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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Scorchen von Reibflächen von Bremsbelägen, bei der wenigstens eine bewegliche Pressvorrichtung an einen Bremsbelag gepresst wird.
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Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt.
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Reibbeläge, insbesondere organisch gebundene Reibbeläge, sind heute häufig hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Da sie bereits beim ersten Bremsvorgang eine hohe Bremskraft erzeugen sollen, wird die Reibfläche zur Vermeidung des sogenannten „Greenfadings“, das ein anfängliches Austreten von thermischen Zersetzungsprodukten aus der Reibfläche beschreibt, die zu einem Reibwertabfall führen- durch Scorchen, also Anpressen an eine heiße Platte, oder mit einer Gasflamme oder dergleichen thermisch behandelt. Ersteres ist beispielsweise in der
EP 0 799 391 B1 offenbart, Letzteres beispielsweise in der
DE 40 32 182 A1 .
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Beim Scorchen und beim Flämmen der Bremsbeläge werden Zersetzungsprodukte des organischen Bindemittels im oberflächennahen Bereich entfernt, die für einen Reibwertabfall verantwortlich sind. Beim Scorchen werden die Reibbeläge meist gegen eine meist mehr als 500°C heiße Platte gepresst. Bekannt ist, dass die Platte bis ca. 750°C heiß werden kann.
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So offenbart beispielsweise die
EP 0 799 391 B1 eine Scorchpresse mit mehreren Modulen, die jeweils ein Aggregat aus einem Heizaggregat und einem Kühlaggregat bestehenden Gruppe aufweisen, eine gegen die Aggregate bewegbare Anpressvorrichtung, die eine Druckplatte aufweist, wobei jeweils auf der der Anpressvorrichtung zugewandten Seite der Aggregate eine thermisch wirksame Fläche vorgesehen ist. Mit Hilfe dieser Vorrichtung werden Reibbeläge nach einem Aushärten ohne nennenswerte Abkühlung direkt der Scorchpresse zugeführt und in mehreren Stufen behandelt. In einer ersten Anpressphase werden die Reibbeläge an eine bis zu 750° C heiße Heizplatte und in einer nachgeschalteten Anpressphase an eine Kühlplatte angepresst.
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Aus der
US 7,837,924 B2 ist eine Vorrichtung zum Pressen von Reibmaterial mit Hilfe von Hitzeplatten bekannt, wobei die Hitzeplatten Furchen aufweisen können. Die Furchen dienen dazu, bei der Wärmebehandlung entstehendes Gas abzuführen.
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Nachteilig am bekannten Stand der Technik ist jedoch, dass durch das Einbringen der hohen Temperatur in die Oberfläche die Oberflächenstruktur des Reibbelages verändert und diese gegebenenfalls zerstört. Dies hat Einfluss auf Haltbarkeit, Bremsleistung und Geräuschentwicklung.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass Bremsbeläge ohne green fading hergestellt werden können, die eine besonders hohe Qualität und Festigkeit aufweisen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Scorchen von Reibflächen von Bremsbelägen weist wenigstens eine bewegliche Pressvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, gegen den zu behandelnden Bremsbelag gepresst zu werden. Beim Scorchen werden die eingangs genannten Effekte erzielt und die thermischen Zersetzungsprodukte aus dem Reibflächenbereich des Bremsbelages entfernt. Ein entsprechend behandelter Bremsbelag weist ab der Inbetriebnahme eine hohe Bremsleistung sowie ein gutes Fadingverhalten auf.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Pressvorrichtung eine Kontaktfläche mit wenigstens einem Vorsprung oder wenigstens einer Kavität, um die herum ein vorspringender Bereich besteht, aufweist, der bzw. die so positioniert ist, dass der Vorsprung bzw. um die Kavität herum vorspringende Bereich beim Pressen in den Bremsbelag gepresst wird.
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Mit Hilfe des wenigstens einen Vorsprunges oder der wenigstens einen Kavität wird erreicht, dass Wärmeenergie in die oberflächennahen Bereiche lokal rund um den Vorsprung bzw. den vorspringenden Bereich des Bremsbelages eingetragen wird. Es wird also mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine nicht gleichmäßige Erwärmung der Bremsbelagereibfläche zur Erzielung des erwünschten Effektes erreicht.
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Gemäß einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Pressvorrichtung einen Anpressstempel aufweist. Ein entsprechender Anpresstempel dient dazu, direkt mit dem Bremsbelag in Kontakt gebracht zu werden. Die Kontaktfläche und der wenigstens eine Vorsprung oder die wenigstens eine Kavität sind dann auf dem Anpressstempel positioniert.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Pressvorrichtung und/oder der Anpressstempel beheizbar sind. Hierdurch kann die Temperatur der Kontaktfläche der Pressvorrichtung stets auf der erwünschten Temperatur gehalten werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Vorsprung oder die wenigstens eine Kavität beheizbar ist. Auf diese Weise kann die Wärmeenergie noch direkter über den Vorsprung oder die Kavität in den Bremsbelag eingebracht werden.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfläche auf Temperaturen größer 500°C, insbesondere 700°C, insbesondere größer 800°C, beheizbar ist. Insbesondere kann die Kontaktfläche auf Temperaturen über 900°C, insbesondere bis über 1200°C beheizbar sein. Mit Hilfe solcher hohen, partiell eingebrachten Temperaturen lässt sich eine Entfernung von thermischen Zersetzungsprodukten und chemische Reaktionen erzeugen. Beides beeinflusst das Reibverhalten insbesondere bei neu eingebauten Bremsbelägen positiv, ohne die Bremsbelagstruktur zu zerstören, was zu Lasten der Haltbarkeit ginge. Durch die höhere Scorchtemperatur wird gegenüber den heute verwendeten Scorchtemperaturen im Bereich von 500–750°C chemische Reaktionen bewirkt, die insbesondere das Greenfading positiv beeinflussen.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung können eine Vielzahl von Vorsprüngen oder Kavitäten vorgesehen sein, welche unregelmäßig oder regelmäßig angeordnet sind. Mit Hilfe einer solchen unregelmäßigen oder regelmäßigen Anordnung von Vorsprüngen oder Kavitäten lässt sich eine gleichförmige Behandlung der Bremsbeläge erreichen. Die Vorsprünge oder Kavitäten können in einem quadratischen Muster, einem rechteckigen Muster oder einem anderen Muster oder entlang gekrümmter Bahnen angeordnet sein. Solche gekrümmten Bahnen können beispielsweise Kreisbahnen sein, die z.B. dem jeweiligen Bremsscheibenradius an der entsprechenden Stelle entsprechen.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung können die Vorsprünge oder Kavitäten einen Abstand von 1 mm bis 10 mm oder größer, insbesondere 2 mm bis 7 mm, insbesondere 4 mm aufweisen.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorsprünge eine Höhe oder die Kavitäten eine Tiefe von 1 mm bis 4 mm, insbesondere von 2 mm bis 3 mm, insbesondere von 2,5 mm aufweisen. Die Vorsprünge oder Kavitäten ragen dann bis zu einer ausreichenden Tiefe in den herzustellen Bremsbelag ein, so dass dieser während der ersten Betriebsphase nicht zum Greenfading neigt. Eine Höhe von 2,5 mm bewirkt einen guten Kompromiss zwischen Stabilität der Vorsprünge und Effektivität der Vorrichtung.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorsprünge oder Kavitäten rücksprungfrei ausgebildet sind. Auf diese Weise lassen sich die Vorsprünge oder Kavitäten einfach in den Bremsbelag eintauchen und wieder entfernen, ohne dass die Gefahr besteht, dass Reibbelagmasse an den Vorsprüngen oder Kavitäten hängen bleibt.
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Als besonders geeignete Konturen haben sich kegelstumpfartige beziehungsweise abgerundet kegelstumpfartige Strukturen erwiesen, die zur Spitze hin verjüngend zulaufen und eine abgerundete Spitze aufweisen. Desweiteren haben sich nutenartige bzw. -stegartige Strukturen als geeignet erwiesen.
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Mit Hilfe von kegelförmigen Strukturen wird zudem das Entweichen von Gasen, die durch das Zersetzen und Verdampfen der organischen Bindemittel entstehen, erreicht.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorsprünge eine stetige Oberfläche aufweisen. Damit kann ein Anhaften von Reibbelagmasse weiterhin vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Kontaktfläche zwischen Anpressstempel und Bremsbelag zwischen 10 % und 90 %, insbesondere zwischen 40 % und 60 %, insbesondere 50%, einer Reibfläche beträgt. Damit lässt sich ein guter Kompromiss zwischen Wärmebehandlung und Möglichkeit zur Ausgasung erreichen.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass Anpressstempel und ein Träger des Bremsbelages in einer Bremsbelagebene, also senkrecht zur Pressrichtung relativ zueinander verstellbar sind. Die Verstellbarkeit kann in eine Richtung oder in zwei Richtungen gegeben sein. Die Verstellbarkeit kann erreicht werden, indem der Bremsbelagträger relativ zum Anpressstempel, verstellbar ist, der Anpressstempel und/oder die Pressvorrichtung relativ zum Bremsbelagträger oder alle Komponenten.
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Auf diese Weise wird ein mehrfaches Andrücken ermöglicht, wobei der wenigstens eine Vorsprung oder die wenigstens eine Kavität mit Versatz erneut in den Bremsbelag gepresst werden können. Die Vorrichtung wird also so gestaltet, dass nach mehrmaligem Versatz in Relation zum Bremsbelag und erneutem Andrücken am Ende die gesamte oder nahezu gesamte Reibfläche gescorcht ist.
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Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Zeitsteuervorrichtung vorgesehen ist, mit der die Wartezeit zwischen dem Andrücken zur Abkühlung der Oberfläche einstellbar ist. Damit kann eine Zerstörung der Reibbelagoberfläche vermieden werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Es zeigen schematisch:
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2a einen Schnitt durch einen Anpressstempel der Vorrichtung aus 1 in einer Vorderansicht;
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2b den Anpressstempel aus 1 in einer Seitenansicht; sowie
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3 eine Vergrößerung eines Ausschnitts aus 2.
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4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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5a einen Schnitt durch einen Anpressstempel der Vorrichtung aus 3 in einer Vorderansicht;
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5b den Anpressstempel aus 4a in einer Seitenansicht;
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6 eine Vergrößerung eines Ausschnitts aus 4;
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7 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, sowie
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8 eine Ansicht auf eine Reibfläche eines Bremsbelages, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gescorcht wurde
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In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen werden gleiche oder gleichwirkende Bauteile zur besseren Lesbarkeit mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 zum Scorchen einer Reibfläche eines Bremsbelages 10 gemäß einer ersten Ausführungsform mit einer beweglichen Pressvorrichtung 4.
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Die bewegliche Pressvorrichtung 4 weist einen Anpressstempel 6 auf. Die Pressvorrichtung 4 weist des Weiteren eine Heizung 8 auf, mit Hilfe derer der Stempel 6 erhitzt werden kann. Die Pressvorrichtung 4 kann den Anpressstempel 6 an einen Reibbelag 10 bzw. dessen Reibfläche 11 anpressen, der bei angepresstem Presstempel 6 gescorcht (wärmebehandelt) wird.
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Der Anpressstempel 6 weist hierzu eine mit der Reibfläche 11 des Bremsbelages 10 in Kontakt tretende Kontaktfläche 12 auf, die durch die Heizung 8 erhitzt wird.
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2a und 2b zeigen eine Vorderansicht und eine Seitenansicht des Anpressstempels 6 gemäß der ersten Ausführungsform.
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Der Anpressstempel 6 weist in etwa die Dimensionen des Bremsbelages 10 auf, beispielsweise 150 mm × 70 mm.
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Auf der Kontaktfläche 12 sind in regelmäßigen Abständen Vorsprünge 14 angeordnet. Die Vorsprünge 14 sind in beiden Richtungen der Kontaktfläche 12 regelmäßig in einem quadratischen Muster angeordnet. Für spezielle Anwendungen können auch andere oder unregelmäßige Anordnungen zweckmäßig sein.
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3 zeigt eine Vergrößerung des Anpresstempels 6 im Bereich der Kontaktfläche 12. Die Vorsprünge 14 weisen einen Abstand d von 3 mm und eine Höhe h von 2,5 mm auf.
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Die Kontaktfläche 12 ist stetig ausgebildet, weist also keine Ecken oder Kanten auf.
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Des Weiteren sind die Vorsprünge 14 hinterschneidungsfrei, um ein leichtes Eintauchen und Herausziehen in und aus dem Bremsbelag 10 gewährleisten zu können.
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Die Vorsprünge 14 sind abgerundet kegelstumpfartig ausgebildet, so dass sich eine eierkartonartige Struktur der Kontaktfläche 12 ergibt.
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In Betrieb werden die Vorsprünge 14 durch die Heizung 8 auf Temperaturen oberhalb 700°C bis ca. 1200°C und höher erhitzt und bringen beim Scorchen punktuell Wärmeenergie in die Belagoberfläche des heiß zu pressenden Bremsbelages 10 ein. Da die Temperatur nicht über die gesamte Oberfläche des Bremsbelages 10 eingetragen wird, wird dessen Oberfläche auch bei sehr hohen Temperaturen nicht zerstört. Zeitdauer und Anpressdruck hängen unter anderem von der Zusammensetzung des Bremsbelages 10 ab und können in Versuchen ermittelt werden.
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2’ gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einer beweglichen Pressvorrichtung 4.
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Die 5a und 5b zeigen eine Vorderansicht und eine Seitenansicht eines Anpressstempels 6’ gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Anders als in der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform sind auf der Kontaktfläche 12 in regelmäßigen und oder unregelmäßigen Abständen Kavitäten 16 angeordnet. Die Kavitäten 16 sind in beiden Richtungen der Kontaktfläche 15 regelmäßig und oder unregelmäßig in einem quadratischen oder anderem Muster angeordnet. Für spezielle Anwendungen können auch andere Anordnungen zweckmäßig sein.
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6 zeigt eine Vergrößerung des Anpresstempels 6’ im Bereich der Kontaktfläche 15. Die Kavitäten 16 weisen beispielsweise einen Abstand d von 3 mm und eine Tiefe t von 2,5 mm auf.
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Die Kontaktfläche 15 ist stetig ausgebildet, weist also keine Ecken oder Kanten auf.
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Des Weiteren sind die Kavitäten 16 hinterschneidungsfrei. Die Kavitäten 16 sind beispielsweise abgerundet kegelstumpfartig ausgebildet, so dass sich eine eierkartonartige Struktur der Kontaktfläche 15 ergibt.
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In Betrieb wird der Anpressstempel 6’ durch die Heizung 8 auf Temperaturen oberhalb 700°C bis ca. 1200°C und höher erhitzt und bringt beim Scorchen partiell Wärmeenergie in die Reibfläche 11 des Bremsbelages 10 ein. Da die Temperatur nicht über die gesamte Oberfläche des Bremsbelages 10 eingetragen wird, wird dessen Oberfläche auch bei sehr hohen Temperaturen nicht zerstört. Zeitdauer und Anpressdruck sowie Anzahl der Anpressvorgänge hängen unter anderem von der Zusammensetzung des Bremsbelages 10 ab und können in Versuchen ermittelt werden.
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Die Vorsprünge 14 oder Kavitäten 16 können in Reihen oder in anderen geometrischen Mustern, z.B. versetzt zueinander, angeordnet sein. Desweiteren können statt der dargestellten Vorsprünge 14 oder Kavitäten 16 Nuten bzw. Stege vorgesehen sein.
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7 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 2’. Zur besseren Lesbarkeit sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2, siehe z.B. 1, mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Vorrichtung 2’ weist ebenfalls eine Pressvorrichtung 4 auf, die mit einem Anpressstempel 6 ausgestattet ist. Der Anpressstempel 6 weist Vorsprünge 14 auf, die in einem Bremsbelag 10 gepresst werden. Die Vorsprünge 14 sind beheizt und tauchen in die Reibfläche 11 des Bremsbelages 10 ein und erwärmen diesen lokal rund um die Vorsprünge herum.
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Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist in diesem Ausführungsbeispiel die Pressvorrichtung 4 relativ zu einem Bremsbelaghalter 18 des Bremsbelages 10 auch senkrecht zu einer Pressrichtung-z verstellbar. Dadurch wird erreicht, dass nach einem Pressvorgang eine Verstellung der Vorsprünge 14 in der Ebene der Reibfläche 11 möglich ist, so dass ein erneutes Scorchen stattfinden kann, wobei die Vorsprünge 14 in andere Bereiche der Reibfläche 11 des Bremsbelages 10 eindringen.
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Der Vorgang kann mehrfach mit unterschiedlichen Relativpositionen wiederholt werden, bis die Reibfläche 11 ausreichend dicht gescorcht ist.
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Zur Verstellung des Anpressstempels 6 ist ein Aktuator 20 vorgesehen. Alternativ könnte der Aktuator an dem Bremsbelaghalter 18 vorgesehen sein.
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8 zeigt eine Draufsicht auf eine Reibfläche 11 eines mit der Vorrichtung 2’ behandelten Bremsbelages 10.
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Auf der Reibfläche 11 ist ein Muster von Vertiefungen 22 zu erkennen, die durch das Eindrücken der Vorsprünge 14 des Anpressstempels 6 entstanden sind. Der Bremsbelag 10 wurde insgesamt 4-mal gepresst. Dabei wurde zwischen den Pressungen der Anpresstempel 6 in oder gegen die x-Richtung und in oder gegen die y-Richtung bewegt, also ein Inkrement nach rechts, links, oben oder unten in der Darstellungsebene, wie durch die Pfeile dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Vorrichtung
- 4
- Pressvorrichtung
- 6
- Anpressstempel
- 8
- Heizung
- 10
- Bremsbelag
- 11
- Reibfläche
- 12
- Kontaktfläche bei Anpressstempel mit Vorsprüngen
- 14
- Vorsprünge
- 15
- Kontaktfläche bei Anpressstempel mit Kavitäten
- 16
- Kavitäten
- 18
- Bremsbelaghalter
- 20
- Akutator
- 22
- Vertiefungen
- h
- Höhe der Vorsprünge
- t
- Tiefe der Kavitäten
- d
- Abstand der Vorsprünge/Kavitäten
- z
- Pressrichtung
- x, y
- Richtungen in Reibflächenebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0799391 B1 [0003, 0005]
- DE 4032182 A1 [0003]
- US 7837924 B2 [0006]
