DE10316369A1 - Friction pad for brake or clutch, comprising friction base made of specific material with high level of adhesion and cohesion - Google Patents

Friction pad for brake or clutch, comprising friction base made of specific material with high level of adhesion and cohesion Download PDF

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Abstract

The pad (1) is assembled of a carrier plate (2) of steel or another suitable material provided with a friction base (3) with a structured surface made of a material with a high level of adhesion and cohesion. The friction surface (4) is formed into the structure of the base (3) by the substance flowing into cavities using the means of a mechanical clamping and by a chemical affinity between the material of the base (3) and the material used for the surface (4).

Description

Die Neuerung betrifft einen Reibbelag als Brems- oder Kupplungsbelag für Straßen- und Schienenfahrzeuge sowie für industrielle Anwendungen, bestehend aus einer Trägerplatte mit aufgebrachtem Reibmaterial, wobei die Trägerplatte auf der reibmaterialtragenden Seite ein strukturiertes Halterungsbett aus kraft- und formschlüssigen Elementen aufweist sowie Verfahren zur Herstellung solcher Trägerplatten.The innovation concerns a friction lining as a brake or clutch lining for Road and rail vehicles also for industrial applications, consisting of a carrier plate with applied friction material, being the backing plate a structured mounting bed on the friction material bearing side from positive and form-fitting Has elements and methods for producing such carrier plates.

  • 1. Es ist bekannt, bei der Herstellung von Reibbelägen den Schichtenverbund zwischen Reibmaterial und Trägerplatte mittels eines Klebers auf organischer Basis herbeizuführen. Klebstoffe auf organischer Basis weisen jedoch Stabilitätsgrenzen während der Belastung in Reibbelägen vorkommenden Temperaturen auf. Insbesondere beginnt oberhalb ca. 300° C eine Zersetzung der polymeren Bestandteile des organischen Klebers, die zu einer Zerstörung der ursprünglichen Klebeverbindung und damit zu einer Schwächung der Bindung zwischen Reibmaterial und Trägerplatte führen kann. In solchen Fällen ist ein sicheres Funktionieren des Reibbelages nicht mehr gegeben.1. It is known in the manufacture of friction linings the layered bond between the friction material and the carrier plate by means of an organic-based adhesive. adhesives on an organic basis, however, there are stability limits that occur in friction linings during loading Temperatures on. In particular, decomposition begins above approx. 300 ° C of the polymeric constituents of the organic adhesive, which lead to a destruction the original Adhesive connection and thus weakening the bond between Friction material and carrier plate to lead can. In such cases there is no longer a safe functioning of the friction lining.
  • 2. Es ist bekannt, dass bei der Herstellung von Reibbelägen Trägerplatten mit Bohrungen, Vertiefungen oder Sicken verwendet werden, in denen das Reibmaterial durch hineinpressen mechanisch verankert wird. Wird ein Reibbelag höher belastet, so können die dabei auftretenden Temperaturen zu einer Schwächung der Bindung durch unterschiedliche spezifische Wärmeausdehnungen führen. Als Folge daraus lockert sich die ursprüngliche Verankerung des Reibmaterials auf der Trägerplatte, und es besteht die Gefahr der Ablösung.2. It is known that in the manufacture of friction linings carrier plates can be used with holes, depressions or beads in which the Friction material is mechanically anchored by pressing it in. Becomes one friction lining higher burdened, so can the temperatures that occur thereby weaken the Binding through different specific thermal expansions. As a result this loosens the original one Anchoring the friction material on the carrier plate, and there is the Risk of detachment.
  • 3. Aus EP 1 106 859 A1 und EP A 0 084 591 ist bekannt, dass auf die Trägerplatte ein Rauhgrund als Halterungsbett aus Metallpulvergranulaten und anderen aufgeführten Stoffen mittels Sinterverfahren aufgebracht werden kann, wobei sich Hinterschneidungen und Einziehungen bilden, in die das Reibmaterial während des Pressvorganges hineinläuft und eine formschlüssige Verankerung zwischen Reibmaterial und Trägerplatte zustande kommt. Diese Sinterverfahren sind im Hinblick auf das Produkt Reibbelag durch hohe Energie- und Betriebskosten der dazugehörigen Anlagen aufwendig. Ein Einsatz dieser Rauhgrund -Trägerplatten kann daher nur in ausgewählten Bremsbelagserien erfolgen. Zudem verliert der Stahl der Trägerplatte durch die Temperaturbeaufschlagung während des Sinterprozesses an Eigenfestigkeit. Im hochbelasteten Anwendungsbereich kann es dadurch zu einer Verbiegung der Stahlträgerplatte, und somit zu einer Funktionsbeeinträchtigung des Reibbelages kommen.3. Off EP 1 106 859 A1 and EP A 0 084 591 It is known that a rough base can be applied to the carrier plate as a mounting bed made of metal powder granules and other listed substances by means of the sintering process, undercuts and recesses being formed, into which the friction material runs during the pressing process and an interlocking anchoring between the friction material and the carrier plate takes place. With regard to the product friction lining, these sintering processes are complex due to the high energy and operating costs of the associated systems. These Rauhgrund backing plates can therefore only be used in selected brake pad series. In addition, the steel of the carrier plate loses its inherent strength due to the temperature exposure during the sintering process. In the highly stressed area of application, this can lead to bending of the steel carrier plate and thus to a functional impairment of the friction lining.
  • 4. Aus der FR A 1 392681 ist bekannt, die Trägerplatte reibbelagseitig mit einem Metallnetz, welches über Schweißpunkte befestigt wird, zu versehen. Nach vergleichbaren Verfahren werden auch Rauhgrund – Folien aus Metall auf Trägerplatten verschweigt. Diese Verfahren sind aufgrund hoher Fertigungs- und Energiekosten nur bedingt anwendbar. Zudem können sich and den Schweißpunkten in Gegenwart von Feuchtigkeit Lokalelemente bilden, die zur Korrosion, und damit zur Ablösung des Reibmaterials von der Trägerplatte führen.4. From the FR A 1 392681 It is known to provide the carrier plate on the friction lining side with a metal net which is fastened by means of welding spots. Rauhgrund foils made of metal are also concealed on carrier plates using comparable processes. These processes can only be used to a limited extent due to high manufacturing and energy costs. In addition, local elements can form at the welding spots in the presence of moisture, which lead to corrosion and thus to the detachment of the friction material from the carrier plate.
  • 5. Aus CA 02299110 2000-02-18 ist bekannt, den Stahl der Trägerplatte reibbelagseitig mittels eines Werkzeuges unter Aufrichtung von spanförmigen Segmenten aufzurauhen. Nachteilig wirken sich bei diesem Verfahren Festigkeitsverluste der Trägerplatte durch Verringerung der Trägerplattendicke aus, und die Gefahr der Unterrostung ist hier besonders hoch.5. Off CA 02299110 2000-02-18 is known to roughen the steel of the carrier plate on the friction lining side by means of a tool while erecting chip-shaped segments. This method has a disadvantageous loss in strength of the carrier plate by reducing the thickness of the carrier plate, and the risk of rusting is particularly high here.
  • 6. In der Patentschrift EP 0836030 B1 wird ein Bremsbelag mit einer Trägerplatte beschrieben, auf der reibbelagseitig ein anorganischer Kleber auf Wasserglas-Basis aufgebracht wird, in den unterschiedliche Metallpartikel und -späne eingestreut werden bzw. der Kleber wird mit solchen Partikeln versetzt. Der Nachteil bei diesem Verfahren liegt in dem Risiko der Lockerung der einzelnen Metallpartikel innerhalb der Wasserglasmatrix durch inaktive Oberflächen und chemische Umbildungsprozesse in den Grenzflächen Metall- Wasserglas. Für den Bremsbelag birgt eine Schwächung der Bindung zwischen Reibmaterial und Trägerplatte durch Lockerungen der Metallpartikel im Halterungsbett die Gefahr der Ablösung des Reibmaterials 6. In the patent EP 0836030 B1 describes a brake pad with a carrier plate on which an inorganic adhesive based on water glass is applied on the friction pad side, into which different metal particles and chips are sprinkled, or the adhesive is mixed with such particles. The disadvantage of this method is the risk of loosening the individual metal particles within the water glass matrix due to inactive surfaces and chemical transformation processes in the metal-water glass interfaces. For the brake pad, weakening the bond between the friction material and carrier plate by loosening the metal particles in the mounting bed harbors the risk of the friction material becoming detached

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem von Reibbelägen zugrunde, dass diese nicht unter allen Einsatzbedingungen und über den gesamten Zeitraum der Verwendung die herstellungsgemäßen Bindungskräfte beibehalten. Äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit, Staub oder Salz sowie physikalische Einflüsse, u.a. Temperatur und Spannung, verändern die Bindungs- und Werkstoffeigenschaften. Besonders die Bindung zwischen Trägerplatte und Reibmaterial muss diesen Einflüssen widerstehen.The specified in the claim Invention is based on the problem of friction linings that they are not under all operating conditions and over the entire period of Use maintain the binding forces according to the manufacture. External influences like Moisture, dust or salt as well as physical influences, e.g. Temperature and voltage the binding and material properties. Especially the bond between carrier plate and friction material has to withstand these influences.

Mit der Erfindung soll eine Verbesserung der Bindung zwischen Trägerplatte und Reibmaterial erzielt werden.The invention is intended to provide an improvement the bond between the carrier plate and friction material can be achieved.

Die Verbesserung bezieht sich sowohl auf die Festigkeit der Bindung im Hochtemperaturbereich von Reibbelägen (bis ca. 800°C) als auch auf eine weitestgehende Verhinderung von Unterrostung durch die Bildung eines alkalischen Mikromilieus in Gegenwart von Feuchtigkeit.The improvement relates to both the strength of the bond in the high temperature range of friction linings (up to approx. 800 ° C) as well as the greatest possible prevention of under-rusting through the formation of an alkaline micro environment in the presence of moisture.

Durch die Anwendung der Erfindung verringert sich nachhaltig die Gefahr der Ablösung des Reibmaterials von der Trägerplatte nach thermischen und korrosiven Einflüssen. Das Problem wird durch ein Halterungsbett auf der dem Reibbelag zugewandten Seite der Trägerplatte, welches ohne aufwendige Anlage aufgebracht werden kann, gelöst.By applying the invention the risk of detachment of the friction material from is reduced the carrier plate after thermal and corrosive influences. The problem is solved by a Mounting bed on the side of the carrier plate facing the friction lining, which can be applied without complex equipment.

Das Halterungsbett ist formschlüssig mit Reibmaterial unter Beibehaltung der Struktur bepressbar und weist durch seine erfindungsgemäß mineralogisch-chemisch abgestimmte Zusammensetzung thermische Belastbarkeit über den in Reibbelägen vorkommenden Temperaturbereich auf.The mounting bed is form-fitting with friction material compressible while maintaining the structure and points through its mineralogical-chemical according to the invention coordinated composition thermal load capacity over the in friction linings occurring temperature range.

Zur Herstellung des Halterungsbettes wird erfindungsgemäß eine Zubereitung aus einer Natrium- oder Kaliumsilikatlösung, aus einer kolloiden Kiesellösung (Sol) oder aus gelösten organischen Siliciumverbindungen, insbesondere Alkylsilane oder Alkylsiloxane, und Feststoff aus anorganischen, natürlichen oder technischen Silikaten und Silikatverbindungen sowie aus oxidischen und halogenidischen Verbindungen verwendet.For the production of the support bed is a preparation according to the invention from a sodium or potassium silicate solution, from a colloidal silica solution (sol) or from released organic silicon compounds, in particular alkylsilanes or alkylsiloxanes, and solid from inorganic, natural or technical silicates and silicate compounds as well as from oxidic and halide Connections used.

Die Zubereitung für das Halterungsbett weist eine besonders ausgewogene Kohäsion und Adhäsion gegenüber Trägerplatte und Reibmaterial durch die chemische Affinität zwischen der silikatischen Lösung und dem silikatischen Feststoff sowie darauf abgestimmte Vernetzungs- und Kondensationsreaktionen auf.The preparation for the mounting bed has one particularly balanced cohesion and adhesion across from support plate and friction material due to the chemical affinity between the silicate solution and the silicate solid as well as coordinated cross-linking and condensation reactions.

Unter Einstellung der Viskosität der Zubereitung wird mittels den in Patentanspruch 12. beschriebenen Auftragungsverfahren die erforderliche Oberflächenstruktur des Halterungsbettes erzeugt.Adjusting the viscosity of the preparation is by means of the application method described in claim 12 the required surface structure of the support bed generated.

(1) zeigt einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Reibbelag mit Trägerplatte gemäß Patentanspruch 1.–16. (1) shows a cross section through the friction lining according to the invention with carrier plate according to claims 1-16.

Die Trägerplatte (2) besteht aus Stahl oder sonstigem Werkstoff mit einem darauf aufgebrachten Halterungsbett (3) nach Patentanspruch 2.–15.The carrier plate ( 2 ) is made of steel or other material with a mounting bed attached to it ( 3 ) according to claims 2. – 15.

In das Halterungsbett (3) wird das Reibmaterial (4) geformt.In the bracket bed ( 3 ) the friction material ( 4 ) shaped.

Das Reibmaterial (4) geht nach Hinterfließen durch mechanische Verkrallung sowie durch chemische Affinität eine kraft- und formschlüssige Bindung mit dem Halterungsbett (3) auf der Trägerplatte (2) ein.The friction material ( 4 ) after flowing back through mechanical claws and chemical affinity, a non-positive and positive connection with the mounting bed ( 3 ) on the carrier plate ( 2 ) on.

Mit dem beschriebenen Halterungsbett kann ein Reibbelag kostengünstiger gegenüber Halterungsbetten nach den Sinter- oder Aufschweißverfahren hergestellt werden, erzielt eine höhere Temperaturbeständigkeit gegenüber Kleberbindungen auf organischer Basis, und durch die korrosionsschützende Zubereitung der Bindung wird eine Unterrostung, und die damit einhergehende Gefahr der Ablösung des Reibmaterials von der Trägerplatte deutlich verringert.With the bracket bed described a friction lining can be less expensive across from Support beds are manufactured using the sintering or welding process, achieves a higher temperature resistance across from Adhesive bindings on an organic basis and thanks to the anti-corrosion preparation the binding becomes an under rust, and the associated Risk of detachment of the friction material from the carrier plate clearly reduced.

Claims (16)

Reibbelag (1) für Scheiben- und Trommelbremsen und sonstige Arten von Bremsen sowie für Kupplungen für Straßen- und Schienenfahrzeuge und für industrielle Anwendungen, bestehend aus einer Trägerplatte aus Stahl oder einem sonstigen Werkstoff mit Reibmaterial, wobei die dem Reibmaterial zugewandte Seite der Trägerplatte mit einem Halterungsbett aus einer strukturierten Oberfläche oder einzelnen Elementen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur oder die einzelnen Elemente aus einer ausgehärteten Zubereitung besteht, die durch eine scharfkantige und hohe spezifische Oberfläche kraft- und formschlussbildend das Reibmaterial bindet und sich selbst durch hohe Adhäsivkräfte und mechanischer Verankerung formschlüssig an die Trägerplatte bindet.Friction lining ( 1 ) for disc and drum brakes and other types of brakes as well as for clutches for road and rail vehicles and for industrial applications, consisting of a carrier plate made of steel or another material with friction material, the side of the carrier plate facing the friction material with a mounting bed made of a Structured surface or individual elements, characterized in that the structure or the individual elements consists of a hardened preparation, which binds the friction material through a sharp-edged and high specific surface to form a force and form-fit connection, and positively attaches itself to the through high adhesive forces and mechanical anchoring Carrier plate binds. Reibbelag (1) nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des strukturierten Halterungsbettes 0,1–3,0 mm aufweist, vorzugsweise im Dickenbereich zwischen 1,0 und 2,0 mm liegt.Friction lining ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the thickness of the structured mounting bed has 0.1-3.0 mm, preferably in the thickness range between 1.0 and 2.0 mm. Reibbelag (1) nach Anspruch 1. und 2. dadurch gekennzeichnet, dass das Halterungsbett aus einer Zubereitung mit hohen Adhäsions- und Kohäsionskräften hergestellt wird und nach der Polymerisations- und/oder Kondensationsreaktion eine temperaturstabile Bindung von Trägerplatte und Reibmaterial im oberen Belastungsbereichen von Reibbelägen gewährleistet.Friction lining ( 1 ) according to claim 1 and 2, characterized in that the mounting bed is made from a preparation with high adhesive and cohesive forces and after the polymerization and / or condensation reaction ensures a temperature-stable bond between the carrier plate and the friction material in the upper load areas of friction linings. Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente der Zubereitung eine Alkali- oder Erdalkalisilikatlösung mit unterschiedlichen Molverhältnissen verwendet wird.Friction lining ( 1 ) according to claim 1 to 3, characterized in that an alkali or alkaline earth silicate solution with different molar ratios is used as a component of the preparation. Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente der Zubereitung Kieselsol verwendet wird.Friction lining ( 1 ) according to claim 1 to 3, characterized in that silica sol is used as a component of the preparation. Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente der Zubereitung eine Aluminiumsilikatlösung verwendet wird.Friction lining ( 1 ) according to claim 1 to 3, characterized in that an aluminum silicate solution is used as a component of the preparation. Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente der Zubereitung eine Lösung oder Suspension von Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Magnesiumoxid verwendet wird.Friction lining ( 1 ) according to claim 1 to 3, characterized in that a solution or suspension of aluminum oxide, zirconium oxide or magnesium oxide is used as a component of the preparation. Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente der Zubereitung Lösungen aus organischen Siliciumverbindungen der Gruppe der Alkylsilane und/oder der Gruppe der Alkylsiloxane verwendet werden.Friction lining ( 1 ) according to claim 1 to 3, characterized in that as a component of the preparation solutions from organic silicon compounds of the group of alkylsilanes and / or the group of the alkyl siloxanes can be used. Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass Kombinationen von mehreren Komponenten nach Anspruch 4. bis 8. verwendet werden.Friction lining ( 1 ) according to claims 1 to 3, characterized in that combinations of several components according to claims 4 to 8 are used. Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz zu Anspruch 4 bis 9 als Feststoffkomponente der Zubereitung natürlich entstandene oder technisch hergestellte, ganz oder teilweise aus silikatischen Verbindungen bestehende Partikel in Korngrößen von 0,05 bis 2,5 mm verwendet werden.Friction lining ( 1 ) according to claims 1 to 3, characterized in that particles of grain size of 0.05 to 2.5 mm are used as additives to claims 4 to 9 as a solid component of the preparation, or naturally produced or technically manufactured particles consisting wholly or partly of silicate compounds , Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz zu Anspruch 4 bis 9 als Feststoffkomponente der Zubereitung natürlich entstandene oder technisch hergestellte Metalloxid-Verbindungen in Korngrößen von 0,05 bis 2,5 mm verwendet werden.Friction lining ( 1 ) according to Claims 1 to 3, characterized in that naturally added or technically produced metal oxide compounds in grain sizes of 0.05 to 2.5 mm are used as an additive to Claims 4 to 9 as a solid component of the preparation. Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz zu Anspruch 4 bis 9 als Feststoffkomponente der Zubereitung natürlich entstandene oder technisch hergestellte halogenidische Verbindungen in Korngrößen von 0,05 bis 2,5 mm verwendet werden.Friction lining ( 1 ) according to claim 1 to 3, characterized in that naturally added or technically produced halide compounds in grain sizes of 0.05 to 2.5 mm are used as an additive to claims 4 to 9 as a solid component of the preparation. Reibbelag (1) nach Anspruch 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz zu Anspruch 4 bis 9 Kombinationen von mehreren Komponenten nach Anspruch 10. bis 12. verwendet werden.Friction lining ( 1 ) according to claims 1 to 3, characterized in that combinations of several components according to claims 10 to 12 are used as an addition to claims 4 to 9. Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages (1) dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Zubereitung nach Anspruch 2. bis 13. als Halterungsbett auf der dem Reibmaterial zugewandten Seite der Trägerplatte manuell oder mittels technischer Vorrichtungen, insbesondere durch Aufsprühen, Aufspritzen, Streichen, Rakeln, Tauchen, Walzen, Drucken oder Stempeln, ganzflächig oder unterbrochen, geometrisch oder unregelmäßig gemustert in einer Schichtdicke von 0,1 bis 3,0 mm, vorzugsweise 1,0 bis 2,0 mm, erfolgt.Process for producing a friction lining ( 1 ) characterized in that the application of the preparation according to claims 2 to 13 as a mounting bed on the side of the carrier plate facing the friction material, manually or by means of technical devices, in particular by spraying, spraying, brushing, knife coating, dipping, rolling, printing or stamping, over the entire surface or interrupted, geometrically or irregularly patterned in a layer thickness of 0.1 to 3.0 mm, preferably 1.0 to 2.0 mm. Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages (1) dadurch gekennzeichnet, dass die Zubereitung nach Anspruch 4 bis 13 und das Halterungsbett nach Aufbringung nach Anspruch 14 bei Raumtemperatur oder mittels Wärmebehandlung im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 400°C gehärtet wird.Process for producing a friction lining ( 1 ) characterized in that the preparation according to claim 4 to 13 and the mounting bed after application according to claim 14 is cured at room temperature or by means of heat treatment in the temperature range from room temperature to 400 ° C. Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages (1) nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass auf die Trägerplatte nach Anspruch 1. bis 15. Reibmaterial aufgepresst oder mittels anderer Verfahren aufgebracht wird.Process for producing a friction lining ( 1 ) according to claim 1, characterized in that friction material is pressed onto the carrier plate according to claims 1 to 15 or applied by other methods.
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