DE1775062A1 - Bremsverzoegerungselement - Google Patents

Description

5. März 1970

DR R P'i^r::'H'^:\!'^ir.DEil j Deutsche Patentanmeldung DR. Γ. «:· ' ^{p 1}7 75 062.8-12

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ALBRIGHI & WILSON LTD., Oldbury bei Birmingham, Warwickshire, England

BRITISH RAILWAYS BOARD, 222 Marylebone Road, London N.W. 1, England

Bremsverzögerungselement

Die Erfindung betrifft einen Fabrikationsartikel, bei dem Eisengußkörper der Abnutzung durch Reibung ausgesetzt sind. Insbesondere bezieht sioh die Erfindung auf eine Eisen-Phosphor-Legierung, die einen hohen Grad von Verschleißfestigkeit aufweist und daher bei Gegenständen von Wert ist, bei denen Eisengußkörper der Abnutzung durch Reibung ausgesetzt Bind, beispielsweise Reibungsbremsen, und unter diesen insbesondere solchen, die in einer Umgebung Verwendung finden, die feuergefährdet ist.

Wenn ein Gußeisenmaterial mit einer in bezug auf dieses bewegbaren Fläche zur Berührung unter Reibung gebracht wird, besteht die Neigung, daß feine Teilohen

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des Eisens von der Masse abgehoben werden« Diese feilchen können durch die Reibung auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der eine exotherm!8ehe Reaktion mit der Luft auftritt. Eine Folge dieser Neigung besteht darin, daß Bremsbacken und ähnliche eisenenthaltende Massen, die hohen Reibungskräften unterworfen werden, schnell verschleißen und dazu neigen, dauernd heiße Funken zu sprühen. Wo derartige durch Reibung erhitzte Eisenmassen in einer Umgebung verwendet werden, in der die heißen Funken mit entflammbarem Material zur Berührung kommen können, beiapeilflweise alt Treiböl bei Diesellokomotiven, oder bei Bergbaumaschinen, entsteht eine ernstliche Feuersgefahr.

Es wurde nun gefunden, daß, wenn mindestens 2 Phosphor in eine eisenenthaltende Mass· einlegiert und die so erhaltene Eisenlegierung Reibungekräften ausgesetzt wird, trotz der Entwicklung von etwas Metallstaub die Abnutzung der Legierung im Vergleich mit derjenigen bei gewöhnlichem Gußeisen wesentlich vermindert wird und darüber hinaus das Sprühen von Funken wesentlich vermindert wird. Außerdem sind die phyaika-Iisehen Eigenschaften der Elsenlegierung derart, daß die Legierung sich insbesondere als Ersatz für bei Reibbremssystemen verwendete Gußeisenteile, beispielsweise bei der Herstellung von Bremsbacken, Bremstrommeln oder -scheiben sowie für mannigfaltige andere gegossene Töüe von Industrie-, Haushalte-, Landwirtsohafts- und Gartenbaugeräten eignet, die im Gebrauch der Abnutzung duroh Reibung ausgesetzt sind.

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Die Erfindung schafft daher bei Artikeln von der Art, bei der Eisengußkörper der Abnutzung durch Reibung ausgesetzt sind, die Verbesserung, daß die Gußkörper aus einem Eisen hergestellt werden, das mindestens 2 Gew.-io Phosphor, bezogen auf die Gesamtmasse von Eisen und Phosphor, enthält. Vorzugsweise ist der Phosphoranteil nicht höher als 10 Gew.-#, beispielsweise 2,5 bis 5 Gew.-#.

Die Erfindung schafft ferner eine Reibbremseinrichtung, bestehend aus einer eisenenthaltenden Masse, in der mindestens 2 Gew.-$ Phosphor, bezogen auf das Gesamtgewicht von Eisen und Phosphor, unlegiert sind, und einer Einrichtung, mittels welcher diese Masse in Berührung mit einer in bezug auf sie beweglichen Fläche unter Reibung bringbar ist.

Vorzugsweise schafft die Erfindung ein Bremssystem mit einer ersten umlaufenden Bremsfläche und einer zweiten Bremsfläche, die mit der ersten Bremsfläche zur Berührung unter Reibung bringbar ist, um die Drehbewegung der letzteren zu verzögern, wobei mindestens eine der Bremsflächen aus Eisen und aus zwischen 2 und 10 # Phosphor besteht.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Bremsbacken mit einem Klotz aus einer Legierung, die aus Gußeisen besteht, in das von 2 bis 10 Gew.-^ Phosphor eingebaut sind,mit Einrichtungen zum Anbringen an einem Bremssystem in der oben beschriebenen Weise ausgestattet.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung -werden um-, laufende Bremsglieder, beispielsweise Trommeln oder, ,, Scheiben, geschaffen, die für die Verwendung -in einem.... Bremssystem in der oben beschriebenen Weise geeignet, und aus Gußeisen hergestellt sind, in.dem.von 2 bjls .. . 10 Gew.-$ Phosphor eingebaut sind.

Die Erfindung ist auch bei Bremssystemen, anwendbar^, bei denen die erste .Bremsfläche ein hin-- ₍und gehendes Glied oder ein in bezug auf die^zjw dauernd linear bewegliches Glied, beispiels Fahrschiene, ist. Die Erfindung i&t allgemein, pui^Ver^ minderung des Verschleißes an allen Teilen anwendbar» die normalerweise aus Gußeisen hergestellt und der Äb·- nutzung durch Reibung ausgesetzt sind. Beispiele der-· artiger Teile ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres. Hierzu gehören mannigfaltige Arten v_ton Lagern,^beispielsweise Schublager und Wellendurchtrittsrohre von, Schiffen, Rollen für die Verwendung in der Weberei und in Papiermühlen, Ventilführungen, Fördergeräte.ein-r, schließlich von Bandförderern, Rutschen und Rohren zum Befördern von scheuerfähigen Materialien, landwir.$*- schaftliche Geräte einschließlich Pflugscharen und... Zerkleinerungsgeräte, wie Stab- pder Kugelmühlen^ ,

Die Bremsfläche oder ein anderer Gußkörper ist,,vorzugsweise aus einer Legierung hergestellt, die aus 85 bis 95 Gew.-$ Eisen, 2 bis ip Gew,-$ Phosphorr weniger als insgesamt 6 $ Kohlenstoff und Sili^iu^ und weniger a^s 5 Gew.-^ insgesamt an anderen Metallen besteht. Im₁ allgemeinen sind diese anderen Metalle, wie Mangan,

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Kolaalt, Nickel, Vanadium, Chrom, Wolfram und Molybdän in einer Gesamtmenge von weniger als 1 i» und vorzugsweise von weniger als 0,75 i* vorhanden« Typischerweiae hat die Legierung eine Zusammensetzung, die, abgesehen von dem hohen Phosphorgehalt, der von herkömmlichem Grauguß entspricht.

Vorzugsweise wird der Phosphor dem Qußeisen in Form von Phosphoreisen zugegeben, das als Nebenprodukt bei der Herstellung von Phosphor In Elektroöfen für elektro.thermiache Verfahren anfällt, und es kann auoh duroh Reduktion von Phosphaterz in Anwesenheit von Eisen hergestellt werden. So erhaltenes Phosphoreisen tut eine Legierung von Eisen und Phosphor, die gewöhnlich von 23 bis 27 öew*-# Phosphor enthält*

Es kann also in das Gußeisen Phosphoreisen in dem Verhältnis einlegiert werden, das erforderlich ist, um eine Legierung mit dem gewünschten Phoaphorgehftlt zu erhalten. Das Einlegleren kann bequem In einem Kupolofen erfolgen, in den «unäohst abwechselnde Chargen von Koke und einem Gemisch von Elsen und Phoiphoreisen (oder einer anderen, den Phosphor liefernden Komponente) eingebracht werden. Das Ganze wird dann durch Verbrennen des Koks unter Durchblasen von Luft trhltet» und dieses Verfahren wird dann gewöhnlich kontinuierlich durchgeführt, indem im oberen Teil de· Kupolofens eine geaieohte Charge von Eisen, Phosphoreisen und Koks zugeführt wird, während das geschmolzene eieenenthaltende Produkt am Boden «βa Kupolofens abgezogen wird. Die geschmolzene Masse wird bequemerweiee aus einer (Heipfanne in eine Reih« von Formen gegossen, so dad Guflkörper, beispielsweise Bremsbacke η , «trommeln oder -Scheiben, hergestellt werden,

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die sich zur Verwendung bei einer Reibbreaseinriohtung gemäa der Erfindung eignen. Die Eiaenoharge für den Kupolofen braucht nioht aus Roheisen tu beetehen, eon« dem kann ohne weiteres zur Gttnee oder zu« Teil aue Gußeisen und bzw. oder Stahlschrott beetehen. Anstatt dessen können die Legierungen zur Verwendung gemafl der Erfindung direkt duroh Reduktion von Fhosphateiseneras in einem Friedhöfen hergestellt werden. Unter gewissen Umständen kann es wünschenswert sein, bei der Herstellung der Reibbremeeinriohtung gemal der Erfindung ein Sintermetall zu verwenden oder eine köraige phosphor- und eisenenthaltends Masse mit eine» geeigneten Harzmaterial oder keratnisohen Material iu binden·

Zum Anbringen eines Bremsbaokens gemift der Erfiftaung an einem Bremssystem» das übrigens duroh meofeftnlsohe, pneumatische oder hydrauliβohe Einrichtungen betitigbar sein kann, können belobige herköemliohe Binrlohtungen verwendet werden. ■ '

Fabrikationegegenstlnde gem&t der Krfinaung mit einer Breeefllohe aus der oben genannten legierung JriJfnfn beiepieleweise Bremetrommeln oder Brettssoteibto «tin. im Betrieb wird eine eolohe Bremst» **el o4er «Mheibe mit einem «weiten Bremsglied sur BerQhruog gebrtitht» .. das beispielsweise ein Bremsbaokea oier sine 2r#mj»sohsibe oder ein Ittd ist und für diesen Zweök entweder 4(ifafalls aus dieser Legierung oder aber aus einem t»der#il· geeigneten Material hergestellt sein kann.

Bremsbacken gemäS der Erfindung eind tür Verwendung bei

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ORIGINAL INSPECTED

Eisenbahnfahrzeugen, insbesondere an Diesellokomotiven, geeignet, da dort ihre Verwendung in der Nähe von Treiböl anstatt Bremsbacken aus Gußeisen die Feuergefährdung 4urch Funken, die das Treiböl in Brand setzen könnten, und in Bergbaumaschinen, wo die Gefahr der Entzündung von Kohlenstaub oder entflammbaren Gasen vermindert wird, besonders geeignet./Die Erfindung kann auch Anwendung finden bei mannigfaltigen anderen Reibbremseinrichtungen, beispielsweise bei Scheibenbremssystemen, und derartige Systeme können nicht nur bei allen Arten von Schienenfahrzeugen und ähnlichen Transportmitteln, sondern auch bei Bremsen von Industriemaschinen, V/aaserfahr zeugen, Hebezeugen, Aufzügen und Kränen verwendet werden.

Die Erfindung ist auch in einem weiten Bereich von Fabrikationsgegenständen allgemein anwendbar, bei denen Eisenguflkörper normalerweise der Abnutzung durch Reibungskräfte ausgesetzt sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen veranschaulicht.

Beispiele 1 bis 4

Eine gemischte Charge von Roheisen und Phosphoreisen bzw. Ferrophosphor mit einem Phosphorgehalt von 24 $ wurde zusammengeschmolzen, und die erhaltene phosphorhalt ige Legierung wurde zu Gußkörpern verarbeitet. Die Anteile der gemischten Charge waren so gewählt, daß

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folgende unterschiedliche Legierungen erzeugt wurden:

Phosphorgehalt der Eisenlegierung

Beispiel 1 8 Gew.

Beispiel 2 6 Gew.

Beispiel 3 4 Gew.

Beispiel 4 2

Die so erhaltenen Gußkörper wurden hinsichtlich Ihrer Qualität für die Brauchbarkeit bei Seibbremeen geprüft, indem sie mit einem umlaufenden Schleifrad in Berührung gebracht wurden. Es zeigte sich eindeutig, daß die Funkenbildung bei jeder der Legierungen im Vergleich zu herkömmlichem Gußeisen weitgehend vermindert war. Obwohl natürlich eine Abnutzung bei jeder der Legierungen auftrat, war diese nur gering. Die qualitative Prüfung der Gußkörper zeigte an, daß mit steigendem Phosphorgehalt die Funkenbildung graduell abnahm.

Beispiel 5

Eine gemischte Charge von 935 kg (2063 lbs.) verschrotteten gußeisernen Bremsbacken und 80 kg (177 lbs.) Phosphoreisen (mit einem Phosphorgehalt von ca. 25 #) wurden, zusammen mit Koks, in einen Kupolofen eingebracht. Der Koks wurde unter Durchblasen von Luft verbrannt und die erzeugte Legierung wurde am Boden des Kupolofens abgezogen und zu einer Anzahl von Bremsbacken vergossen, deren Analyse einen Phosphorgehalt von 2,4 # ergab.

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Die Bremsbacken zeigten eine Zugfestigkeit von zwischen ca. 1800 und 1970 kg/cm² (11,25 und 12,30 pounds per square inch), eine Biegefestigkeit von zwischen 3 000

und 3630 kg/cm (18,8 und 22,6 tons per square inch),

eine Druckfestigkeit von zwischen 9200 und 9300 kg/cm (57»6 und 58,0 tons per square inch) und eine Brinell-Härte von 207 bis 255. (Die Prüfung wurde an einem Stab von einer Länge von 30,5 mm (1,2 inches) nach der B. ü. 3. -Norm 1452:1961 durchgeführt.) Diese Eigenschaften halten dem Vergleich mit den physikalischen Eigenschaften herkömmlicher Gußeisen-Bremsbacken stand.

Die Funkenabgabe der Bremsbacken wurde dadurch geprüft, daß sie zur Anlage an einer umlaufenden Schleifscheibe gebracht wurden und die abgegebenen Funken photographiert wurden. Es hat sich erwiesen, daß die Zahl der Funken erheblich geringer war und ihre Spuren von geringerer Länge als bei herkömmlichen Gußeisenbremsbacken waren.

Beispiel 6

Beispiel 1 wurde mit einer Charge von 892 kg (1965 lbs.) Gußeisen und 125 kg (275 Iba.) Phosphoreisen wiederholt. Die erhaltenen Bremsbacken hatten einen Phosphorgehalt von 3,2 ^c/o und zeigten eine weitere Verminderung der Funkenabgabe im Vergleich zu den Bremsbacken dee Beispiels 5, und dies wurde nicht nur durch die gleiche Prüfung bewiesen, sondern auch dadurch, daß Platten aus geschäumtem Polystyrol in einem festgesetzten Abstand von der umlaufenden Schleifscheibe aufgestellt wurden und der Grad der Dullenbildung festgestellt wurde, die an der Fläche der Platten infolge des örtlichen Schmel-

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BAD ORIGINAL

zens des Polystyrols unter dem Einfluß der in den Funken vorhandenen feinen luftentztindlichen Eisenteilchen auftrat. Die physikalischen Eigenschaften der Bremsbacken hielten wiederum dem Vergleich mit jenen herkömmlicher Gußeisenbremsbacken stand:

kg/cm tons per square inch Zugfestigkeit 1500-1600 9,5-10,0

Schubfestigkeit 2600-3120 16,4-19,6

Druckfestigkeit 8400-8800 52,8-55,2

Brinell-Härte 212-255 ;

Beispiel 7

Es wurden, wie im Beispiel 5, Bremsklötze hergestellt, die (a) 3,75 und (b) 4,0 ^ Phosphor enthielten. Die statischen und dynamischen Reibungskoeffizienten der Bremsklötze wurden gemessen und mit denjenigen herkömmlicher Gußeisenbremsbacken verglichen« Sie Resultate wurden in den unten angegebenen Tabellen zusammengefaßt, aus denen ersichtlich ist, daß im allgemeinen eine kleine Erhöhung der Koeffizienten gegenüber denjenigen herkömmlicher Bremsbacken erzielt wurde. Dies iet vorteilhaft, da dies bedeutet, daß der Grad der Bremswirkung geringfügig verbessert wurde, daß aber die Erhöhung nicht so groß ist, daß die erhöhte Reibbremskraft zu Beschädigungen des übrigen Bremssysteos führen könnte*

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OWGlNAL

Reibungskoeffizient Brems- Brems- herkömmlast backen lioher kg (lbs.) (a) (lbs.) Brems-

backen

statisch-polierte Stahlflächen

statisch-polierte Stahlflächen

statisch-polierte Stahlflächen

45 100 0,38 0,40 0,31 68 150 0,40 0,40 0,28 90 200 0,39 0,40 0,34

dynamisoh-polierte Stahlflächen	45	100	0,36	0,30	0,30
dynamisch-polierte Stahlflächen	68	150	0,39	0,40	0,30
statiech-beschädig- te Stahlflächen	45	100	0,62	0,61	0,67
dynamisch-beschä digte Stahlflächen	68	150	0,69	0,77	0,66

Die Prüfungen der beschädigten Stahlflächen wurden an Metallflächen durchgeführt, die durch heftige metallische Berührung aufgerauht wurden.

Beispiel 8

Insgesamt 2000 Bremsklötze mit einem Gehalt von 3 % Phosphor wurden an Diesellokomotiven der Type 2 mit einer Leistung von 1270 PS (1250 h.p.) im Einsatz auf Strecken mit hohen Steigungen im Distrikt Inverness während Zeiträumen von zwischen 3 und 12 Monaten geprüft, Es wurden nicht nur Brände verhütet, obwohl Fälle auf-

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traten, in denen bei Verwendung herkömmlicher Bremsklötze mit dem Ausbruch von Bränden gerechnet hätte werden müssen, sondern es wurde auch gefunden, daß die durchschnittliche Lebensdauer von Bremsklötzen überraschenderweise erheblich höher ist als diejenige herkömmlicher Gußeisenklötze der Qualität 12. Herkömmliche Bremsklötze müssen auf diesem Streckenabschnitt der Eisenbahn bereits nach 21 bis 25 Tagen, entsprechend einer zurückgelegten Strecke von 8000 bis 9700 km (5000-6000 mLles), ausgewechselt werden. Bremsklötze gemäß der Erfindung haben eine durchschnittliche Lebensdauer von 60 Tagen, entsprechend einer zurückgelegten Strecke von zwischen 19 000 und 26 000 km (12000-16000 miles). Die Bremseigenschaften waren im wesentlichen die gleichen wie für gewöhnliche Gußeisenbremsklötze.

Die Reibbremseinrichtung gemäß der Erfindung stellt also gegenüber gewöhnlichem Gußeisen einen erhb/elichen technischen Portschritt dar, und dies gilt selbst in Fällen, in denen keine Brandgefährdung besteht.

Im Verlauf der oben erwähnten Untersuchungen wurde festgestellt, daß die Fließfähigkeit der Eisen-Phosphor-Legierungen im geschmolzenen Zustand diese besonders für das Gießen geeignet machen und eine ausgeprägte Verbesserung gegenüber herkömmlichem Gußeisen darstellen.

-Patentansprüche-

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Claims (1)

Patentanspruch

1. Bremsverzögerungselement mit einem Bremsglied, wie einem Bremsschuh, einer Bremstrommel, einer Bremsscheibe oder dgl., dadurch gekennzeichnet, da. ß das Bremsglied aus Gußeisen bzw. Gußstahl hergestellt ist, der Eisen mit (in Gew.-^) 2 - 10 <fo, insbesondere 2,5 - 5 i° Phosphor, weniger als insgesamt 6 io Kohlenstoff und Silizium und weniger als insgesamt 5 ^c/o, insbesondere weniger als insgesamt 1 fo Elemente der Gruppe Mangan, Kobalt, Nickel, Kupfer, Chrom, Vanadium, Wolfram, Molybdän, Titan und Schwefel aufweist.

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