DE1605852A1

DE1605852A1 - Reibungselemente

Info

Publication number: DE1605852A1
Application number: DE19671605852
Authority: DE
Inventors: Griffith Arvon M
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1966-09-07
Filing date: 1967-09-06
Publication date: 1970-08-20
Also published as: US3492262A; BE703600A; ES344781A1

Description

PATENTANWÄLTE DipL-Ing. MARTI N LICHT Dr. REINHOLD SCHMIDT PATENTANWALTELiCHTjHANSMANN₁HERRMAMN "

β Mönchen 2 · THEREsiENSTRAssE33 Dipl.-Wirtsch.-Ing. AXE L H AN SMANN

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ABEX CORPORATION NEW YORK36,N.Y. FIFTH AVENUE 530 V.St.A, '-■.'

Reibungseleme»te

Die Erfindung betrifft Reibungselemente und insbesondere Eisenbahn-Bremsbacken des sogenannten Mischungstyps (composition type), der einen organischen Bestandteil enthält. Diese unterscheiden sich von den herkömmlichen Standard-Bremsbacken, die aus Gußeisen bestehen.

Die herkömmliche Standard-Bremsbacke besteht aus Gußeisen. Normalerweise sind zwei solche Bremsbacken an zwei entgegengesetzten Seiten eines Eisenbahnwagenrades angebracht, um an der Spur zu bremsen. Diese Anordnung wird im allgemeinen als Sohließbremsenanordnung bezeichnet. Eisenbahn-Bremsbacken dieser Art haben sich seit ihrer ·

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirticji.^:lng. Axel Hansmann, Dipl.-Phy», Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 .Te||foni VWWiWegramm-Mrm*, Upatll/München

Bankverbindung·» 1 Dtwtich· Bank AG, filial« MOnchen, Β·(Γ·Και»ί Vlkluallenmarkt, Konlo-Nr. 70/30 638 Bayer, Vcrainibank MOnchtn, Zweigit. pikar^vpn-MÜUr-Rine, Kto.rNr, 882 495 · Postscheck-Konto 1 Manchen Nr. 1533 <fl '

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Einführung als ree-ht vorteilhaft erwiesen. Neuerdings wird die Verwendung sogenannter Mischungs-Bremsbacken vorgeschlagen, die einen höheren Reibungskoeffizienten besitzen als Bremsbacken aus Gußeisen. Solche Mischungsbremsbacken sind dadurch, charakterisiert, daß sie anorganische Füllstoffkörper in einer organischen Bindemittelmatrix enthalten.

Die Bremsbacken aus Gußeisen werden zur Zeit als Standard-Bremsbacken verwendet. Die zur Zeit bevorzugte Benutzung der Gußeisen-Bremsbacken beruht auf ihrer Haltbarkeit und der einfachen Herstellungsweise. Es ist insbesondere zu erwähnen, daß die Gußeisen-Bremsbacken unter nassen Bedingungen als auch unter trockenen Bedingungen im wesentlichen die gleiche Reibungsgleichförmigkeit zeigen. Als Nachteil hat sich der sogenannte "nasse Schwund** ("wet fade-out") erwiesen.

Die Eisenbahn-Bremsbacken werden je nach Abnutzungsgrad unter normaler Verwendung oft ausgewechselt. Die Eisenbahn ist besonders bemüht Unfälle zu vermeiden und so sind wiederholte Inspektionen der Bremsbacken notwendig, um abgenutzte Bremsbacken zu ersetzen. Die Eisenbahnen haben besondere Vorsichtsmaßregeln getroffen, um eine ungünstige Ersetzung der Gußeisen-Bremsbacken durch Mischungs-Bremsbacken zu verhindern. Diese Vorsichtsmaßregel ist zur Zeit deshalb insbesondere notwendig, weil die Misohungs-Bremsbacken einen bedeutend höheren Reibungskoeffizienten haben als die Guß-

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eisen.-Bremsbaeken. Zur Zeit werden primär Gußeisen-Brems- . baken,benutzt und die verwendeten Bremsdrucke und Brems- ' vorriciitungeii sind in den meisten Fallen auf den relativ niedrigen Reibungswert der Gußeisen-Bremsbacken eingesteilt. Sp üben die meisten Eisenbahn-Bremsvorrichtungen auf die Öußeisen-Bremsbacken eine grUßere Bremskraft aus als für eine Mischungs-Bremsbacke nötwendig wäre. Daher ist der Austausch einer Gfußeisen-Bremsbacke mit einer Hischungs-Bremsbacke mit Gefahr verbunden.

Der Erfindung lag die Aufgäbe zugrunde, eine Mischuhgs— Bremsbacke zu schaffen, die den annähernd gleichen Reibungskoeffizienten besitzt wie eine Gußeisen-Bremsbacke und die möglichst .keinen "nassen Schwund" zeigt. Dadurch soll ein gegebener Bremsdruck unter Betriebsbedingungen gegenüber der Mischungs-Bremsbacke und der Gußeisen-Bremsbacke gleich wirksam sein und die anderen Bedingungen sollen sich ebenfalls entsprechen.

Ein weiterer Vorteil einer niedrigen Reibung bei einer Mischungs-Bremsbacke beruht darauf, daß die erforderliche höhere Bremskraft im Vergleich zu der erforderlichen Bremskraft bei einer Gußeisen-Bremsbacke zu einer Ansammlung von Eis und Schnee auf der Oberfläche der Bremsbacke führt, die schneller eliminiert wird, wenn die Bremsbacke mit der Lauffläche des Eisenbahnwagenrads in Berührung steht, im Vergleich zu einer Mischungs-Bremsbacke mit einer hohen Reibung, die - gegen ein Wagenrad mit einem entsprechenden niedrigen Bremsdruck

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gehalten wird. Dieser Faktor ist besonders wesentlich bei Bremsvorrichtungen, die in Gebieten mit rauhem Winterwetter verwendet werden.

Die Erfindung betrifft eine Eisenbahn-Mischungs-Bremsbacke, die bei etwa 96 km/h einen Bremsreibungsdynamometerkoeffizienteri von etwa 0,20 zeigt, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Bindemittelmatrix, die im wesentlichen aus etwa 14—24 Gewiehtsteilen eines hitzehärtbaren phenolisehen Harzes besteht > und Fällst of fe enthält, die in dieser Matrix verteilt sind und aus etwa 12-30 Gewiehtsteilen Gußeisenteilchen, aus etwa 20-55 Gewichtsteilen Graphitteilchen und etwa 8—17 Gewichtsteilen Asbestfasern bestehen.

Der Erfindungsgegenstand wird in der folgenden Beschreibung, die einen bevorzugte Ausführungsform darstellt, im einzelnen erläutert.

Das Reibungselement nach der vorliegenden Erfindung wird durch eine Bindemittelmatrix charakterisiert, die aus einem gradkettigen PhenolformaIdehydharz als eine bevorzugte hitzehärtbare Harzmatrix besteht. In der Matrix sind FUIlstoffteilehen verteilt, die aus Eisen, Graphit und Asbest bestehen. Es wurde festgestellt, daß durch diese Zusammensetzung eine relativ niedrige Reibung in einer Mischungs-Bremsbacke erreicht werden kann, d.h., ein Reibungskoeffizient von annähernd 0,20, der dem Reibungskoeffizienten der Standard-Gußeisen-Bremsbacke entspricht. Weiterhin konnte festgestellt

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werden, daß die Reibung der Bremsbacke im nassen Zustand nur auf etwa 0,19 abfällt. Dadurch kann der unerwünschte "nasse Schwund" kaum eintreten. Diese neuartigen Mischungs-Bremsbacken können die herkömmlichen Gußeisen—Bremsbacken ersetzen, ohne daß irgendwelche Änderungen in der Bremsvorrichtung notwendig sind und irgendwelche Gefahrenmomente auftreten könnten. *

Das folgende Beispiel 1 stellt eine bevorzugte AusfUhrungsform der vorliegenden Erfindung darj

Beispiel 1 Bestandteile

Gepulvertes Phenolformaldehyd (Bindemittel)

Gußeisenteilchen (Sieböffmmg <Ö,42mm)

Naturgraphit (40-45 Mikron) Asbestfasern

Die Bestandteile von Beispiel 1 werden zu einem homogenen Zustand trocken vermischt. Anschließend wird eine Preßform, die der Geometrie des Mischungs-Reibungselementes entspricht, beispielsweise eine Eisenbahnbremsbacke, mit der Mischung gefüllt und verschlossen, bevor die Mischung einer vorbereitenden Härtung etwa 2-3 Stunden bei 151⁰C und einem Druck von I09 kg/cm unterworfen wird. Die genauen Bedingungen können je nach erwünschter Dichte.

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Gewichts-%	5
15	5
25
43,
16,

und erwünschtem Härtungsgrad variiert werden. Das aus der Pressform entfernte Produkt wird dann einer zweiten Härtung unterworfen, die aus einem längeren Erhitzungszyklus besteht, beispielsweise aus 10 Stunden bei etwa 177°G und höher.

Der Graphit besteht vorzugsweise aus Naturgraphit, der bei einer Analyse etwa 95% graphitischen Kohlenstoff ergibt. Die Gußeisenteilchen stammen vorzugsweise aus weißem Gußeisen. Es können jedoch auch äquivalente Formen von Gußeisen verwendet werden, da diese Teilchen fUr die Verschleißeigenschaften der erfindungsgemäßen Bremsbacke verantwortlich sind.

Wie bereits erwähnt, werden in der Natur vorkommender Graphit und Eisenteilchen aus weißem Gußeisen bevorzugt. Es konnte festgestellt werden, daß auch bei einer Veränderung der Prozentsätze der Bestandteile die erwünschten Eigenschaften einer niedrigen Reibung und des Fehlens eines "nassen Schwundes" erreicht werden können.

Bestandteile Gewiohta-%

Phenolformaldehyd

(hitzehärtbares phenolisches Harz) - 14-24

Gußeisenteilohen 12 -30

Graphitteilchen

(vorzugsweise Naturgraphit) 20 - 55

Asbestfasern 8-17

Verschiedene, die Reibung modifizierende

Minera!teilchen 0-30

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. 'Die Bremsbacke nach der Erfindung ist gekennzeichnet ' durch ein Bindemittel, das vollständig aus Phenolformaldehyd besteht. Das Bindemittel liefert eine Matrix, in der die restlichen Bestandteile verteilt sind, so z.B. die -Füllstoffe wie Asbestfasern, GußeiBehteilehen und Naturgraphit, und verschiedene die Reibung modifizierende Mineralien, wie Baryt, Korund und gepulverter Koks. Diese Kombination ergibt eine vorteilhafte Bremsbacke mit einem Reibungskoeffizienten von etwa 0,20 bei etwa 96 km/h. Dieser Reibungskoeffizient entspricht den Reibungskoeffizienten der bisher verwendeten Standard-Gußeisen-Bremsbacken. Dieser Reibungskoeffizient ist nicht so hoch wie der bisherige Reibungskoeffizient der bisher hergestellten Mischüngs-Bremsbacken, der etwa 0,35 bei etwa 96 km/h betrug. Die bisher im Handel erhältliehen Mischungs-Bremsbacken besaßen eine Bindemittelmatrix, die einen hohen Prozentsatz eines Elastomers enthielt, insbesondere einen thermoplastischen Bestandteil in der Form von Gummi. Die bisherigen Mischungs—Bremsbacken hatten keinen so hohen Prozentsatz an natürlichem Graphit wie es bei dem erfindungsgemäßen Reibung^element der Fall ist. Dieses erfordert mindestens 2Q Gewichts-^ Graphit.

Die erfindungsgemäße Mischungs-Bremsbacke h'ajb einen relativ niedrigen Reibungskoeffizienten, der annähernd der gleich ist wie bei den herkömmlichen Standard-Bremsbacken aus Gußeisen. Außerdem ist der sogenannte "nasse Schwund" fast nicht mehr vorhanden, d.h., ein starker Reibungsverlust, wenn

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die Bremsbacke naß ist im Vergleich zu ihren Reibungseigenschaften wenn sie trocken ist. Dieser Nachteil wirkt sich insbesondere bei den herkömmlichen Bremsbacken aus Gußeisen aus. Aus diesen Gründen kann die erfindungsgemäße Bremsbacke anstelle der bisherigen Gußeisen-Bremsbacken verwendet werden, ohne daß eine Veränderung der Bremsvorrichtung oder des Bremsdruckes notwendig wird. Da der höhere Standard-Bremsdruck wie für Gußeisen—Bi^oemsbaeken verwendet werden kann, im Gegensatz zu niedrigen Bremsbaekendrueken, die für die herkömmlichen Mischungsbremsbacken mit einem Reibungskoeffizienten von etwa 0,35 erforderlich sind, ist zu erwarten, daß Schnee-oder Eisansammlungen bei der Bremsbacke nach der Erfindung während der Bremsung leicht entfernt werden können. Der Größenunterschied im Bremsdruck kann durch den Dynamometertest festgestellt werden. Der Dynamometertest zeigt, daß ein Anstieg des Bremsdruckes um etwa 50% bis zu dem Bremsdruck notwendig ist, der für die Standard—Gußeisen-Brems— backe verwendet wird, um einen vollständigen Dynamometerstop unter gegebener Radbelastung, Geschwindigkeit (96 km/h) und Stopentfernungsbedingungen bei der Bremsbacke nach der Erfindung zu erzeugen (f= etwa 0,20 bei etwa 96 km/h Dynamometer) im Vergleich zu einem Dynamometerstop, der bei gleichen gegebenen Bedingungen mit den bisherigen Mischungs-Bremsbacken erreicht wird.

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Claims

Pa t ent anmeIdung; Beibungselemente

1. Eisenbahn-Miseiiuagsbremsbacke, die bei etwa 96 km/li einen Bremsreibungsdynamonieterkoeffizienten von etAira 0,20 zeigt, dadurch gekennzeiclinetj daß sie eine Bindemitte 1-matrix, die im wesentlichen aus etwa i4-24 Gewichtsteilen eines hitzehärtbaren pb.enolischett Harzes besteht, und Füllstoffe enthält, die in dieser Matrix verteilt sind und aus etwa 12-30 Gewichtsteilen Gußeisenteilohen» aus etwa 20-55 Gewichtsteilen Graphitteilchen und etwa 8-17 Gewichtsteilen Asbestfasern bestehen.» -

2. Eisenbahn-MischuiigsbreBisbaeke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu etwa 30 Gewichtsteile Baryt, Korund und gepulverten Koks als Reibungsmodifizierungsmittel enthält.

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