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Reibpaarung für Bremsen Die Erfindung geht aus von einer Reibbacke,
insbesondere für Trommelbremsen mit Servowirkung von Kraftfahrzeugen, mit mindestens
zwei in Umlaufrichtung hintereinander auf dem Reibbelagträger angeordneten, unterschiedlich
zusammengesetzten und eine unterschiedlich große Reibfläche aufweisenden Reibbelägen,
wobei der Reibbelag mit der kleineren Reibfläche aus gesinterten Metallpulvem besteht
und mit aus Asbest und einem organischen Bindemittel bestehenden anderen Reibbelag
in der Hauptdrehrichtung vorgeschaltet ist und mit seinem Abrieb die Reibeigenschaften
der Reibpaarung bestimmt.
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Der größte Teil der handelsüblichen organischen Reibungsstoffe für
die Bremsen von Personenkraftwagen, Lastwagen, Traktoren usw. arbeitet nicht zufriedenstellend,
da sie ihre Wirksamkeit bei steigenden Temperaturen verlieren. Ein solcher Zustand,
der im allgemeinen als Bremsfading bezeichnet wird, führt dazu, daß der Reibungswerkstoff
weniger wirkaa#n wird. Die Entwicklung von Wärme während des Breinsens kann nicht
verhindert werden, da die Aufgabe der Bremse gerade darin besteht, die kinetische
Energie des Fahrzeuges in Wärme umzuwandeln. Bei einigen älteren Vorrichtungen wird
der Vorschlag gemacht, das Problem des Fadings dadurch zu lösen, daß man für eine
bessere Abfuhr der Bremswärme sorgt, um auf diese Weise eine niedrigere Betriebstemperatur
zu erreichen. Gegenwärtig besteht ein sehr großer Bedarf für Bremsbeläge, die zufriedenstellend
bei höherer Temperatur arbeiten können, da die Bremsbeläge in immer stärkerem Maßstab
beansprucht werden, weil ein gewisser Trend zu kleineren Rädern, gekapselten Radgehäusen,
schnellen und schwereren Fahrzeugen und automatisch schaltenden Getrieben, bei denen
der Antriebsmotor eine geringere Bremswirkung auf die Raddrehung ausüben kann, besteht.
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Es sind bereits Reibbacken in einer Bremsvorrichfung bekannt, bei
denen der Abrieb der einen Backe eine andere Backe derart beeinflußt, daß die üblicherweise
durch Bremswärme eintretende Minderung der Bremswirkung verhindert wird. Diese dem
Abrieb unterliegenden Bremsbacken bestehen aus Sintermetallkörpern oder keramischen
Sinterkörpern.
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Es ist auch bereits bekannt, Reibbeläge verschiedener stofflicher
Zusammensetzung in bestimmten, auf die wirksame Oberfläche bezogenen Anteilen auf
einem Reibbelagträger zusammenzufassen.
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Man hat ferner Reibungsbeläge aus Mullithergestellt, deren Teilchen
durch ein Metall als Bindemittel zusammengehalten werden, wobei noch weitere Stoffe,
z. B. Graphit, enthalten sein können.
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Es ist schließlich noch bekannt, zur Konstanthaltung des Reibwertes
der Masse des Bremsbelages eine temperaturbeständige Substanz, z. B. Graphit, Talkum,
Molybdändisulfit, Kaolin, oder ein reines Metall beizumischen.
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Die bekannten metallkeramischen Reibmaterialien dienen zur direkten
Übertragung des Bremsmomentes und haben daher den Nachteil einer schnellen
Ab-
nutzung und eines schnellen Verschleißes der Brems-trommel.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Fading bei Bremsen mit
organischen Reibbelägen zu verhindern, das bei erhöhter Temperatur, d. h.
nach häufigem oder intensivem Gebrauch der Bremse eintritt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Reibbacke der eingangs
geschilderten Art mit organischen Reibbelägen durch die Vereinigung folgender an
sich bekannter Merkmale gelöst: a) Der Sinterreibkörper ist von dem organisch gebundenen
Reibkörper durch eine senkrecht zur Drehrichtung liegende Fuge getrennt;
b) der Sinterreibkörper besteht aus Eisen-, Kupfer-oder Aluminiumpulver mit
einem Graphitzusatz; c) der Sinterreibkörper enthält eine keramische Masse, und
d)
die Reibfläche des Sinterreibkörpers beträgt etwa 3 bis 18 % der Reibfläche
aller Reibbeläge der Reibbacke.
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Nach der bevorzugten Ausführungsform ist die dem Sinterreibkörper
beigefügte keramische Masse Mullit oder Rohkyalit oder bei Eisenpulver als -metallischem
Hauptbestandteil Magnesit. Bei einer besonderen Ausführungsform enthält der Sinterreibkörper
als weiteres metallisches Pulver Wismut.
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Bei Trommel remsen, bei denen die Bremsbacken in einem Gehäuse
angeordnet sind und nicht unmittelbar gekühlt werden können, weist die erfindungsgemäße
Anordnung und Zusammensetzung des Sinterreibkörpers den Vorteil auf, daß bei Temperaturen
von 200 bis 2601 C und darüber (Erweichungstemperaturen), bei denen die meisten
organischen Reibungswerkstoffe bereits wirkungslos werden, das Bremsfading wesentlich
verringert ist und die Bremse7 noch mit gutem Wirkungsgrad arbeitet. Dabei tritt
ein ungleichmäßiges Greifen der Bremse, nämlich das »Rupfen« der Bremse, nicht auf.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Servobremse,
Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht der sekundären Bremsbacke der Servobremse
nach F i g. 1.
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In den F i g. 1 und 2 ist eine Servobremse dargestellt, die
eine primäre Bremsbacke 10 und eine sekundäre Btemsbdcke 12 aufweist. Beide
Bremsbacken sind an einem Ende mit einem verstellbaren Bolzen 14 verbunden.
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An den gegenüberliegenden Enden der Bremsbacken greift ein Radzylinder
20 und je nach Richtung der Trommelumdrehung das eine und das andere Ende
des Widerlagers 22 an.
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Die Bremsbacken tragen einen Reibbelag. Die primäre Bremsbacke
10 ist mit dem Belag 27 aus organischem Werkstoff versehen, während
auf der sekundären Bremsbacke 12 zwei Beläge 28 und 30
angebracht sind,
von denen der Belag28 aus organischem Werkstoff und der Belag 30 aus einem
Sinterreibkörper bestehen.
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Die Größe des Sinterreibkörpers 30 hängt von der Bremsengröße
ab. Bei -einer Servobremse mit einem Durchmesser von 280 mm schwankt
die Größe des Sinterreibkörpers 30 zwischen einer Bogenlänge von
57 und 9,6.mrn.. Dieser Bereich von Bogenlängen entspricht 18 bis
3 1/o der gesamten Bremsbelagfläche der sekundären Bremsbacke 12. Dies entspricht
etwa 24 bis 4' des Trominelumfanges.
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Die Wirkung des Sinterreibkörpers hängt von seinen Abmessungen ab
und erhöht sich nicht, wenn man diese über 181/o der sekundären Bremsbelagfläche
vergrößert. Bei einer Größe zwischen 3 und 181/o der Belagfläche der sekundären
Bremsbacke tritt der Sinterreibkörper als Bremsfläche nur unbedeutend in Erscheinung.
Aus diesem Grunde wird die Bremsarbeit nahezu ausschließlich von den durch Abrieb
des Sinterreibkörpers beeinflußten organischen Belägen geleistet. An der oberen
Grenze seiner Größe kann der Sinterreibkörper bereits als Bremsfläche in Erscheinung
treten, was jedoch nicht erwünscht ist. Bei weiterer Vergrößerung entstehen auch
beim Bremsen erhebliche Geräusche; der Bremsverschleiß vergrößert sich, und die
Bremse neigt zum Rupfen. Die obere Grenze - für die Bemessung des Siüterreibkörpers
ergibt sich aus den Bedingungen, eine genügend große Schleiffläche zur Verfügung
zu stellen, die die organischen Beläge beim Arbeiten modifizieren kann -und daß
vom Sinterieibkörpbr -nur eine vernachlässigbare Bremswirkung hervorgerufen, wird,
bei der die unerwünschten Eigenschaften des Sinterreibkörpers nicht zu Tage treten.
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Die untere Grenze der Größe des Sinterreibkörpers bestimmt sich durch
konstruktive Ausbildung. Wenn man die Bogenlänge des Sinterreibkörpers von beispielsweise
9,5 oder 12,5 nun auf einen geringeren Wert verkleinert, ergibt
sich nur eine sehr geringe Materialeinsparung, doch werden hierdurch Bearbeitung
und Befestigung komplizierter. Unterhalb von Bogenlängen von 9,5
mm ergibt sich auch eine Verminderung des Wirkungsgrades.
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Der bevorzugte Bereich für die Bogenlänge eines Sinterreibkörpers
bei einer Bremse mit 280 mrn Durchmesser liegt zwischen 4 und etwa 1011/o
der Gesamtbelagfläche der sekundären Bremsbacke.
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Die optimale Größe des Sinterreibkörpers hängt ferner in starkem Maße
von seiner räumlichen Anordnung auf der Bremsbacke ab. Dabei arbeitet der Sinterreibkörper
mit größerer Modifizierungswirkung auf die organischen Beläge, wenn er an einer
Stelle angebracht ist, an der die Bremstrommel mit größerem Druck beaufschlagt wird.
Dies heißt, daß ein Sinterreibkörper eine stärkere Modifizierung auf den organischen
Reibbelag ausübt, wenn man ihn von der Stellung in Zone 3 (F i
g. 2) näher zum Widerlager hin bewegt (22).
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Die Länge des bogenförmigen Sinterreibkörpers ergibt sich aus der
nachfolgenden mathematischen Beziehung:
T. = durch den Sinterreibkörper hervorgerufenes Bremsmoment;
To = zulässiges Gesamtmoment; RD = Innenradius der Trommel
(cm); D2/ = maximaler Einheitsdruck (kg/cm2) an der sekundären Bremsbacke
zwischen dem Belag und der bestrichenen Trommelfläche; ,u. = Reibungskoeffizient
des Sinterreibkörpers mit einer unteren Grenze mit 0,15;
= winkelmäßige Versetzung
des Mittelpunktes des Sinterreibkörpers gegenüber dem Widerlager; W # bestrichene
Trommelbreite (cm); L = Bogenlänge des Sinterreibkörpers (cm). Aus zahlreichen
Erprobungen ist es bekannt, daß die zweckmäßigste Lösung vorliegt, wenn der Faktor
Ic, einen Wert von nicht mehr als 0,10 hat bzw. wenn der Sinterreibkörper
nicht mehr als 1011/o des Gesamtbremsmomentes aufbringt. Diese Beziehungen gelten,
wenn dessen Reibwerkstoff einen Reibungskoeffizienten von etwa 0,15 hat.
Für andere Reib'
werkstoffe kann die Größe k, auch einen anderen
Wert haben. Die maximale Länge L ergibt sich bei ki = 0,1 und #t =
0,15.
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Unter Verwendung der Werte: k, = 0, 1" ö = 106-(s. F
i g. 1 und 2), RD = 140 mm, T, und D., so wie
es sich für einen Reibungskoeffizienten von 0,3 für den organischen primären
und sekundären Belag und 0,15 für den Sinterkörper ergibt, W =
6,35 cm ergibt sich für L eine Länge von 6,15 cm. Dies entspricht ziemlich
gut den Versuchsergebnissen, aus denen sich als Maximalwert L der Wert
5,7 cm ergab.
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Die angegebene Gleichung ermöglicht es, mit vorgegebenen Reibwerkstoffen
Ort und Größe des Sinterreibkörpers miteinander in Beziehung zu setzen.
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Als Abrieb liefernde Sinterreibkörper kommen aus reinem Kupfer-, Gußeisen-
oder Aluminiumpulver bestehende Körper in Frage. Diese ergeben zwar eine bessere
Bremswirkung, neigen aber dazu, auf der Gegenreibfläche der Trommel Riefen oder
sonstige Schäden hervorzurufen, die dann einen übermäßigen Verschleiß der organischen
Beläge ergeben.
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Deshalb wird zu einem aus reinem Kupfer bestehenden Sinterreibkörper
Graphit hinzugefügt. Wenn auch Graphitzusätze den Verschleiß der organischen Beläge
vermindern und die Riefenbildung und den Verschleiß an der Trommeloberfläche herabsetzen,
verschlechtem sie doch den Wirkungsgrad. Keramische Zusätze in Form von kalziniertem
Kyanit (Mullit) zur Kupfer-Graphit-Masse verbessern jedoch den Wirkungsgrad wieder.
Der Verschleiß der organischen Beläge und die Riefenbildung auf der Trommeloberfläche
werden durch die keramischen Zusätze nicht nachteilig beeinflußt.
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Es wurden auch zahlreiche Untersuchungen mit anderen Keramikmassen
als kalziniertem Kyanit (Mullit) durchgeführt. Aus diesen Versuchen ergab sich,
daß roher oder unkalzinierter Kyanit und Magnesit in Anwendung kommen können. Wenn
als metallische Grundmasse Eisen verwendet wird, lassen sich mit Wismutzusätzen
die besten Ergebnisse erzielen. Eine Zusammenfassung*der in verschiedenen Kombinationen
erprobten Bestandteile und auch die damit erzielten Ergebnisse zeigt die nachfolgende
Tabelle 1. Tabelle 2 gibt die Zusammensetzung der bei diesen Versuchen verwendeten
Bestandteile in Gewichtsprozent an.
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Weitere Keramikoxyde können ebenfalls verwendet werden. Die besten
Ergebnisse werden unabhängig von der Grundmasse mit Graphit erzielt.
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Damit der Sinterreibkörper immer wirksam ist, muß zwischen ihm und
den organischen Belägen ein Spalt sein. Damit ist sichergestellt, daß der organische
Belag nicht die Berührung zwischen dem Sinterreibkörper und der Trommelreibfläche
verhindert.
| Tabelle 1 |
| Kombination |
| A B C D E F G |
| Kupfer ...... x x |
| Eisen ....... x x x x x |
| Mullit ....... x x x |
| Kyanit ...... x x x |
| Wismut ...... x x x x |
| Graphit ...... x x x x x x x |
| Magnesit .... x |
| Ergebnisse gutinieder gutinjeder gut gegen gut in jeder schlechter
gutinjeder gutinjeder |
| Beziehung Beziehung Fading, guter Beziehung Wirkungsgrade Beziehung
Beziehung |
| Wirkungsgrad, schlecht gegen |
| schlechte Fading, gute |
| Erholung Erholung |
| Tabelle 2 |
| Anorganische Sinterreibkörperzusammensetzungen in Gewichtsprozent |
| Formel |
| MA' MB' MC MD' ME' MP 1
MG, MRI MJI MK MLI MM, |
| Eisenpulver 60 60 64 60 71 - - - 74
71 60 - |
| Kupferpulver - - - - - 70 80 55 - - - 76 |
| Graphit ...... 15 15 15 15 15 20 20
9 15 15 15 9 |
| Wismut ...... 11 11 11 11 - - - 15 11 - 11 - |
| Mullit ....... 14 - 5 - 14 - - 16 -
- 14 15 |
| Rohkyanit ... - 14 - - - 10 - - - 14
- - |
| Magnesit .... - - - 14 - - - - - - - - |
| Blei ......... - - 5 - - - - - - - - - |
| Zinn ......... - - - - - - - - - - - - |