DE2733244C2

DE2733244C2 - Reibelement

Info

Publication number: DE2733244C2
Application number: DE19772733244
Authority: DE
Inventors: Fukutaro Tokyo Komori
Original assignee: KOMORI SEISAKUSHO CO Ltd TOKYO JP
Current assignee: KOMORI SEISAKUSHO CO Ltd TOKYO JP
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1977-07-22
Publication date: 1982-09-02
Also published as: GB1560042A; DE2733244A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Reibelemen» aus unterschiedlichen Verbundmassen, das *>.ls Bremsbelag oder Kupplungsbelag eines Fahrzeugs eingesetzt werden kann.

Aufgrund der Verkehrsstörungen, die auf die merkliche Zunahme von Fahrzeugen in den letzten Jahren zurückzuführen sind, ist die Häufigkeit der Betätigung von Bremse oder Kupplung und damit der Beanspruchung dieser Teile extrem angestiegen. Darüber hinaus nimmt die Wahrscheinlichkeit noch immer weiter zu, daß ein Kraftfahrzeug angehalten, angefahren oder langsam gefahren werden muß, da immer mehr Verkehrszeichen installiert und immer neue »Stop«- oder »Langsamfahrenw-Schilder eingesetzt werden, um Verkehrsunfälle zu verhindern.

Dementsprechend nimmt auch der Verschleiß bzw. die Abnutzung der organischen Reib- oder Friktionsmaterialien, welche den Brems- oder Kupplungsbelag bilden, immer weiter zu (nämlicii der Friktionsmaterialien aus miteinander verbundenen Massen bzw. Verbundmassen, die aus einer anorganischen Mineralfaser, Friktions-Modifikatoren und einem organischen Harzbindemittel bestehen). Beim Austausch dieser Friktionsmaterialien müssen Montage- und Demontagearbeiten durchgeführt werden, die viele Arbeitsstunden und große Kosten verursachen. Schließlich darf noch darauf hingewiesen werden, daß von Gesetz wegen das Leistungsvermögen bzw. die Qualität dieser Friktionsmaterialien aus Sicherheitsgründen sehr oft genau festgelegt ist.

Wenn das Friktionsmaterial als Bremsbelag verwendet wird, wird die kinetische Energie praktisch schlagartig durch den Belag usw. in Wärmeenergie umgewandelt, um die Bremsfunktion zu erfüllen. Andererseits dient ein Kupplungsbelag dazu, die Drehung des Motors glatt und stoßfrei auf die Räder zu übertragen, wobei Wärmeenergie bei der Durchführung dieser Übertragungsfunktion durch Reibung erzeugt wird. In jedem Fall wird das Friktionsmaterial bei diesen Bewegungsabläufen abgenutzt bzw. verschlissen.

Im allgemeinen hat ein Friktionsmaterial mit einem höheren Verschleißwiderstand einen kleinen Reibungskoeffizienten, so daß die Gefahr von Schlupf bzw. Schleifen oder Rauschen bzw. Geräuschen besteht. Im Gegensatz hierzu wird ein Friktionsmaterial mit großem Reibungskoeffizienten mit höherer Geschwindigkeit abgetragen bzw. abgenutzt, während andererseits bei einem solchen Material die oben erwähnten Probleme nicht auftreten.

Ein Friklionsmaterial aus gesintertem Metall ist ein typisches Beispiel für ein Material mit niedrigem Reibungskoeffizient, während ein organisches Friktionsmaterial ein Beispiel für ein Friktionsmaterial mit hohem Reibungskoeffizient ist. Das organische Friktionsmaterial wird hergestellt, indem eine organische Mineralfaser, wie beispielsweise Asbest, und Friktions-Modifikatoren, wie beispielsweise Kautschuk- bzw. Gummipulver, Ruß bzw. Carbon Black und Siliziumoxid-Pulver, unter Verwendung eines organischen Herzbindemittels, wie beispielsweise eines aushärtbaren

ίο Phenolharzes, miteinander verbunden werden.

Darüber hinaus treten bei einem Friktionsmaterial aus gesintertem Metall bestimmte andere Schwierigkeiten auf, wie beispielsweise hohe Herstellungskosten, ein starker Angriff der Gegenreibfläche, wie beispielsweise der Bremsscheibe, der Bremstrommel, der Druckplatte oder eines Schwungrades, wodurch sich eine höhere Verschleißgeschwindigkeit der Gegenfläche ergibt Trotz der oben erwähnten Nachteile bietet ein Friktionsmaterial aus gesintertem Metall wegen seines hohen Verschleißwiderstandes viele Vorteile.

Weiterhin ist bereits ein Friktionselement vorgeschlagen worden, das auf der Kombination eines Friktionsmaterials aus gesintertem Metall mit einem organischen Friktionsmaterial beruht; ein solches Friktionselement wird beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung 13 807/72 beschrieben. In diesem Fall sind mehrere Stücke eines Friktionsmaterials aus gesintertem Metall in definierten Abständen auf einem aus Metall hergestellten Träger angeordnet, während ein organisches Friktionsmaterial dazu dient, die Zwischenräume zwischen den Stücken des Friktionsmaterials aus gesintertem Metall zu füllen. Ein Friktionselement dieses Typs zeigt zwar einen verbesserten Verschleißwiderstand, erfüllt jedoch nicht alle Anforderungen in bezug auf den Angriff und damit den Verschleiß der Gegenfläche, obwohl sich im Vergleich mit herkömmlichen Friktionsmaterialien aus gesinterten Metallen gewisse Verbesserungen in bezug auf einen geringeren Angriff der Gegenfläche ergeben. Der immer noch zu starke Angriff der Gegenfläche läßt sich darauf zurückführen, daß die Stücke des Friktionsmaterials aus gesintertem Metall in direktem Kontakt mit dem Metall-Trägerteil sind; denn das Friktionsmaterial aus gesintertem Metall hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit

<ts als das organische Friktionsmaterial. Dadurch wird die durch die Gleitbewegung des Friktionselementes über die Gegenfläche erzeugte Wärme rasch durch das Friktionsmaterial aus dem gesinterten Metall und dem direkt damit verbundenen Metall-Tragteil abgeleitet.

so Daraus ergibt sich, daß die Temperatur des Friktionsmaterials aus dem gesinterten Metall niedriger wird als die des organischen Friktionsmaterials. Andererseits findet jedoch der Angriff der Gegenfläche bevorzugt in Bereichen mit niedrigen Temperaturen statt, so daß bei einem solchen Friktionselement die Gegenfläche noch zu stark angegriffen wird.

In der DE-OS 15 25 333 wird ein Bremsbelag gezeigt, bei dem eine metallische Einlage in einen herkömmlichen Reibwerkstoff eingebettet ist, um z. B. den Bremsen an Fahrzeugen für Erdarbeiten eine höhere Standfestigkeit zu verleihen. Derartige Beläge sind jedoch für höhere Geschwindigkeiten und hohe Komfortanforderungen (Geräuschentwicklung) ungeeignet.

Die FR-FS 12 59 664 zeigt Reibbeläge aus gesinter tem Material, in das Einlagen aus herkömmlichen Werkstoffen eingesetzt sind. Bei derartigen Belägen wird jedoch die Reibungswärme zu schnell über den

Belag-Träger abgeleitet, so daß die Temperatur des Belages zu niedrig wird und die Reibverbindung zu »rupfen« beginnt bzw. die Gegenreibfläche überbeansprucht.

Entsprechend den beiden vorgenannten Schriften wird die Verbindung zwischen den zwei verschiedenen Reibwerkstoffen dadurch erreicht, daß der herkömmliche Reibwerkstoff als im wesentliche r flüssige Masse aus z. B. Asbestfasern, einem Füllstoff und warm aushärtenden Kunstharz in bzw. um den metallischen bzw. gesinterten Reibwerkstoff gegossen wird.

Die erzielbare Festigkeit der Verbindung der Reibmateri&lien mit dem Träger ist jedoch gering, da sich leicht Luftpolster zwischen den beiden Reibmaterialien bilden. Demgegenüber zeigt die DE-AS 16 00 168 einen Belagträger mit öffnungen, auf den ein konventioneller Reibbelag aufgebracht ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Reibbelag für Bremsen oder Kupplungen zu zeigen, der bei hoher Standfestigkeit eine geringe Geräuschentwicklung aufweist und eine sichere Verbindung der Reibmateriahen mit dem Tragteil bietet.

Diese Aufgabe wird durch ein Reibelement nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die umgebende Verbundmasse aus anorganischen Mineralfasern, Friktions-Modifikationen und organischem Harz-Bindemittel besteht und ein kleines Loch in der Austiefung aufweist.

Das zusammengesetzte Friktionselement nach der vorliegenden Erfindung zeigt einen hohen Verschleißwiderstand, so daß es in bezug auf Haltbarkeit bzw. Lebensdauer den herkömmlichen Friktionsmateriaiien merklich überlegen ist; dies ist auf folgenden Mechanismus zurückzuführen: Die »Trümmer« bzw. die abgeriebenen Teilchen des Friktionsmaterials aus dem gesinterten Metall haften an der Friktionsoberfläche und bilden einen Film, wenn das Friktionselement über die Gegenfläche gleitet. Weiterhin ist das zusammengesetzte Friktionselement nach der vorliegenden Erfindung frei von Schlupf bzw. Schleifen und Geräuschen. Außerdem wird das Gegenteil praktisch nicht angegriffen, da das Friktionsmaterial aus dem gesinterten Metall nicht in direktem Kontakt mit dem aus Metall hergestellten Tragteil ist. Das organische Friktionsmaterial befindet sich nämlich zwischen dem Friktionsmaterial aus gesintertem Metall und dem Metall-Tragteil. Diese spezielle Konstruktion dient dazu, eine zu starke Temperaturverringerung des Friktionsmaterials aus gesintertem Metall zu verringern, so daß der Angriff des Gegenteils diese Belages vernachlässigt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein zusammengesetztes Friktionselement nach einer Ausführungsfurm der vorliegenden Erfindung, das einen Bremsbelag für ein Fahrzeug bildet;

Fig.2 eine Draufsicht auf ein zusammengesetztes Friktionselement gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das einen Kupplungsbelag für ein Fahrzeug bildet;

F i g. 3 eine Teil-Draufsicht eines zusammengesetzten Friktionselementes gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, das einen Bremsbelag eines Fahrzeugs bildet;

F i g. 4 eine Teil-Draufsicht eines zusammengesetzten Friktionselementes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das einen Kupplungsbelag eines Fahrzeugs bildet-

F i g. 5 eine Teil-Draufsicht auf ein zusammengesetztes Friktionselement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, das einen Kupplungsbelag für ein Fahrzeug bildet;

Fig. ö einen vertikalen Querschnitt durch ein zusammengesetztes Friktionselement entlang der Linie 11-11 aus Fig. 1, bzw. VI-Vl aus Fig. 3, und

Fig.7 einen vertikalen Querschnitt durch ein zusammengesetztes Friktionselement entlang der Linie IV-IV aus Fig.2, bzw. VIII-VlIl aus Fig.4, bzw. X-X aus F i g. 5.

In den Fig. 1 und 6 ist ein zusammengesetztes Friktionselement 1 dargestellt, das als Bremsbelag verwendet wird. Wie in den Figuren gezeigt ist, weist das Element ! ein organisches Friküonsmaterial 2 und ein Friktionsmaterial 4 aus gesintertem Metall auf. Das organische Friktionsmaterial 2 ist mit einer Vielzahl von Aushöhlungen bzw. Vertiefungen 3 versehen, die sich von der Oberfläche aus erstrecken, die in Gleitkontakt mit dem Gegenteil gebracht wird; das Friktionsmateriai 4 aus gesintertem Metall wird in diese Austiefungen 3 eingesetzt und bei Bedarf mit ihnen verbunden. Weiterhin ist eine Reihe von Löchern 5 durch das organische Friktionsmaterial 2 gebohrt. Befestigungsteile, wie beispielsweise Nieten oder Maschinenschrauben, werden so durch die Löcher 5 eingeführt, daß sie das zusammengesetzte Friktionselement auf einem Tragteil befestigen.

Das zusammengesetzte Friktionselement 1 wird in Kontakt mit einer Bremstrommel gebracht, die sich in der durch den Pfeil in F i g. 1 angedeuteten Richtung dreht, um die Bremsfunktion zu erfüllen. Es muß darauf hingewiesen werden, daß das Friktionsmaterial 4 aus gesintertem Metall so angeordnet ist, daß es eine Gleitbewegung über einen großen Teil der Oberflache der rotierenden Bremstrommel durchführt. Im einzelnen sind dabei kleine Stücke des in Fig. 1 gezeigten Friktionsmaierials aus gesintertem Metall so angeordnet, daß sie eine kontinuierliche Kontaktlinie bilden, die im wesentlichen quer über den Reibbelag 1 geht, u. zw. von der Vorderseite aus gesehen. Dadurch wird im wesentlichen der gesamte Oberflächenbereich der Bremstrommel, der in Kontakt mit dem zusammengesetzten Friktionselement 1 komint, in Gleitkontakt mit dem Friktionsmaterial 4 aus gesintertem Metall gebracht, wenn die Bremse betätigt wird.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist das Friktionsmaterial 4 aus dem gesinterten Metall nur auf dem rechten Seitenbereich des zusammengesetzten Friktionselementes t angeordnet; bei Bedarf kann das Material 4 jedoch auch in gleicher Weise auf dem mittleren und dem linken Seitenbereich angeordnet werden.

In den Fig. 2 und 7 ist ein zusammengesetztes Friktionselement 6 gezeigt, das als Kupplungsbelag verwendet wird. Wie bei dem in den Fig. 1 und 6 gezeigten zusammengesetzten Friktionselement 1 weist das Element 6 das organische Friktionsmaterial 2 und das Friktionsmaterial 4 aus gesintertem Metall auf. Mehrere Austiefungen 3 sind auf der Seite des organischen Friktionsmaterials 2 ausgebildet, die in Gleitkontakt mit dem Gegenteil gebracht wird; das Friktionsmaterial 4 aus dem gesinterten Metall ist in diese Austiefungen 3 eingesetzt. Weiterhin ist eine Vielzahl von Löchern 5 durch das zusammengesetzte Friktionselement 6 gebohrt. Befestigungsteile, wie beispielsweise Nieten oder Maschinenichrauben, sind

durch diese Löcher 5 eingesetzt, so daß sie das Element 6 auf einer Scheibenfeder befestigten, die als Tragteil dient. Das Element 6 wird in Kontakt mit einem rotierenden Gegenteil, wie beispielsweise einem Schwungrad, gebracht Wie bei dem in den F i g. 1 und 6 gezeigten Element 1 ist das Element 6 mit dem Friktionsmaterial 4 aus gesintertem Metall in der Weise »gepunktet«, also mit einzelnen Punkten versehen, daß das Material 4 eine Gleitbewegung über einen großen Teil der Oberfläche des Gegenteils durchführt. Im einzelnen sind dabei Stücke des Friktionsmaterials aus dem gesinterten Metall auf dem inneren und äußeren Bereich des Elementes 6 angeordnet, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Die F i g. 3 zeigt ein zusammengesetztes Friktionselement 7 gemäß einer weiteren Ausführungsform, das als Bremsbelag verwendet wird. Das Element 7 ähnelt im wesentlichen dem in der Fig. 1 gezeigten Element 1; der Unterschied besteht darin, daß das Friktionsmaterial 4 aus gesintertem Metall in die Austiefung 3 eingesetzt wird, die öffnungen 3a bzw. 3b an den beiden Enden hat Die Fig.4 zeigt ein zusammengesetztes Friktionselement 8 gemäß einer weiteren Ausführungsform, das als Kupplungsbelag verwendet wird. Das Element 8 ähnelt im wesentlichen dem in der F i g. 2 gezeigten Element 6; der Unterschied liegt darin, daß das Friktionsmaterial 4 aus gesintertem Metall in eine Austiefung 3 mit öffnungen 3a und 3b eingesetzt ist, wie es auch bei dem Element 7 der Fall ist

Die F i g. 5 und 7 zeigen gemeinsam ein zusammengesetztes Friktionselement 9 gemäß einer weiteren Ausführungsform, das als Kupplungsbelag verwendet wird. Das Element 9 ähnelt im wesentlichen dem in F i g. 4 gezeigten Element 8; der Unterschied liegt darin, daß die Breite des Hohlraums 3 und des Friktionsmaterials 4 aus dem gesinterten Metall in den äußeren Bereich des Elementes 9 zur öffnung 3a hin kleiner wird. Durch diese Konstruktion läßt sich verhindern, daß das Friktionsmaterial 4 aus dem gesinterten Metall aus der Öffnung 3a rutscht, wenn das Element 9 eine Gleitbewegung auf dem Gegenteil durchführt.

Die Bezugszeichen werden gemeinsam für alle F i g. 1 bis 7 verwendet.

Das zusammengesetzte Friktionselement hat ausgezeichnete Eigenschaften. Beispielsweise hat dieses Element eine hohe Haltbarkeit bzw. eine lange Lebensdauer, außerdem treten Schlupf und Geräusche nicht auf, wie es oben beschrieben wurde. Weiterhin greift das zusammengesetzte Friktionselement das Gegenteil nicht an, weil das organische Friktionsmaterial 2 sich zwischen dem Friktionsmaterial 4 aus gesintertem Metall und dem Metall-Tragteil befindet Das Tragteil ist nämlich an der Seite des zusammengesetzten Friktionselementes angebracht, die nicht in Gleitkontakt mit dem Gegenteil gebracht wird, d. h„ an der Unterseite des in den Abbildungen gezeigten Elementes. Die Anwesenheit des organischen Friktionsmaterials 2 zwischen dem Friktionsmaterial 4 aus gesintertem Metall und dem Metall-Tragteil dient dazu, den Wärmedurchgang bzw. die Wärmebrücke zu unterbrechen, die das Friktionsmaterial 4 aus gesintertem Metall und das Metall-Tragteil direkt verbindet, ίο Dadurch läßt sich eine zu starke Temperaturverringerung des Friktionsmaterials 4 aus gesintertem Metall verhindern, so daß dieses zusammengesetzte Friktionselement das Gegenteil nicht angreift.

Jedes Element 10 und 11 ist mit einem kleinen Loch 12 versehen, das sich von dem Boden der Austiefung 3 zu der Oberfläche des Elementes erstreckt, die nicht in Kontakt mit dem Gegenteil gebracht wird. Dadurch kann bei den zusammengesetzten Frikiionseiementen die Luft in der Austiefung 3 durch das kleine Loch 12 entweichen, wenn das Friktionsmaterial 4 aus gesintertem Metall in die Austiefung 3 eingesetzt wird, wodurch sich eine optimale Einführung des Materials 4 in die Austiefung 3 ergibt.

Jedes zusammengesetzte Friktionselement 7,8 und 9, das in den Fig.3 bis 5 dargestellt ist, ist mit den öffnungen 3a und 3b an den Enden der Austiefung 3 versehen.

Obwohl die öffnungen 3a und 3b dazu dienen, die Luft in der Austiefung 3 bei der Einführung des Friktionsmaterials 4 aus gesintertem Metall nach außen abzuleiten, sollten diese Elemente 7,8 und 9 auch mit einem solchen kleinen Loch versehen werden. Selbstverständlich erleichtert die zusätzliche Ausbildung eines solchen kleinen Loches den Austritt der Luft, die sich in der Austiefung 3 befindet, so daß dadurch die Einführung des Friktionsmaterials 4 aus dem gesinterten Metall in die Austiefung 3 vereinfacht und die Verbindung ohne zwischenliegendes Luftpolster haltbarer wird.

Im allgemeinen wird das Tragteil an der Seite des zusammengesetzten Friktionselementes angebracht, die nicht in Kontakt mit dem Gegenteil gebracht wird.

Wenn also das zusammengesetzte Friktionselement mit einem solchen kleinen Loch 12 versehen ist, wie es in den Fig.6 und 7 gezeigt ist, sollte das Tragteil selbstverständlich mit einem durchgehenden Loch versehen sein, das mit diesem kleinen Loch 12 in Verbindung steht

Die Zahl, Form und Lage der Austiefung, der Luftablaßöffnung oder des kleinen Lochs und des so Friktionsmaterials aus gesintertem Metall des zusammengesetzten Friktionselementes können je nach Bedarf beliebig ausgewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Reibelement aus zwei unterschiedlichen Verbundmassen, von denen die eine aus gesintertem Material in einer nicht durchgehenden Austiefung der anderen eingesetzt ist und beide Verbundmassen auf einem Träger so befestigt sind, daß sie gleichzeitig mit einer Gegenreibfläche in Reibungskontakt gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die umgebende Verbundmasse (2) aus anorganischen Mineralfasern. Friktions-Modifikatoren und organischem Harz-Bindemittel besteht und ein kleines Loch (12) in der Austiefung (3) aufweist