DE102009040620B9

DE102009040620B9 - Bremsbelag für Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102009040620B9
Application number: DE102009040620.4A
Authority: DE
Inventors: Isabella MAZURCZYK; Christian Spandern; Frank STEINHAUER
Original assignee: Inno Friction GmbH
Current assignee: Inno Friction De GmbH
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2024-06-06
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: DE102009040620A1; DE102009040620B4

Abstract

Bremsbelag (1) für eine Windkraftanlage mit einem auf einem Reibbelagträger (2) aufgebrachten Reibbelag (3), wobei der Reibbelagträger (2) aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt ist,dadurch gekennzeichnet, dassder Reibbelagträger (2) aus einem massegepressten, faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt ist,wobei ein Ausgangsprodukt des Reibbelagträgers (2) in Form eines Schüttguts aus den folgenden gemischten Komponenten zu einem Vorpressling gepresst hergestellt ist:- 35 bis 80 Gewichtsprozent Fasern (4),- 0 bis 20 Gewichtsprozent Füllstoffe (5),- Rest zu 100 % Gewichtsprozent Duroplast (6), unddass der Anteil an 35 bis 80 Gewichtsprozent Fasern zumindest aus einer der folgenden Fasersorten gebildet ist:- Baumwolle/Viskose mit einer Länge zwischen 0,4 mm und 8,0 mm,- biolösliche Mineralfasern mit einer Länge zwischen 0,3 mm und 3,0 mm,- Aramid mit einer Länge zwischen 0,7 mm und 6,0 mm,- Glas mit einer Länge zwischen 0,5 mm und 6,0 mm,- Polyacrylnitril (PAN) mit einer Länge zwischen 0,5 mm und 6,0 mm.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Bremsbelag für eine Windkraftanlage mit einem auf einem Reibbelagträger aufgebrauchten Reibbelag.
Die DE 10 2005 038 243 A1 offenbart eine Windkraftanlage mit einer einen Rotor enthaltenden Gondel und einer Bremsanlage zum Bremsen der Gondel. Dabei ist die Bremsanlage mit Bremsbelägen ausgestattet, die von einem Elektromotor beidseitig gegen Bremsflächen einer Bremsscheibe verpresst werden. Derartige Bremsbeläge enthalten einen Reibbelagträger aus Stahl, auf den der Bremsbelag aufgebracht ist. Derartige Bremsbeläge sind schwer und erhöhen die Masse der windbelasteten Gondel. Weiterhin setzen die Reibbelagträger unter den Witterungsbedingungen in der Gondel der Windkraftanlage Rost an und können verklemmen. Zusätzlich können sich bei Abnutzung der Reibbeläge die Stahlflächen der Reibbelagträger in die
Bremsflächen der Bremsscheibe einarbeiten, was zu aufwendigen Reparaturen in großer Höhe führt, wenn die Bremsscheibe ausgebaut und plangeschliffen werden muss.
Aus der DE 10 2006 060 182 A1 ist eine Trägerplatte einer Bremsbacke einer Bremsanlage für eine Windenergieanlage bekannt, wobei die Trägerplatte einen Bremsbelag aufweist und aus einem Material ausgebildet ist, das von geringerer Härte als die Materialoberfläche des Bremsrings oder der Bremsscheibe ist. Insbesondere ist die Trägerplatte aus einem glasfaserverstärkten Kunstharz ausgebildet.
Die DE 298 21 482 U1 offenbart einen Bremsbelag für Scheibenbremsen, insbesondere für Straßen- und Schienenfahrzeuge, der aus einer Trägerplatte und einem auf dieser befestigten Block aus einem gepressten Reibwerkstoff besteht, wobei der Reibwerkstoffblock auf der Trägerplatte kraft- und/oder formschlüssig befestigt ist. Die Trägerplatte ist aus einem harten, amorphen und bis zur Zersetzungstemperatur starren Kunststoff aufgebaut, der aus räumlich engmaschig vernetzten Makromolekülen mit hoher mechanischer Festigkeit besteht, wie z.B. einem Duroplast. Das Material der Trägerplatte greift in die trägerplattenfreie Oberfläche des Reibwerkstoffblocks ein und übergreift die Seitenwände des auf der Trägerplatte angeordneten Reibwerkstoffblocks. Ferner ist es mit dem Material des Reibwerkstoffblocks verschweißt.
Aus der DE 85 30 124 U1 ist ferner eine Trägerplatte für Reibbeläge von Scheibenbremsen bekannt, bei denen die Bremsbeläge mittels Trägerplatten an den das Flanschgehäuse mit einem Bremszylinder und das Deckelgehäuse mit einem Bremszylinder miteinander verbindenden Haltestiften im Vorschubbereich der Bremszylinderkolben gehalten sind, wobei die etwa rechteckförmige Trägerplatte aus einem Formkörper aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff besteht.
Die DE 198 46 887 A1 offenbart eine weitere Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug, wobei ein an den Bremsflächen von Bremsklötzen bzw. Bremsbelägen abgeriebener Bremsstaub in einem Staubsammler gesammelt wird und jeder der Bremsklötze bzw. Bremsbeläge Staubkanäle in Form von Nuten aufweist, an die sich ein den von den Nuten aufgefangenen Bremsstaub aufnehmender Staubsammler anschließt.
Die DE 10 2007 037 612 A1 offenbart einen Reibkörper für eine zum Erzeugen einer Reibungskraft ausgebildete Reibpaarung, wobei der Reibkörper eine Oberfläche aufweist, deren Struktur dazu ausgebildet ist, von einem über diese Oberfläche geführten Körper Material abrasiv abzutragen.
Es ergibt sich daher die Aufgabe, einen leichten, rostfreien und wartungsfreundlichen Bremsbelag für eine Windkraftanlage vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch einen Bremsbelag für eine Windkraftanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Reibbelagträger aus einem massegepressten, faserverstärktem Kunststoffmaterial hergestellt ist, wobei ein Ausgangsprodukt des Reibbelagträgers in Form eines Schüttguts aus den folgenden gemischten Komponenten zu einem Vorpressling gepresst hergestellt ist: 35 bis 80 Gewichtsprozent Fasern, 0 bis 20 Gewichtsprozent Füllstoffe, Rest zu 100 % Gewichtsprozent Duroplast, und dass der Anteil an 35 bis 80 Gewichtsprozent Fasern zumindest aus einer der folgenden Fasersorten gebildet ist: Baumwolle/Viskose mit einer Länge zwischen 0,4 mm und 8,0 mm, biolösliche Mineralfasern mit einer Länge zwischen 0,3 mm und 3,0 mm, Aramid mit einer Länge zwischen 0,7 mm und 6,0 mm, Glas mit einer Länge zwischen 0,5 mm und 6,0 mm, Polyacrylnitril (PAN) mit einer Länge zwischen 0,5 mm und 6,0 mm. Durch die Herstellung des Reibbelagträgers aus faserverstärktem Kunststoff kann ein ausreichend stabiles, leichtes und rostfreies Material vorgeschlagen werden, das zudem in den Fertigungsprozess von Bremsbelägen leicht integrierbar ist, da die Fertigungsschritte wie Massepressen und verwendeten Materialien, wie Harze, Fasern und Füllstoffe, mit denen der Reibbeläge verwandt sind und daher gut zu verarbeiten und miteinander zu verbinden sind.
Ein Bremsbelag ist mit einem Reibbelagträger ausgestattet, der aus folgenden Komponenten mit folgenden Anteilen zusammengesetzt ist:

- 20 bis 65 Gewichtsprozent Duroplast,
- 35 bis 80 Gewichtsprozent Fasern,
- 0 bis 20 Gewichtsprozent Füllstoffe.

Hierbei können jeweils zwei Komponenten bezüglich ihren Anteilen vorgegeben werden, wobei sich der dritte zwangsläufig ergibt. Unter Duroplasten sind beispielsweise Harze wie Phenolharz, Melaminharz, Epoxidharz oder andere Duroplaste mit bindenden Eigenschaften vorgesehen.
Dabei ist der Anteil an Fasern zumindest aus einer der folgenden Fasersorten gebildet:

- Baumwolle/Viskose mit einer Länge zwischen 0,4 mm und 8,0 mm,
- biolösliche Mineralfasern mit einer Länge zwischen 0,3 mm und 3,0 mm,
- Aramid mit einer Länge zwischen 0,7 mm und 6,0 mm,
- Glas mit einer Länge zwischen 0,5 mm bis 6,0 mm,
- Polyacrylnitril (PAN) mit einer Länge zwischen 0,5 mm und 6,0 mm.

Soweit ein Anteil an Füllstoffen eingesetzt werden soll, hat sich ein Anteil an Füllstoffen zumindest aus einem der folgenden Füllstoffsorten als vorteilhaft erwiesen:

- Magnesiumoxid,
- Schiefermehl,
- Silikate und/oder Alumosilikate,
- Calciumcarbonat,
- Schwerspat.

Hierbei wird im Falle des Einsatzes von Silikaten und/oder Alumosilikaten insbesondere wegen ihrer kostengünstigen Verfügbarkeit als Silikat vorzugsweise Wolastonit und als Alumosilikat vorzugsweise Kaolin verwendet.
Aus den einzelnen Komponenten wird entsprechend ihren Anteilen ein Ausgangsprodukt des Reibbelagträgers gemischt, das als leicht verarbeitbares Schüttgut bereitgestellt wird. Eine entsprechend dosierte Menge wird anschließend in der gewünschten Form zu einem Vorpressling gepresst. Dieser Vorpressling kann bei Raumtemperatur gepresst werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Heißpressvorgangs, beispielsweise bei Temperaturen zwischen 140°C und 170°C, so dass sich die gegebenenfalls bei Raumtemperatur schlecht vom Duroplast, wie Phenolharz, verklebten Restkomponenten, wie Fasern und Füllstoffe, in ausreichender Qualität mit diesem verbinden und gut von diesem getränkt werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Vorpressling ohne Ansprüche auf die erforderlichen Fertigungsmaße gepresst und anschließend mit gut einstellbarer Genauigkeit auf ein vorgegebenes Maß geschliffen wird.
In einem vorteilhaften Herstellungsverfahren wird der Reibbelag mit dem Reibbelagträger verpresst. Hierzu können Reibbelag und Reibbelagträger als Vorpresslinge hergestellt und bei Raumtemperatur oder in einem Heißpressverfahren bei höherer Temperatur miteinander verpresst werden. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Vorpressling mit Reibmaterial überschichtet und gepresst wird. Ein erneuter Pressvorgang verdichtet dabei das Reibmaterial in gewünschter Weise zum festen Reibbelag und sorgt für eine intensive Vermischung der Grenzflächen von Reibbelag und Reibbelagträger ineinander, so dass eine besonders gute Haftung des Reibbelags auf dem Reibbelagträger erzielt wird. Dieser Pressvorgang kann ebenfalls bei Raumtemperatur oder unter Heißpressbedingungen, beispielsweise bei Temperaturen zwischen 140°C und 170°C, stattfinden.
Alternativ kann der fertig gepresste Reibbelag auf den endbearbeiteten, beispielsweise auf Maß geschliffenen Reibbelagträger aufgeklebt werden. Als Klebstoffe können beispielsweise Silikon- oder Phenolharze oder andere witterungs- und temperaturfeste Klebstoffe verwendet werden.
Um bereits nach dem Einsatz der Bremsbeläge einen ausreichenden Reibkoeffizienten mit der Bremsscheibe zu erzielen, können bei planen Bremsflächen der Bremsscheibe die mit den Bremsflächen der Bremsscheiben in Kontakt stehenden Oberflächen des Reibbelags plangeschliffen sein. Die mit den Bremsflächen in Kontakt tretenden Oberflächen der Reibbeläge können mit einer Oberflächenkontur versehen sein. Beispielsweise können Rillen vorgesehen sein, so dass gegebenenfalls zwischen den Bremsflächen der Bremsscheibe und der Oberfläche des Bremsbelags sich ansammelndes Wasser schnell abgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der einzigen Figur näher erläutert diese zeigt einen Bremsbelag im Schnitt, wie er beispielsweise in Windkraftanlagen entsprechend DE 10 2005 038 243 A1 und weiteren eingesetzt werden kann.
Der Bremsbelag 1 ist zweiteilig aus einem Reibbelagträger 2 und einem Reibbelag 3 gebildet, die aufeinander verpresst, beispielsweise heißgepresst, oder miteinander verklebt sind. Der Reibbelagträger 2 ist aus Fasern 4, Füllstoffen 5 und Duroplast 6 gemischt und zu einem Vorpressling gepresst, mit dem anschließend der Reibbelag 3 verbunden wird. Der Reibbelag 3 ist in an sich bekannter Weise aus temperaturbeständigem Reibmaterial mit Anteilen, wie beispielsweise Phenolharz, Füllstoffen, Fasermaterialien und metallischen Anteilen, gefertigt, wie beispielsweise heißgepresst. An seiner Oberfläche 7 zu der beispielsweise metallischen oder keramischen Gegenreibfläche der Bremsanlage der Windkraftanlage weist der Reibbelag 3 eine Oberflächenkontur 8 - hier dargestellt in Form der Nuten 9, 10 - auf, die als Radial-, Tangential- und/oder Umfangsnuten ausgebildet sein können und den Reibbelag 3 - wie hier gezeigt - nur teilweise oder nahezu vollständig einschneiden, um gegebenenfalls sich zwischen Oberfläche 7 und Gegenreibfläche ansammelndes Wasser schneller entfernen zu können.
Der Vorpressling des Reibbelagträgers 2 wird dem Pressvorgang auf Maß geschliffen. Der Reibbelag 3 wird zumindest an seiner Oberfläche 7 endbearbeitet, wie beispielsweise aufgeraut, um schon zu Beginn einen konstanten Reibwert zu erzielen.
Bezugszeichenliste

1: Bremsbelag
2: Reibbelagträger
3: Reibbelag
4: Faser
5: Füllstoff
6: Duroplast
7: Oberfläche
8: Oberflächenkontur
9: Nut
10: Nut

Claims

Bremsbelag (1) für eine Windkraftanlage mit einem auf einem Reibbelagträger (2) aufgebrachten Reibbelag (3), wobei der Reibbelagträger (2) aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelagträger (2) aus einem massegepressten, faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt ist, wobei ein Ausgangsprodukt des Reibbelagträgers (2) in Form eines Schüttguts aus den folgenden gemischten Komponenten zu einem Vorpressling gepresst hergestellt ist: - 35 bis 80 Gewichtsprozent Fasern (4), - 0 bis 20 Gewichtsprozent Füllstoffe (5), - Rest zu 100 % Gewichtsprozent Duroplast (6), und dass der Anteil an 35 bis 80 Gewichtsprozent Fasern zumindest aus einer der folgenden Fasersorten gebildet ist: - Baumwolle/Viskose mit einer Länge zwischen 0,4 mm und 8,0 mm, - biolösliche Mineralfasern mit einer Länge zwischen 0,3 mm und 3,0 mm, - Aramid mit einer Länge zwischen 0,7 mm und 6,0 mm, - Glas mit einer Länge zwischen 0,5 mm und 6,0 mm, - Polyacrylnitril (PAN) mit einer Länge zwischen 0,5 mm und 6,0 mm.
Bremsbelag (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Duroplast,(6) ein Harz wie Phenolharz, Melaminharz und/oder Epoxidharz ist.
Bremsbelag (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gegebenenfalls vorhandene Anteil an Füllstoffen (5) zumindest aus einem der folgenden Füllstoffsorten gebildet ist: - Magnesiumoxid, - Schiefermehl, - Silikate und/oder Alumosilikate, - Calciumcarbonat, - Schwerspat.
Bremsbelag (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorpressling bei Raumtemperatur oder heißgepresst wird.
Bremsbelag (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorpressling auf ein vorgegebenes Maß geschliffen wird.
Bremsbelag (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorpressling mit Reibmaterial überschichtet und gepresst wird.
Bremsbelag (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorpressling mit dem Reibbelag (3) verpresst wird.
Bremsbelag (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressvorgang bei Raumtemperatur oder unter Heißpressbedingungen stattfindet.
Bremsbelag (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gepresste Reibbelag (3) auf den Reibbelagträger (2) aufgeklebt wird.
Bremsbelag (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (7) des Reibbelags (3) plangeschliffen ist.
Bremsbelag (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (7) des Reibbelags (3) mit einer Oberflächenkontur (8) versehen ist.
Bremsbelag (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenkontur (8) zumindest eine Nut (9,10) ist.