Nicht erwogen wurde zudem der Einsatz derartiger Elemente an den sehr heiß werdenden gattungsgemäßen Bremsbelägen für Schienenfahrzeuge, die eine Mehrzahl von Reibelementen mit metallischen Belagträgern und einzelnen Sintermetallbelägen an einer übergeordneten Trägerplatte aufweisen.

Insofern führt die Erfindung zu einem Bremsbelag, der die Vorteile eines nicht metallischen Reibbelages (Vermeidung von Quietschgeräuschen) mit den Vorteilen der metallischen Reibbeläge, also Reibbelägen aus Sintermetall, vereinigt, als da sind: die genannte hohe Temperaturbeständigkeit und die nicht vorhandene Geruchs- oder Rauchbelästigung, wobei insbesondere die hohe Temperaturbeständigkeit in Verbindung mit Bremsscheiben aus Stahl oder Grauguss gegeben ist.

Um die bei dem Bremsvorgang auftretenden hohen Querkräfte zu übertragen, ist das Dämpfungselement in Form einer Dämpfungsschicht aus entsprechend beanspruchbaren Materialien gefertigt. Beispielhaft sind zu nennen: Gewebe aus hochtemperaturfesten Garnen, aus denen aufeinander liegende, zu Matten gewebte Einzelschichten gefertigt sein können; Lagen von aufeinander liegenden dünnen metallischen Blechen; Lagen von Hochtemperatur-Papieren, die bis zu einer Hitzebeständigkeit von 1200° Celsius im Handel erhältlich sind, oder Drahtgeweben. Nicht geeignet erscheinen Elastomere.

Bevorzugt besteht die Dämpfungsschicht aus mehreren Lagen verschiedener Werkstoffe. Dabei werden dünne metallische Formteile und Dämpfungsschichten abwechselnd geschichtet.

Die metallischen Formteile sind so dimensioniert, dass ihre Schwingeigenfrequenz in etwa der Frequenz des Bremsbelages entspricht, die zu den genannten Quietschgeräuschen führt. Die angeregte Schwingamplitude wird durch die benachbarten Dämpfungslagen sozusagen aufgezehrt, die Schwingungsenergie also „vernichtet".

Je nach Dicke der einzelnen Zwischenlage können bis zu 10 einzelne Zwischenlagen angeordnet sein, bevorzugt sind zwischen 1 und 5 Zwischenlagen vorgesehen.

Die metallischen Formteile innerhalb einer Dämpfungsschicht können aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, beispielsweise Stahl und Kupfer. Dadurch werden bei gleicher Geometrie unterschiedliche Eigenfrequenzen erreicht.

Wesentlich ist, dass die Dämpfungsschicht in ihrem Verhalten elastisch oder quasi elastisch ist, um eine Dämpfung der das Quietschen verursachenden Schwingungen zu erreichen.

Insbesondere bei Bremsbelägen, wie sie aus der bereits zitierten EP 0 837 260 B1 , aber auch aus der EP 0 784 761 B1 oder der DE 197 09 962 C1 bekannt sind, lässt sich die Erfindung besonders wirkungsvoll realisieren.

Bei diesen Bremsbelägen lagern die Reibbeläge mit einer kugelabschnittsförmigen Rückseite in daran angepassten kalottenartigen Vertiefungen der Trägerplatte, wobei das den Reibbelag bildende Sintermetall mit einer Elementträgerplatte verbunden ist, die die kugelabschnittsförmige Ausbeulung aufweist.

Diese innere Belagträgerplatte weist eine daran angepasste äußere Anschlussplatte auf, die in der Kalotte liegt und zwischen denen die Dämpfungsschicht zur Dämpfung angeordnet ist. Diese Dämpfungsschicht kann sowohl lose eingelegt sein als auch mit einer oder beiden der benachbarten Platten verbunden sein.

Wirkt eine Belaganpresskraft durch eine Zuspannvorrichtung sowie eine tangentiale Reibkraft auf das Reibelement während des Bremsvorganges, so wird die resultierende Kraft radial durch die Kugelflächen in die Trägerplatte geleitet.

Die quasi elastische Dämpfungsschicht führt zu einer Trennung der Metallteile mit der Folge einer Dämpfung der angeregten, das Quietschen verursachenden Schwingungen.

Aber selbst bei Verzicht auf die Dämpfungsschicht wird eine Schwingungsdämpfung allein schon durch die Reibung der beiden aufeinander liegenden Elementträgerplatten erreicht.

Der erfindungsgemäße Bremsbelag zeichnet sich überdies durch einen sehr einfachen Aufbau aus, wobei selbst bereits ausgelieferte und im Serieneinsatz sich befindende Bremsbeläge nachrüstbar sind. Das Funktionsprinzip des Belages wird durch den geschilderten Schichtaufbau nicht beeinträchtigt.

Die Standzeit nachgeordneter Bauteile, wie beispielsweise Tellerfedern, mit denen die Reibelemente rückseitig an der Trägerplatte angeschlossen sind, wird durch die vorhandene wärmeisolierende Wirkung der Dämpfungsschicht gesteigert, woraus sich eine durchaus nennenswerte Senkung der Betriebskosten ergibt.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 einen Teilausschnitt eines erfindungsgemäßen Bremsbelages in einer Draufsicht
2 bis 5 jeweils unterschiedliche Ausführungsbeispiele in einem Teilausschnitt des Bremsbelages in geschnittenen Seitenansichten
In der 1 ist ein Bremsbelag für eine Scheibenbremse eines Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeuges, dargestellt, der eine Trägerplatte 2 aufweist, an der mehrere Reibelemente 1 befestigt sind, die bei Bremsbetätigung an die Reibfläche einer nicht dargestellten Bremsscheibe anpressbar sind. Dabei besteht jedes Reibelemente 1 aus einem Belagträger 4, der mit der Trägerplatte 1 in Verbindung steht, und einem mit dem Belagträger 4 verbundenen Reibbelag 3.
Bei dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedes Reibelement 1 kippbar an der Trägerplatte 2 gelagert, wozu an dem Belagträger 4 ein Verbindungszapfen 8 angeschlossen ist, der die Trägerplatte 2 durchtritt und rückseitig mittels einer Feder, beispielsweise einer Klammerfeder, die sich an der Trägerplatte 2 abstützt und in den Verbindungszapfen 8 eingreift, gehalten wird.
Für eine begrenzte Bewegung ist das Reibelement in einer Kalotte 9 der Trägerplatte 2 gelagert, wobei das Reibelement 1 auf seiner der Trägerplatte 2 zugewandten Seite eine kugelabschnittförmige Ausformung 10 aufweist.
Diese in der Kalotte 9 der Trägerplatte 2 einliegende Ausformung 10 ist in eine Anschlussplatte 5 eingebracht, deren Querschnittskontur an die der Belagträgerplatte 4 angepasst ist.
Zwischen der Anschlussplatte 5 und der Belagträgerplatte 4 ist eine Dämpfungsschicht 6 angeordnet und mit der Anschlussplatte 5 und der Belagträgerplatte 4 verbunden, durch die bei einem Bremsvorgang entstehende Schwingungen zumindest so weit gedämpft werden, dass keine Quietschgeräusche entstehen.
Die Anschlussplatte 5 und die Belagträgerplatte 4, ohne die Dämpfungsschicht 6, bildeten bislang eine einstückige Einheit. Wie sich überraschend gezeigt hat, reicht schon allein schon die stoffliche Trennung in eben diese Anschlussplatte 5 und die Belagträgerplatte 4 aus um die sich im Fall der Einstückigkeit bildende Schallbrücke zu unterbrechen. Ein Optimum der Dämpfung hingegen wird durch das Einfügen der Dämpfungsschicht 6 erreicht.
In der 3 ist eine Ausführungsvariante gezeigt, bei der das Reibelement 1 durch eine Maskenplatte 14 an der Trägerplatte 2 gehalten ist, wobei die Maskenplatte 14 durch Niete 12, 13 mit der Trägerplatte 2 verbunden ist. Das Reibelement 1 liegt an der Trägerplatte 2 an, wobei zwischen dem Belagträger 4, der den Reibbelag 3 aufnimmt, und der Trägerplatte 2 die Dämpfungsschicht 6 angeordnet ist.
Um eine Übertragung von Schallschwingungen auf die Mashenplatte 14 und über die Niete 12, 13 auf die Trägerplatte 2 zu vermeiden, ist im Durchtrittsbereich des Reibbelages 3 durch die Maskenplatte 14 ebenfalls eine Dämpfungsschicht 11 angeordnet, die den Reibbelag 3 zumindest im angrenzenden Überdeckungsbereich der Maskenplatte 14 umschließt.
Je nach Anforderung können die Dämpfungsschichten 6, 11 bei den dargestellten Ausführungsbeispielen lose angeordnet sein oder fest mit angrenzenden Bauteilen verbunden sein.
Dies trifft gleichermaßen auf die Dämpfungsschicht 6 zu, die bei der in der 4 gezeigten Ausführungsvariante eines Bremsbelages dargestellt ist.
Hier wird das Reibelement 1 durch Halteklammern 15 an der Trägerplatte 2 gehalten, die sich am Belagträger 4 abstützen und andererseits mit der Trägerplatte 2 fest verbunden sind.
Im übrigen ist der Belagträger 4 auf seiner dem Reibbelag 3 abgewandten Seite mit einer radialen, parallelen oder konzentrischen Verzahnung versehen, die formschlüssig in ein an diese Konturierung angepasstes Auflager 16 eingreift, das fest mit der Trägerplatte 2 verbunden ist.
Zwischen dem Auflager 16 und dem Belagträger 4 ist die Dämpfungsschicht 6 eingelassen. Dabei kann die Dämpfungsschicht 6 entsprechend der Verzahnung vorgeformt sein. Bei entsprechender Auswahl des Materials der Dämpfungsschicht 6 kann die Formung auch erst beim Zusammenfügen des Reibelementes 1 mit der Trägerplatte 1 erfolgen.
Das in der 5 gezeigte Beispiel entspricht im wesentlichen dem in der 2 dargestellten. Allerdings sind hier mehrere, konkret 2 Dämpfungsschichten 6 abständig zueinander angeordnet und durch eine dazwischen liegende Metallplatte 17 getrennt.
Jede der Dämpfungsschichten, auch bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 bis 4, kann aus mehreren Lagen unterschiedlicher Werkstoffe bestehen, die unter anderem aus verschiedenen Metallen gebildet sein können. Auch die zwischen zwei Dämpfungsschichten 6 angeordnete Metallplatte 17 kann aus einem gegenüber der Anschlussplatte 5 und dem Belagträger 4 unterschiedlichen Material bestehen.

1: Reibelement
2: Trägerplatte
3: Reibbelag
4: Belagträger
5: Anschlussplatte
6: Dämpfungsschicht
7: Keder
8: Verbindungszapfen
9: Kalotte
10: Kugelabschnittförmige Ausformung
11: Dämpfungsschicht
12: Niet
13: Niet
14: Maskenplatte
15: Halteklammer
16: Auflager
17: Metallplatte

Claims

Bremsbelag für eine Scheibenbremse eines Fahrzeuges, vorzugsweise eines Schienenfahrzeuges, mit a) mehreren an einer Trägerplatte (2) befestigten Reibelementen (1), b) die jeweils einen metallischen Belagträger und einen an diesem befestigten Reibbelag (3) insbesondere aus einem Sintermetall aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass c) an wenigstens einem der Reibelemente (1), vorzugsweise an jedem der Reibelemente (1) zur Unterbrechung oder Minderung der Übertragung von Schallschwingungen mindestens ein Dämpfungselement vorgesehen ist.
Bremsbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Reibelement (1) und der Trägerplatte (2) zur Unterbrechung oder Minderung der Übertragung von Schallschwingungen eines der Dämpfungselemente oder ein übergeordnetes Dämpfungselement vorgesehen ist.
Bremsbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement aus einer schwingungsdämpfenden, hochtemperaturbeständigen Dämpfungsschicht (6) besteht.
Bremsbelag nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Dämpfungsschicht (6) elastisch oder quasi elastisch ist.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (6) aus hochtemperaturbeständigen Geweben, Vliesen oder dergleichen besteht.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht aus mehreren Einzellagen besteht.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (6) aus mehreren Lagen unterschiedlicher Werkstoffe besteht.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Dämpfungsschichten (6) eine Metallplatte (17) angeordnet ist.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dämpfungsschicht (6) mit mindestens einer Schicht aus einem Metall versehen ist.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Metallschicht einer Dämpfungsschicht (6) so dimensioniert ist, dass ihre Schwingfrequenz etwa der Frequenz des Bremsbelages entspricht, der zu einem Quietschgeräusch führt.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten jeder Dämpfungsschicht (6) aus unterschiedlichen Werkstoffen, vorzugsweise Stahl und Kupfer besteht.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dämpfungsschicht (6) bis zu 10, vorzugsweise 1 bis 5 Einzellagen aufweist.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (6) aus Drahtgewebe, Lagen von dünnen Blechen oder dergleichen, aus Geweben aus hochtemperaturfesten Garnen und/oder aus hochtemperaturbeständigen Papieren besteht.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement ferner eine Anschlussplatte (5) aufweist, mit der das Reibelement (1) an der Trägerplatte (2) anliegt.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (6) zwischen dem jeweiligen Belagträger (4) des jeweiligen Reibelementes (1) und der Anschlussplatte (5) angeordnet ist.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (6) lose zwischen dem Belagträger (4) und der Anschlussplatte (5) liegt.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (6) mit dem Belagträger (4) und/oder der Anschlussplatte (5) fest verbunden ist.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (6) unmittelbar auf der Trägerplatte (2) aufliegt und an dieser befestigt ist.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (2), jedem Reibelement (1) zugeordnet, ein Auflager (16) aufweist, an dem das Reibelement (1) verdrehgesichert durch Formschluss anliegt.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager (16) und der zugeordnete Belagträger (4) des Reibelementes (1) mit ineinander greifenden Verzahnungen versehen sind.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verzahnungen die Dämpfungsschicht (6) angeordnet ist.
Bremsbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Reibelement (1) durch eine Maskenplatte (14) an der Trägerplatte (2) gehalten ist, wobei jeweils zwischen dem Belagträger (4), der den Reibbelag (3) aufnimmt, und der Trägerplatte (2) sowie im Durchtrittsbereich des Reibbelages (3) durch die Maskenplatte (14) jeweils eine Dämpfungsschicht 11 angeordnet ist.