DE2655695A1 - Reibungsbremsvorrichtung - Google Patents
ReibungsbremsvorrichtungInfo
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Description
DA-1064 Dr. JOCHEN PAGENBERG
Rechtsanwalt
8000 München Galileiplatz 1
CASTOLIN S.A. St. Sulpice Schweiz
Priorität:
8. Dezember 1975, Schweiz, Nr. 15907/75
REIBUNGSBREMSVORRICHTUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reibungsbremsvorrichtung, bei der zwei metallische Reibungsflächen unter
Druck miteinander in Berührung gebracht werden und bei der zumindest eine der Reibungsflächen aus mehreren in Bremsrichtung
aufeinanderfolgenden Teilflächen besteht, wobei je zwei aufeinander reibende Flächen aus Metallen mit verschiedenen
Gleit- und Verschleisseigenschaften bestehen.
In einer Reibungsbremsvorrichtung wird die kinetische Energie eines bewegten Teils durch Reibung in Wärme umgewandelt,
wobei die Reibung durch den auf die Reibungsflächen ausgeübten
Druck und die Oberflächeneigenschaften der Reibungspartner bestimmt wird. In Anwendungsgebieten, in denen grosse
mechanische Kräfte, sowie insbesondere Schläge und schockartige Beanspruchungen auftreten, ist man auf den Einsatz
metallischer Reibungsflächen angewiesen. Beim Bremsvorgang kommt es gerade in diesen Fällen nicht nur zu sehr starken
Verschleisserscheinungen, sondern vor allem auch zum Aufbau von Resonanzschwingungen im hörbaren und im Ultraschall-Bereich,
die ausserordentlich störend sind und infolge ihrer
Intensität auch meist gesundheitsschädigend wirken.
709824/0805
Ein typisches Beispiel für Bremsvorrichtungen/ bei denen
diese Nachteile stark ins Gewicht fallen, sind die sogenannten Gleisbremsanlagen in Rangierbahnhöfen. Bei diesen
Anlagen wird durch beidseitig an den Radbandagen angreifende Bremsbalken die Geschwindigkeit der durch die Anlage
laufenden Waggons vermindert. Dabei werden durch Unregelmässigkeiten
im Gleiten der Reibungsflächen, die zu einer Aufeinanderfolge von Haft- und Gleitzuständen führen, sehr
rasch mechanische Schwingungen aufgebaut, die durch Räder und Achsen abgestrahlt werden und zu einem ohrenbetäubenden
Lärm führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Reibungsbremsvorrichtung zu schaffen, bei der die Erzeugung störender
mechanischer Schwingungen praktisch vermieden wird und insbesondere eine Lärmentwicklung verhindert wird.
Dies wird bei der erfindungsgemässen Reibungsbremsvorrichtung dadurch erreicht, dass die aufeinanderfolgenden Teilflächen
einer Reibungsfläche alternierend aus Metallen mit verschiedenen Gleit- und Verschleisseigenschaften bestehen.
Die Erfindung hat ferner die Verwendung einer solchen Reibungsbremsvorrichtung als Gleisbremse zum Gegenstand, wobei die
auf die Eisenbahnräder einwirkenden Bremsbalken Teilflächen mit von denen des Rades verschiedenen Gleit- und Verschleisseigenschaften
aufweisen.
Die bisher üblichen Reibungsflächen von Bremsvorrichtungen
bestehen aus gleichen oder sehr ähnlichen Werkstoffen. Beispielsweise
sind dLe Bremsbalken der bekannten Gleisbremsen aus unlegiertem oder niedrig legiertem Kohlenstoffstahl
hergestellt und reiben gegen die aus ähnlichem Werkstoff gefertigten Bandagen der Räder, wodurch beide Reibflächen
ähnliche Gleit- und Verschleisseigenschaften aufweisen.
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Für die Gleiteigenschaften ist insbesondere der auf die Reibungspartner und vorhandenes Schmiermittel bezogene
Reibungskoeffizient massgeblich, ferner das Verhalten bei hohen lokalen Drucken, das Verhalten bei NichtVorhandensein von
Schmiermitteln und das Verhalten bei höheren Temperaturen, insbesondere bei den durch die Reibungsvorgänge auftretenden
Temperaturspitzen (Materialwanderung, Anfressen der Reibungsflächen) .
Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Beispiele näher erläutert.
Bei einer Bremsvorrichtung, bei der eine der Reibungsflächen
aus unlegiertem oder niedrig legiertem Stahl besteht, wie dies beispielsweise bei den Radbandagen von Eisenbahnrädern
der Fall ist, werden die Teilflächen der anderen Reibungsfläche, die im Fall der Gleisbremse auf den Bremsbalken gebildet
werden, zum Beispiel aus Legierungen der folgenden Art hergestellt:
- nichtrostende Chrom-Eisenlegierungen mit beispielsweise 12 bis 17 Gewichtsprozent Chrom
- nichtrostende Chrom-Nickel-Eisenlegierungen, beispielsweise mit Anteilen von (immer in Gewichtsprozent)
18 % Chrom
8 % Nickel oder
23 % Chrom
12 % Nickel
- Legierungen der obengenannten Arten mit Zusätzen von mindestens einem der Elemente Mangan, Molybdän, Vanadin,
Niob, Cobalt, Wolfram, Silizium und Titan, mit einer Gesamtmenge an Zusätzen von weniger als 15 Gewichtsprozent, beispielsweise:
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18 % Cr , 8 % Ni7 6 % Mn, Rest Fe
17 % Cr, 12 % Ni, 3 % Mo, 2 % Mn, Rest Fe
26 % Cr, 12 % Ni, 1 % Mo, 1 % Mn, 1 % Si, Rest Fe
29 % Cr, 9 % Ni, 1,5 % Mn, 1 % Si, Rest Fe.
- Legierungen auf Nickelbasis, insbesondere
15 bis 20 % Cr, 80 bis 85 % Ni 15 bis 20 % Cr, 1 bis 3 % Nb, Rest Ni
15 bis 25 % Cr, 1 bis 3 % Nb, 5 bis 10 % Mn, bis maximal 10 % Fe, Rest Ni
10 bis 20 % Cr, 10 bis 20 % Mo, 3 bis 6 % V, bis maximal 5 % Fe, Rest Ni
10 % Cr, 3 % Si, 3 % B, bis maximal 3 % Fe, Rest Ni
- -Legierungen auf Cobaltbasis, insbesondere
15 bis 30 % Cr, 5 bis 10 % Mo, 1 bis 3 % Si, bis maximal 5 % Ni, bis maximal 3 % Fe, Rest Co
- Legierungen auf Kupferbasis, insbesondere
8 % Sn, Rest Cu
8 % Al, Rest Cu
8 % Al, 5 % Ni, Rest Cu
8 % Al, 12 % Mn, Rest Cu
10 % Al, 2 % Fe, 2 % Co, Rest Cu.
Es hat sich zur Geräuschverminderung als besonders nützlich erwiesen, die aufeinanderfolgenden Teilflächen einer Reibungsflache
alternierend aus der Liegerung von 8 % Al, 12 % Mn, Rest Cu und einer Nickel-basischen Nickel-Chrom-Legierung
herzustellen. Auch andere Kombinationen können mit Vorteil verwendet werden. Beispielsweise können die Teilflächen
abwechselnd aus nichtrostendem ferritisch-austenitischem Chrom-Nickelstahl mit Zusätzen von maximal 10 Gewichtsprozent
Molybdän, Mangan und/oder Silizium und einer Nickel-basischen Nickel-Chrom-Legierung mit Zusätzen von maximal 10 Gewichtsprozent
Mangan, Niob und/oder Molybdän und/oder maximal
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Gewichtsprozent Eisen, oder einer Cobalt-basischen Legierung bestehen. Insbesondere können die beiden folgenden
Legierungen verwendet werden:
25 % Crf 11 % Ni, 1 % Mo, 1 % Si, 1 % Mn, Rest Fe
alternierend mit
18 % Cr, 6 % Mn, 5 % Fe, 2 % Nb, Rest Ni.
Es ist zu bemerken, dass die Anzahl der alternierenden Metalle auch grosser als zwei sein kann, beispielsweise
drei, vier oder noch grosser.
Die Teilflächen der einen Reibungsfläche können von den Oberflächen
von Teilstücken des einen Teils der Bremsvorrichtung
gebildet werden, wobei diese Teilstücke vorzugsweise mit Hilfe eines schweisstechnxschen Verfahrens auf einem metallischen
Träger angebracht werden. Teilstücke aus den genannten
Legierungen werden also beispielsweise mit Hilfe von Handelektroden, durch kontinuierliche Drahtschweissung mit Inertoder
Aktivgas, gegebenenfalls mit Fülldraht, auf einem Stahlträger aufgeschweisst. Die Teilflächen können jedoch auch
durch Pulverauftragsschweissen erzeugt werden, sowie unter Anwendung von Plasmaverfahren oder ähnlicher, in den Bereich
der Schweisstechnik fallender Verfahren, die zu einer metallurgischen
Bindung der Teilstücke mit dem Träger führen-.
Im Fall der bereits erwähnten Gleisbremsen, bei denen die Bremsbalken eine Länge von IO bis 20 Meter haben können,
werden vorzugsweise Teilstücke von 5 bis 50 cm Länge in Abständen von 1 bis 5 cm in Längsrichtung angebracht. Neben
der genannten schweisstechnischen Befestigungsmethode können selbstverständlich auch andere übliche Befestigungsarten wie
Schrauben-, Nieten etc. verwendet werden.
Ferner kann die Form der Teilflächen den besonderen Anforderungen
eines Anwendungsfalls, entsprechend gewählt werden. Beispielsweise
kommt neben einer rechteckigen oder quadratischen Form eine Rautenform für die Teilflächen in Betracht und dies
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insbesondere bei Gleisbremsanlagen.
Es hat sich gezeigt, dass mit der beschriebenen Anordnung und Ausführung der Teilflächen, Reibungsbremsvorrichtungen
geschaffen werden, bei denen die Lärmentstehung während des Bremsvorgangs praktisch völlig verhindert wird, wobei zusätzlich
ein geringerer Verschleiss auftritt und damit die Lebensdauer der Vorrichtung beträchtlich erhöht werden kann.
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Claims (14)
1. Reibungsbremsvorrichtung, bei der zwei metallische Reibungsflächen unter Druck miteinander in Berührung
gebracht werden und bei der zumindest eine der Reibungsflächen aus mehreren in Bremsrichtung aufeinanderfolgenden
getrennten Teilflächen besteht, wobei je zwei aufeinander reibende Flächen aus Metallen mit verschiedenen Gleit-
und Verschleisseigenschaften bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Teilflächen
einer Reibungsfläche alternierend aus Metallen mit verschiedenen Gleit- und Verschleisseigenschaften bestehen.
2. Reibungsbremsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine der Reibungsflächen aus unlegiertem oder niedrig legiertem
Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Teilflächen der anderen Reibungsfläche aus einer
nichtrostenden Chrom-Eisenlegierung besteht.
3. Reibungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine der Reibungsflächen aus unlegiertem oder niedrig legiertem
Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Teilflächen der anderen Reibungsfläche aus einer
nichtrostenden Chrom-Eisen-Nickellegierung besteht.
4. Reibungsbremsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die genannten Legierungen einen Zusatz von · mindestens einem der Elemente Mangan, Molybdän,
Vanadin, Niob, Cobalt, Wolfram, Silizium und Titan enthalten, wobei die Gesamtmenge der Zusätze weniger als 15
Gewichtsprozent der Legierung beträgt.
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2 6 5 b b ü b
5. Reibungsbremsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der
eine der Reibungsflächen aus unlegiertem oder niedrig
legiertem Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Teilflächen aus einer Legierung auf
Nickel- und/oder Cobaltbasis besteht.
6. Reibungsbremsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine der Reibungsflächen aus unlegiertem oder niedrig legiertem
Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Teilflächen aus einer Legierung auf Kupferbasis
besteht.
7. Reibungsbremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Teilflächen aus nichtrostendem ferritisch- austenitischem Chrom-Nickelstahl mit Zusätzen von
maximal 10 Gewichtsprozent Molybdän, Mangan und/oder Silizium und alternierend aus einer Nickel-basischen Nickel-Chrom-Legierung
mit Zusätzen von maximal 10 Gewichtsprozent Mangan, Niob und/oder Molybdän und/oder maximal
10 Gewichtsprozent Eisen bestehen.
8. Reibungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilflächen von den Oberflächen auf einem
Träger mit Hilfe eines schweisstechnischen Verfahrens angebrachter Teilstücke gebildet werden.
9. Reibungsbremsvorrxchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die in Reibungsrichtung aufeinanderfolgenden
Teilflächen einander nicht berühren.
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10. Verwendung der Reibungsbremsvorrichtung nach Anspruch als Gleisbremse, wobei die auf die Eisenbahnräder einwirkenden
Teilflächen von denen des Rades verschiedene Gleit- und Verschleisseigenschaften aufweisen.
11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Teilflächen in Bremsrichtung 0,5
bis 20 % der Länge des Bremsbalkens beträgt.
12. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand der Teilflächen voneinander in der Bremsrichtung kleiner als ihre Länge in derselben Richtung
ist.
13. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilflächen rautenförmig ausgebildet sind.
14. Reibungsbremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Teilflächen
einer Reibungsfläche alternierend aus der Legierung 8 % Al, 12 % Mn, Rest Cu, und einer Nickel-basischen
Nickel-Chrom-Legierung bestehen.
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