DE2211703A1

DE2211703A1 - Bremsschuh fur Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE2211703A1
Application number: DE19722211703
Authority: DE
Inventors: Richard H Oakland N J Gilbert (V St A ) P
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1971-03-15
Filing date: 1972-03-10
Publication date: 1972-09-21
Also published as: US3751330A; IT952053B; CA954803A; BE835045Q; GB1380501A

Description

Die Erfindung betrifft Bremsschuhe, die sich aus verschiedenen Materialien zusammensetzen und für Schienenfahrzeuge verwendet werden_o

Schienenfahrzeug-Bremsschuhe der genannten Art sind vom Standpunkt der mechanischen Belastung während ihres Einsatzes außerordentlich starker Abnutzung unterworfen, wenn ein solcher (0 Schuh mit dem Rad des Schienenfahrzeugwaggons in Eingriff gebracht wird. Es geschieht häufig, daß ein solcher Schuh bricht, wodurch sich große Stücke von dem üblichen stählernen Rücken lösen_o Ein solches Lösen oder sogenanntes "Ausbrechen" geschieht vor allem an den Schuhenden. Eine zweite vorherrschende Erscheinung in bezug auf den Schuh ist die, daß er in der Mitte reißt oder bricht. Die Gefahr, der dadurch der Frachtoder Personenverkehr ttui^eietj.* -,ώ, »'st offensichtlich.

«0 «ο

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Oppenauer Büro; PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Bremsschuhe für Schienenfahrzeug, insbesondere Eisenbahnbremsschuhe so auszubilden, daß sich diese Gefahr auf ein Mindestmaß verringert. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen dem Stahlrücken und dem Reibungskörper eine federnde Trag- oder Stützschicht aus Gummi in Streifenform eingefügt wird, die mit Verstärkungsfäden insbesondere der Art versehen ist, wie sie bei der Herstellung von Kraftfahrzeugreifen Verwendung finden.

Erfindungsgemäß wird also ein Körper aus roh- oder unvulkanisiertem Diai-Gummi in Naturform oder als Synthetikprodukt ausgewählt, der die Verstärkungsfäden enthält. Hierbei kann irgendein handelsüblicher Reifengummi, gleich ob Naturgummi oder synthetischer Gummi, benutzt werden, so beispielsweise SBR-Gumml oder synthetischer Polybutadien-Gummi (Buna S oder Buna N). Die Fäden lassen sich aus Glasfasern, Naturfasern, beispielsweise Baumwolle oder synthetischen Fasern, beispielsweise Rayon, Nylon oder Polyester herstellen»

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Aufrißansicht eines

typischen Eisenbahnbremsschuhs, der erfindungsgemäß

aufgebaut ist und
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht, aus der die Art

und Weise hervorgeht, in der· der ijchuh von Fig.

geformt werden kann.

Die genaue Zusammensetzung des beschriebenen keiüun^akörpers für den Eisenbahnbremsschuh kann weitgehend variieren, und zwar sowohl im physikalischen als auch chemischen Sinn, in jedem Falle ist der Ueibungskbrper jedoch aus einem Bindemittel zusammeng«-

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setzt, das wenigstens teilweise von einem wäraicaushlirtenäün Harz oder vulkanisierbaren Diengummi gebildet wird, in dem Teilchen dispergiert sind, die den Versclileißwiderstand ei*- höhen. Diese dispergierten Teilchen schaffen den gewünschten Reibungskoeffizienten und tragen seihst zur-Verstärkung oder Pestigkeitserhöhung des Körpers als ganzem hei. Das Bindemittel kann auch ein Gemisch aus Gummi und den Harz sein. Die verschleißbeständigen Teilchen sind in den meisten Fällen eine Mischung aus Gußeisenteilchen und einein Mineral des Sillinianit-Typs, während das .Verstärkungsmaterial Asbest enthält. Der gewünschte Reibungskoeffizient wird durch Auswahl einer Stoffbilanz zwischen den folgenden Teilchen erreicht: Die oben erwähnten verschleißbeständigen Teilchen, Bleisulfitj · Petrolkoks, Kashew-Nußschalen-Polymergranulat mit oder ohne wärmehärtbareia Harz usw.

Somit kann die Zusammensetzung insofern weit streuen, als • der erfindungsgemäße Vorschlag darauf beruht, zwischen dem Reibungskörper und demStahlrücken-Kö.rper eine federnde, verstärkte Schicht einztifügen, die, wie Versuche zeigen, die Neigung des Reibungskörpers zur schwerwiegenden Rißbildung bzw. zum Brechen während des Einsatzes weitgehend beseitigt.

Nichtsdestoweniger umfaßt der Erfindungsvorschlag eine Eindemittelmatrix für den Reibungskörper in der Form eines wärnieaushärtenden Harzes oder eines Elastomers oder eines Gemisches aus diesen Bestandteilen. ·

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BEISPIEL

Material

Beispiel (Gewichtsteile ) 2

Bindemittel (A) Weißgußeisente il clien kalziniertes Cyanid Bleisulfit

Blei

kalzinierter Petrolkoks Asbest

Aloxit

Beschleuniger:

kristallines Bleioxid

Zinkoxid
Naphtha (Lösungsmittel)

15	12,2
10,0	15,0
10,0	13,0
19,5	22,5
4,6	5,6
21,6	39,3
10,8
	0,8
	2,7
5,1	4,2
4,0	4,0

(BINDEMITTEL A)

Bestandteile

Gewichtsteile

Buna-S (23,5 # Styrol)

Kashew-Nußschalen-Flüssigkeitspolymer (Zwischenstufe des Wärmewachstums)

Gummibehandlung: Schwefel

Benzothiasoldisulfit Kupferdimethyldithiocarbamat Hexame thylen te tramin 44,0 44,0

8,8

0,91 0,46

1,83

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Das obige Beispiel soll den Spielraum demonstrieren, der unter den im wesentlichen physikalischen Betriebsbedingungen gegeben ist. Die Gußeisenteilchen und das kalzinierte Cyanid sind außerordentlich abnutzungsbeständige Füllstoffteilchen, deren synergetische Wirkung in der USA-Patentschrift 2,901,456 erläutert ist. Demzufolge sind, falls eine solche Wirkung im Betriebszustand der Bremse nicht notwendig ist, Abänderungen möglich,und gewisse Materialbestandteile lassen sich durch andere ersetzen. Das Asbest ist ein Füllstoff und auch ein festigkeitssteigerndes Mittel. Blei, Bleisulfit, Graphit und Koks sind ebenfalls Füllstoffe, die vorgesehen werden, um in dem fertiggestellten Gegenstand die vorteilhafte Reibungswirkung modifizierende Effekte und Oberflächeneffekte zu entfalten, wenn der fertige Gegenstand in einer Bremse, wie beabsichtigt, verwendet wird, wobei auch hier wieder festgestellt wird, daß in Abhängigkeit von dem Grad der Reibung Bestandteile weggelassen bzw. durch andere ersetzt werden können und auch Abänderungen möglich sind, die wichtig erscheinen.

Bei der Herstellung von Reibungselementen gemäß dem Beispiel 1 werden der Gummi und das Kashewnußschalen-Flüssigkeitpolymer in einem Vorzustand oder unbehandelten Zustand zunächst in einer Mühle innig ineinandergearbeitet, wonach die zur Vulkanisierung, Veredelung und zum Abbinden des Bindemittels sowie zur Weiterbehandlung des flüssigen Polymers benutzten Bestandteile zugesetzt werden und das Gemisch einem Schaufelmischer zugeführt wird_o Daraufhin wird den Bestandteilen das Naphtha-Lösungsmittel zugesetzt, das die Bindung fördert, wonach das Gemisch solange gerührt wird, bis es einen pastösen Zustand erreicht, wonach schließlich die füllstoffe zugesetzt werden, zu denen die Gußeisenteilchen, das kalzinierte Cyanid, die die Reibung modifizierenden und verstärkenden Substanzen und das Asbest gehören, wobei letzteres dort verwendet xvird, wo es die Korperl'estigkei t erhöhen soll. Das Vermischen wird 80 J am/e fortgesetzt, bis «ine gleichförmige Zusammensetzung ei reicht worden ist.

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Die Bindemittelmatrix kann eher vollständig aus Gummi bestehen als aus einem Gemisch aus Gummi und wärmeaushärtendem Phenolharz, wie es das Kashewpolymer darstellt. Itutadien-Styrol-Gummi wird aufgrund seiner überlegenen Eigenschaften unter Einsatzbedingungen vorzugsweise verwendet, jedoch können auch andere vulkanisierbare Diengummis verwendet werden, wie beispielsweise Butadienacrylonitrit—Gummi. In gleicher Weise kann die Bindemittelmatrix vollständig aus wärmehärtendem Harz bestehen, das selbst, wie oben bereits erwähnt, Xovolac oder ein anderes geeignetes Phenolharz sein kann, das mit Hexamethylentetramin reagiert.

Hier soll auf die Zeichnungsfigur 1 Bezug genommen werden, in der der Bremsschuh als Ganzes mit 12 bezeichnet ist, und, wie ersichtlich, aus einem Reibungs- und Abnützungskörper 10, einem Stahlrücken Ik und einer Zwischenschicht 15 besteht, die zwischen dem Stahlrücken und dem aus der obigen Zusammensetzung bestehenden Körper eingefügt ist. Der Schuh 12 weist die Form auf, die er nach seiner Herstellung besitzt.

Die Zwischenschicht 15 kann zwischen h,2 und 12,7 mm dick sein. Sie besteht im wesentlichen aus Gummi, der Verstärkungsfaden enthält, wobei der Gummi in Gewichtsanteilen etwa 80 ^c/o beträgt und der liest die Fäden ausmacht, .ils Gummi laut sicli irgendein Gummi benutzen, der auch für die Kraftfahrzeugreifen Verwendung findet, also natürlicher oder synthetischer Gummi, und dies gilt auch für die verwendeten Fäden. Tatsächlich läßt sich vorzugsweise das Schabmaterial verwenden, das als Abfall bei der Herstellung der lteifemieitenwandkarkassen anfällt; ebensogut kann das Gummigürtel-Schabmaterial benutzt werden.

In jodem Fall wird die Zwischenschicht 1.5 ;m den Iteibnngskörper 10 anvulkanisiert und mit dow Stahl rücki'n ve ι l

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Die Verstärkungsfäden bilden offensichtlich zahlreiche Brücken oder Bänder zum Material des Reibungskörpers, wodurch die außerordentlich nachteiligen Risse oder Brüche des Körpers IO unter starker Schwingungsbelastung vermieden werden, wie dies anhand der folgenden Angaben erläutert wird.

Bei der Herstellung des Bremsschuhs wird, wie aus Fig. 2 hervorgeht, der Stahlrücken lh am Boden einer Form 2h angeordnet. Auf dem Stahlrücken ist ein nichtvulkanisierter Streifen aus fadenverstärktem Gummi 15A angeordnet, der die Zwischenschicht 15 des Schuhs bildet, wenn die Zusammensetzung einer Behandlung unterzogen wird. Als nächstes wird oben auf dem Streifen 15A eine ausgewählte Menge 1OA der gemäß dem Beispiel I hergestellten Zusammensetzung angeordnet, woraufhin der Rammboek oder Stößel 26 einen Druck atisübt, der groß genug ist, um die ganze Masse unter einem Druckverhältnis von hil zu 5si zusammenzupressen,,

Der auf diese Weise in der Form oder Presse hergestellte dichte Körper wird dann aus der Form entfernt und unter Zugrundelegung bestimmter Zeit-Temperatur-Parameter, die so gewählt sind, daß das Bindemittel sich zu seiner Endstufe verfestigt, vulkanisiert oder wärmebehandelt, wobei außerdem die fadenverstärkte Gummischicht ±5A vulkanisiert und sich als zwischenliegende Trag- oder Stützschieht 15 mit dem Reibungskörper 10 und dem Stahlrücken lh verbindet, wie aus Fig. 1 ersichtlich. Um zwischen der Schicht 15 und dem Stahlrücken lh eine Bindung mit überlegenen Eigenschaften herzustellen, wird die freie Fläche des Stahlrückens vorzugsweise in der Form selbst mit einem vulkanisierbaren, wärmehärtenden Harzklebstoff für Gummi, beispielsweise PLASTILOK-Kleber, beschichtet.

Das Problem des Bremsschuhbrechens oder —reißens ist seit mehreren Jahren akut, konnte aber bislang nicht gelöst werden, insbesondere konnte keine Lösung gefunden werden, deren Wirkung sich abschätzen ließ_o Ein Versuch zur Bewertung einer solchen

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Lösung wurde schließlich nach einigen Schätzungen durchgeführt, wobei der Bremsschuh einschließlich des Stahlrückens einer stetigen starken Schwingung ausgesetzt wurde, bei der der Schuh IO bis 30 Minuten lang dynamischen Belastungen ausgesetzt war, die er sonst über einen Zeitraum von mehreren Wochen bis mehreren Monaten erfährt, wenn er tatsächlich im Betrieb ist. Ein vorzeitiges Versagen wurde zur Beschleunigung des Versuchs dadurch herbeigeführt, daß die Reibfläche des Schuhs etwa 6,35 cm innerhalb jedes Endes mit quer verlaufenden Einkerbungen versehen wurde.

Durch einen solchen Versuch wurde festgestellt, daß ein durchschnittlicher Schuh der hier beschriebenen Art (Beispiel l) erst nach 9,8 Minuten Sehwingungsbeanspruchung reißt und bricht im Vergleich zu nur 4,1 Minuten, die ein Schuh der gleichen Geometrie und ReibungsEiaterialgysaanniensetzung aushält, der sich hinsichtlich des erfindungsgemäßen Schuhs nur in einem wichtigen Merkmal unterscheidet, nämlich darin, daß er zwischen dem Stahlrücken und der Reibungszusamnmnsetzung eine Schicht aus einer Mischung von vernetzendem Gummi und Harz, Behandlungsmittel für die durchzuführende Wärmebehandlung, Füllstoffen und Asbest aufwies, eine Mischung also, die, bevor die Erfindung gemacht wurde, durch die tatsäeliliclie Praxis bestimmt wurde und sich als durchaus annehmbare Verbindung zwischen dem Stahlrücken and dem Körper des Reibungsraaterials erwiesen hat. Somit ist der Unterschied zwischen der bisher bekannten Praxis und dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bremsschuh darin zu sehen, daß nunmehr Verstärkungsfaden benutzt werden, die, wie dem obigen Versuch entnommen werden konnte, die Zeit bis zum Versagen des Bremsschuhs, also seine Lebensdauer, um mehr als 100 </« erhöhen. Mit diesem Versuch wurde also die Brauchbarkeit des neuartigen Bremsschuhs für Schienenfahrzeuge insbesondere für Eisenbahnfahrzeuge nachgewiesen^ so daß sich seine Herstellung im industriellen Maßstab rechtfertigt.

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Jeder Reifenverstärkungsfaden eignet sich für den oben genannten Zweck. Etwa vor 25 Jahren bestanden Reifenfäden zum überwiegenden Teil aus Baumwolle, später dann aus Rayon, Nylon und Polyesterfasern, die auch heute noch für die Herstellung dieser Fäden benutzt werden, Glasfasern und andere Fasern werden möglicherweise in Zukunft benutzt. Tatsächlich ist jeder Gummi, der für Reifenkarkassen verwendet wird, fadenverstärkt. Dieses nichtvulkanisierte Material verbindet sich sowohl mit dem Stahlrücken als auch mit dem Reibungskörper eines Bremsschuhs, der eine Matrix besitzt, die sich aus Gummi oder wärmehärtendem Harz zusammensetzt.

Die Fäden bilden zwischen 15 und 25 % des Gewichts der Gummischicht 15A_O Ihre Länge beträgt durchschnittlich 38»1 nun· Diese Titergröße der Fäden kann variieren. Für Rayon liegt sie zwischen 1100 und 2200 Titer, gebildet durch 720 bis 1440 Fasern pro Fadendurchmesser; für Polyester liegt sie zwischen 1000 und 1300, also 250 Fasern pro Fadendurchmesser usw. Alles was für eine Reifenkarkasse akzeptabel ist ist auch für den vorliegenden Fall annehmbar.

Wie bereits oben erwähnt wurde, kann die Matrix für die Bremsschuhe in bezug auf die Zusammensetzung variieren. Im folgenden werden zusätzliche Beispiele gegeben, wobei die Behandlung vorzugsweise in Gegenwart eines Lösungsmittels, wie in Fig. 1 genannt, erfolgte:

FÜLLSTOFFE

Bestandteile Beispiele (Gewichtsteile)

2 3 4

Baryt 10

Bleisulfit 18

Aluminiumoxid t 2 2

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FÜLLSTOPPE

Bestandteile

Beispiele (Gewichtsteile)

Graphit 7

Asbest 5

kalziniertes Cyanid 13

Gußeisen 20

Blei 5 Messingspäne

Behandelte Kashew-Harz-Reibungs-

teilchen 5

16,5
25

15

8 5

BINDEMITTEL

Bestandteile

Beispiele (Gewichtsteile) 2 34

Niehtvulkanisierter Butadien— S tyro1—Gummi

flüssiges Kashew-Harz
(unbehandelt)

Pulverförmiges Phenol-Formaldehyd—Harz (unvollständig behandelt^

durch Tung-Öl modifiziertes flüssiges Phenolformaldehydharz

18

Die oben gegebenen Beispiele stehen für viele Beispiele zur Herstellung der Zusammensetzungen, wobei die Mengenverhältnisse weitgehenden Änderungen unterworfen werden können und auch Bestandteile durch andere ersetzt werden können, und zwar in

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Abhängigkeit von der Stärke der gewünschten Reibung, der Art der an dem Fahrzeug benutzten Bremshalterung und den für den Schienenfahrbetrieb zulässigen Toleranzen_o

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Claims

PATENTANS PRÜCHE

Bremsschuh für Schienenfahrzeuge, gekennzeichnet durch einen Körper (lO) aus Reibungsmaterial, der eine Matrix aufweist, die sich wenigstens teilweise aus einem Bindemittel zusammensetzt, das aus der Materialgruppe ausgewählt ist, die sich aus Dien-Gummi und wärmehärtendem Phenolharz zusammensetzt und dispergierte Teilchen enthält, die den Verschleißwiderstand erhöhen und zu dem erforderlichen Reibungskoeffizienten führen, ferner durch eine mittlere Stützschicht (15A), die an die Rückseite des Reibungskörpers (lO) angeformt und anvulkanisiert ist und durch einen Metallrücken (14), der mit der Rückseite der Stützschicht (15a) vereinigt ist, wobei die Stützschicht ein Gummikörper ist, der Verstärkungsfäden enthält.
2. Bremsschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaden Pasern sind,die aus der Materialgruppe ausgewählt sind, welche sich aus Naturfasörn und Glasfasern zusammensetzt, wobei die Stützschicht (l5A) eine Dicke zwischen etwa 4,2 und 12,7 mm aufweist.

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