DE1070666B

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Publication number: DE1070666B
Application number: DENDAT1070666D
Authority: DE
Publication date: 1959-12-10

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Bremsklötze, die insbesondere zum Bremsen von schweren Schienenfahrzeugen geeignet sind.

Zum Bremsen von Schienenfahrzeugen werden üblicherweise Bremsklötze aus Gußeisen verwendet, die gegen die Stahllaufflächen der Räder unter Anwendung einer zum Bremsen ausreichenden Kraft angelegt werden. Gewöhnlich wird ein durch Druckluft betätigter Mechanismus verwendet, um den Bremsklotz an die Radlauffläche anzudrücken.

Es sind auch Bremsen für Schienenfahrzeuge mit sich drehenden und mit feststehenden Scheiben bekannt, wobei die sich drehenden Scheiben mit den Rädern verbunden sind und mit diesen umlaufen, während die feststehenden Scheiben mit dem festen Gestell des Fahrzeuges verbunden sind. Die Bremsbeläge sind auf der Oberfläche der feststehenden Scheiben befestigt und können zur Anlage an die umlaufenden Scheiben gebracht werden, um die Bremsung herbeizuführen.

Das Bremsen von schweren Schienenfahrzeugen unter Benutzung von Gußeisenbremsklötzen erfordert die Anwendung einer hohen Bremskraft. Dies verursacht eine große Abnutzung der Gußeisenbremsklötze. Der Reibungskoeffizient eines Gußeisenbremsklotzes ist außerdem relativ gering, jedoch ist sein Reibungskoeffizient bei trockenem und bei nassem Wetter im wesentlichen konstant, was bedeutet, daß das Vorhandensein von Feuchtigkeit bei Gußeisenbremsklötzen keine schädliche Wirkung auf die Bremswirksamkeit hat.

Es ist ein Reibungsmaterial besonderer Zusammensetzung bekannt, das zum Bremsen schwerer Schienenfahrzeuge besonders geeignet ist. Dieses Material hat insbesondere die Eigenschaften hoher Reibung und niedriger Abnutzung. Das Verhältnis seines Naßreibungskoeffizienten zu seinem Trockenreibungskoeffizienten entspricht annähernd demjenigen von Gußeisen. Es enthält Gußeisenteilchen, gegen Abnutzung widerstandsfähige organische Reibungsteilchen und verstärkende Asbestfasern, wobei alle Teilchen in ein vulkanisiertes Bindemittel eingebettet sind. Während dieses bekannte Reibungsmaterial gute Eigenschaften zeigt, die es zur Verwendung als Schienenfahrzeugbrcmskiotz geeignet machen, weist es den Nachteil auf, daß bei seiner Anwendung leicht eine ungleichmäßige Abnutzung der Lauffläche des Fahrzeugrades eintreten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bremsklotz zu entwickeln, der sämtliche guten Eigenschaften dieses bekannten Bremsklotzes hat, jedoch nicht die unerwünschte Eigenschaft einer ungleichmäßigen Abnutzung der Radlauffläche aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe enthält gemäß der Er-Bremsklotz

Anmelder:

Johns-Manville Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. E. Wiegand, München 15,

und Dipl.-Ing. W. Niemann, Hamburg I₁ Ballindamm 26,

Patentanwälte

Charles Louis Ernest de Gaugue jun., Cokesbury, N. J., und Ralph Thomas Halstead, Somerville, N. J.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

findung ein vorerwähnter Bremsklotz mit einem Gehalt von 25 bis 75 Gewichtsprozent Eisen, wie Gußeisen, und wenigstens 50 Volumprozent von nicht aus Eisen bestehenden anorganischen und organischen Füllstoffen und Hartkautschuk als organischem Bindemittel bis zu 30 Gewichtsprozent verstärkende organische Stapelfaser, wie Cellulosefaser.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung beträgt der Gehalt an verstärkender organischer Stapelfaser 2 bis 10 Gewichtsprozent.

Der Bremsklotz gemäß der Erfindung hat wie der bekannte Bremsklotz einen hohen Reibungskoeffizienten von ungefähr 0,300 im Vergleich zu 0,080 für Gußeisen unter vergleichbaren Schienenfahrzeugbremsbedingungen. Eine weitere wesentliche Eigenschaft des Bremsklotzes gemäß der Erfindung besteht darin, daß er im nassen Zustand einen Reibungskoeffizienten aufweist, der nicht geringer als 75% des Trockenreibungskoeffizienten ist. Das Verhältnis zwischen der Naß- und der Trockenbremsstrecke überschreitet daher bei derselben Anfangsgeschwindigkeit und derselben Bremswirksamkeit gewöhnlich nicht den Wert 1.25.

Eine besondere Eigenart der Bremsklötze gemäß der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß der Reibungskoeffizient über den gesamten Bereich der Radgeschwindigkeiten während des Bremsvorganges verhältnismäßig konstant ist, während der Reibungskoeffizient von Gußeisenbremsklötzen sich stark erhöht, wenn die Radgeschwindigkeit abnimmt. Demgemäß wird durch gemäß der-Erfindung hergestellte Bremsklötze eine viel sanftere Bremswirkung erzielt.

909 688/14

Diese Bremsklötze haben die weitere vorteilhafte Eigenschaft, daß sie die Radlauffläche, mit der sie zusammenwirken, gleichmäßiger abnutzen. Sie haben darüber hinaus auch eine längere Lebensdauer als Klötze, die Asbestfasern enthalten. Diese Eigenschaft ist deshalb' besonders unerwartet, weil anzunehmen war,·,, daß die Ausschaltung einer ungleichmäßigen Abnutzung der Radlauffläche zu einer erhöhten Abnutzung des mit ihr zusammenwirkenden Bremsklotzes führt.

Beispiele von organischen Stapelfasern, die gemäß der Erfindung benutzt werden können, sind Cellulosefasern, wie Holzfasern, Celluloseflocken, Viskose- und Acetatreyonfasern, Baumwollfasern usw., Eiweißfasern, wie Wolle, Seide usw., regenerierte Eiweißfasern, Alginatfasern und synthetische polymere Fasern, wie Polyamidfasern, Polyäthylen- und Polyhalogenäthylenfasern, Polyesterfasern, Polytetrahalogenäthylenfasern, Polyacrylsäurenitrilfasern einschließlich der durch Wärme modifizierten Acrylsäurenitrilfasern.

Versuche haben ergeben, daß die ausgezeichneten Reibungseigenschaften und die lange Lebensdauer der Schienenfahrzeugbremsklötze gemäß der Erfindung auf das günstige Zusammenwirken der Eisenmetallteilchen, .die einen wesentlichen Anteil bilden, mit dem harten, zähen elastomeren Bindemittel und den nicht aus Eisen bestehenden anorganischen und organischen Füllmaterialien zurückzuführen sind, die durch die organische Faser und die Harz- oder Kautschukreibungsteilchen gebildet sind. Diese Bestandteile führen dazu, daß die Bremsklötze neben einer langen Lebensdauer auch eine hohe ReibungsWirksamkeit sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand haben, d. h., die Bremsklötze gemäß der Erfindung zeigen eine Kombination von Vorzügen, wie sie mit keinem der bisher vorgeschlagenen Reibungsmaterialien und erst recht nicht mit den üblichen Gußeisenbremsklötzen erzielt wurde.

Die vorteilhaften Eigenschaften werden insbesondere mit Holzzellstoffflocken erzielt. Daß solche organische Verstärkungsstapelfasern für Bremsklötze zu deren Verbesserung benutzt werden können, ist unerwartet, da Untersuchungen gezeigt haben, daß im Betrieb an den Reibungsflächen hohe Temperaturen um 8OQ⁰C erzeugt werden, die erheblich über den Zerstörungstemperaturen für solche Fasern liegen.

Ein Bremsklotz gemäß der Erfindung kann hinsichtlich der verschiedenen Bestandteile, außer den verstärkten organischen Stapelfasern, folgende Merkmale aufweisen, denen jedoch keine selbständige Bedeutung zukommt:

_: Das Bindemittel kann bis zu 6 Gewichtsprozent (auf das; Gewicht des Klotzes bezogen) eines Versteifungsmittels: aus einem wärmehärtbaren Harz enthalten.
_; >Der Bremsklotz kann 10 bis 60 Gewichtsteile an gegen! Abnutzung widerstandsfähigen organischen Reibungsteilchen und 8 bis 32°/o an vulkanisiertem natürlichem oder synthetischem Kautschuk als Bindemittelmatrix' enthalten; dabei können die gegen Abnutzung widerstandsfähigen Reibungsteilchen entweder aus Teilchen von hartvulkanisiertem Kautschuk mit; z.B. 50 bis 70 Gewichtsprozent anorganischen Füllstoffen und Vulkanisiermitteln oder aus üblichen harzartigen Teilchen, z. B. Körnern von gehärteten, durch Wärme härtbaren Harzen, wie polymerisiertem Acajonußschalenöl, bestehen.

-DieKautschukmischung kann aus 2 bis !^Gewichtsprozent (auf das Gewicht des Klotzes bezogen) eines natürlichen oder synthetischen Kautschuks, wie eines Butadienstyrolmischpolymerisates, zusammen mit 4 bis 20 Gewichtsprozent (auf das Gewicht des Klotzes bezogen) an anorganischen und organischen Füllstoffen und Vulkanisierbestandteilen, wie Schwefel, Bleiglätte, Zinkoxyd, Ruß und Baryten, bestehen.

Die Eigenschaften der Bremsklötze gemäß der Erfindung ergeben sich in erster Linie aus dem hohen Anteil an Eisenmetallkörnern oder -spänen und dem Hartkautschuk und seinen nicht aus Eisen bestehenden

ίο Füllstoffen sowie der organischen Faserverstärkung, wobei die Mischung einen guten Widerstand gegen Erweichung durch Wärme hat. Der an sich bekannte Anteil von 25 bis 75 Gewichtsprozent Eisen, vorzugsweise hauptsächlich in der Form von Gußeisenteilchen, und wenigstens 50 Volumprozent (75 bis 25 Ge\vichtsprozent) an nicht aus Eisen bestehenden anorganischen und organischen Füllstoffen sowie organischen Bindematerialien und einer Bindemittelmischung aus verhältnismäßig wärmebeständig kulvanisiertem Kautschuk einschließlich der erfindungsgemäß zugesetzten organischen Verstärkungsfaser ist notwendig, um einen ausreichend hohen Reibungskoeffizienten, ein gutes A^erhältnis zwischen der Naß- und der Trockenbremswirkung für den Schienenfahrzeugbetrieb bei starker Belastung, einen ausreichenden Widerstand gegenüber erzeugter Wärme, die Eigenschaft einer gleichmäßigen Laufflächenabnutzung und eine lange Lebensdauer zu entwickeln. Vorzugsweise besteht der gesamte Eisengehalt aus Gußeisenspänen. In diesem Fall überschreitet der Eisengehalt gewöhnlich nicht 65 Gewichtsprozent. Wenn auch ein größerer Prozentsatz angewendet werden kann, so ergibt dieser über 65% hinaus keine nennenswerte Verbesserung der Naß-Trocken-Reibungsverhältnisse und setzt die erwünschte lange Lebensdauer des Klotzes etwas herab. Bei einer abgeänderten Ausführungsform des Bremsklotzes können in an sich bekannter Weise verschiedene Lagen von Gittermaterial aus Streckstahl oder einem äquivalenten Verstärkungsgeflecht aus Eisen in den Klotz eingelegt sein. Während diese Verstärkungsgitter einen Teil des gesamten Eisenmetallgehaltes dieser Klötze ausmachen, ist bei weitem der größte Teil des Eisens aber in Form von Spänen oder Körnern vorhanden. Der Eisenmetallgehalt auf Grund der Gitter allein soll nicht mehr als ungefähr 15°/o des Gewichtes der gesamten Klotzzusammensetzung umfassen.

Bremsklötze der beschriebenen Art können wie folgt hergestellt werden: Nach gründlichem Mischen der Bestandteile wird die Masse in eine entsprechende Form eingebracht. Wenn Gitter aus Streckmetall oder äquivalente Verstärkungmetallgeflechte vorgesehen sind, werden diese in die Form mit Zwischenräumen parallel zur Klotzoberfläche während des Beschickens der Form mit der Mischung eingebracht. Nachdem die Form bis auf eine vorbestimmte Höhe mit der Mischung gefüllt ist, wird die Masse verdichtet, gehärtet und innerhalb der Form durch gleichzeitige Anwendung von hoher Temperatur und Druck vulkanisiert. Eine

solche Vulkanisation kann z. B. unter einem Druck von 140 bis 350 kg/cm², vorzugsweise von 175 bis 210 kg/cm², bei einer Temperatur, die der Temperatur von Dampf bei 4 kg/cm² Druck äquivalent ist, stattfinden. Auf diese Weise wird der Klotz zu den endgültigen Abmessungen geformt, und die verschiedenen Bestandteile der Masse werden fest miteinander verbunden.

Im folgenden werden Beispiele von verschiedenen, der Erfindung entsprechenden Zusammensetzungen von Bremsklotzmaterial für Schienenfahrzeugbremsen

und das allgemeine Herstellungsverfahren angegeben. Sämtliche Prozentsätze in den Beispielen bezeichnen Gewichtsprozente.

Beispiel I

Gußeisenspäne 32 %

Hartkautschukreibungsteilchen 46%

Cellulosefaser 6%

Hartkautschukmischung 16%

Butadienstyrolkautschuk 3 %

Harz aus polymerisierbarem Acajonuß-

schalenöl 2 %

Schwefel 1,4%

Bleiglätte 4,3%

Zinkoxyd 3,6% } 10%

Ruß 0,5%

Hexamethylentetramin 0,2%.

Die Mischung wird auf die gewünschten Abmessungen unter einem Druck von ungefähr 210 kg/cm² und bei einer Temperatur von ungefähr 15O⁰C geformt. Der Klotz zeigt einen Reibungskoeffizienten von 0,300 im Vergleich zu 0,180 für einen Gußeisenklotz unter denselben Bremsbedingungen, hat ein Verhältnis der Naß- zur Trockenbremsstrecke von im wesentlichen 1,0 bei hohen Geschwindigkeiten und eine Lebensdauer von ungefähr dem 3,5- bis 4fachen derjenigen eines üblichen Gußeisenbremsklotzes.

Beispiel IT

Gußeisenspäne 33 %

Hartkautschukreibungsteilchen 47%

Thermisch modifizierte Acrylsäure-

nitrilf aser 5 %

Hartkautschukmischung 15%

Butadienstyrolkautschuk 3%

Harz aus polymerisierbarem Acajonuß-

schalenöl 2%

Schwefel 1,4%'

Bleiglätte 4,3%

Zinkoxyd 3,6% 10 %

Ruß .." 0,5%

Hexamethylentetramin 0,2%

Dieser Klotz zeigt Reibungseigenschaften, die im wesentlichen ähnlich denjenigen waren, welche der Klotz gemäß Beispiel I hat.

Die Erfindung ist nicht auf die Benutzung des Butadienstyrolkautschuk, wie er in den vorgenannten Beispielen angegeben ist, als wärmewiderstandsfähige vulkanisierte elastomere Mischung beschränkt. Eine zufriedenstellende Mischung kann an Stelle von Butadienstyrol auch natürlichen Kautschuk oder einen synthetischen Kautschuk aus Butadienacrylsäurenitril enthalten. Gegebenenfalls kann die Mischung, was aber etwas weniger zufriedenstellend ist, ein Polychloropren, wie Chlorbutadien, oder einen anderen wärmewiderstandsfähigen vulkanisierten Kautschuk enthalten, der während der Warmhärtungsbehandlung oder im Gebrauch nicht durch einen Inversions- oder Erweichungspunkt geht. Vorzugsweise wird die vulkanisierte Kautschukmischung mit bis zu 6 Gewichtsprozent (auf den Klotz bezogen) eines wärmehärtbaren Harzes der Phenolaldehyd- oder Acajonußschalenölart angereichert.

Claims

Patentansprüche:

1. Bremsklotz mit einem Gehalt von 25 bis 75 Gewichtsprozent Eisen, wie Gußeisen, und wenigstens 50 Volumprozent von nicht aus Eisen bestehenden anorganischen und organischen Füllstoffen sowie Hartkautschuk als organischem Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß er bis zu 30 Gewichtsprozent verstärkende, organische Stapelfaser, wie Cellulosefaser, enthält.

2. Bremsklotz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an verstärkender organischer Stapelfaser 2 bis 10 Gewichtsprozent beträgt.

3. Bremsklotz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittelmischung bis zu 6 Gewichtsprozent (auf das Gewicht des Klotzes bezogen) eines Versteifungsmittels aus einem wärmehärtbaren Harz enthält.

4. Bremsklotz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er 10 bis 60Gewichtsprozent an gegen Abnutzung widerstandsfähigen organischen Reibungsteilchen und 8 bis 32% vulkanisierten natürlichen oder synthetischen Kautschuk als Bindemittel enthält.

5. Bremsklotz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Verstärkungsfaser aus thermisch modifiziertem Acrylsäurenitril besteht.

6. Bremsklotz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Klotz durch ein aus hartem Eisen bestehendes Gitter verstärkt ist, das im Abstand von seiner Reibungsfläche im wesentlichen parallel zu dieser angeordnet ist.

7. Bremsklotz nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kautschukmischung 2 bis 12 Gewichtsprozent (auf das Gewicht des Klotzes bezogen) eines natürlichen oder synthetischen Kautschuks, wie eines Butadienstyrolmischpolymerisates, zusammen mit 4 bis 20 Gewichtsprozent auf das Gewicht des Klotzes bezogen) an anorganischen und organischen Füllstoffen und Vulkanisierbestandteilen, wie Schwefel, Bleiglätte, Zinkoxyd, Ruß und Baryten, enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 713 160;
USA.-Patentschriften Nr. 2 619 442, 2 620 320, 686 140.