DE2758424A1 - Reibmaterial fuer bremsbacken von schienenbahn-scheibenbremsen - Google Patents

Description

• Reibmaterial für Bremsbacken von Schienenbahn-
• Scheibenbremsen Die Erfindung bezieht sich auf ein Reibmaterial, welches insbesondere als Bremsbelagfür Scheibenbremsen von Schienenfahrzeugen, wie etwa Eisenbahnen, Straßenbahnen und Zweiwegfahrzeugen verwendbar ist.
• In zunehmendem Maße werden Schienenbahnen, insbesondere für Personenbeforderung, mit Scheibenbremsen ausgerüstet. Im Vergleich zu den älteren Reibbremsen besitzen die Scheibenbremsen nicht die Eigenschaft nach überlanger Anwendunghinsichtlich ihrer Bremswirkung nachzulassen. Da daniberhinaus der Rotor, an welchem die Bremse angestellt wird, auf der Achse zwischen den Rädern montiert ist und mit dem Geleis nicht in Kontakt kommt, sind die Scheibenbremsen nicht dem Verschleiß durch Kontakt mit der rauhen Oberfläche der entsprechenden Randfläche ausgesetzt.
• Bestimmte bekannte Bremsbelagzusammensetzulgen sind jedoch einem übermäßigen Verschleiß unterworfen und besitzen eine große Abriebwir!rungauf den Rotor. Die Schaffung eines Reibmaterials für Scheibenbremsen von Schienenbahnen, wie etwa Eisenbahnen, Straßenbahnen oder Zweiwegfahrzeugen, ist erstrebenswert, welches einem geringeren Verschleiß während des Betriebs unteniorfenist und auf den Scheibenbremsenrotor weniger abreibend wirkt.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einemReibmaterial gelöst durch die nachfolgenden Bestandteile in Gewichtsprozent, nämlich 25 bis 35% Phenolharzbindemittel, 2 bis 12% kohlenstoffhaltigen Bestandteil, 35 bis 50% Asbestfas-rn,0,4 bis 3% Siliciumcarbid. In wi tr erfindunasgemäßen Ausgestaltungen umfaßt das Reiblr!aterial2 bis 10% zerrahlene Cashewnussteilchen, 0,5 bis 12% Nitrilkautschuk und/oder 1 bis 25% inertes Füllmaterial.
• Der Grundbestandteil des Bindemittels in dieser Zusammensetzung ist Phenolharz. Derartige Harze sind die Peaktionsproduktevon Phenolen und Formaldehyd, wobei diese Materialien allgemein bekannt und entsprechend in der Literatur beschrieben sind. Hierzu wird auf den Artikel in Modern Plastics Encyclopedia, 1970-1971, beginnend ab Seite 162 verwiesen. Das Phenolharz liegt in der Zusammensetzung von 25 bis 35 Gewichtsprozent vor.
• Ein weiterer prinzipieller Bestandteil gem. der Erfindung ist ein "kohlenstoffhaltiger Bestandteil". Dieses Material ist im wesentlichen reiner Kohlenstoff, welcher als Granulat oder in Teilchenform mit einer Teilchengröße (und zwar wenigstens ungefähr 95%) von im wesentlichen weniger als ungefähr 74 Mikrometer verwendet wird. Größeres Teilchenmaterial innerhalb dieses Bereiches wird oft mit "Kohlenstoffmehl" bezeichnet, wohingegen feineres Teilchenmaterial normalerweise als Carbon-Black, Lampenruss oder ähnliches bezeichnet wird. Die größeren Teilchen haben gewohnlichençeise eine graphitische Struktur, wohingegen die feinen Teilchen, wie etwa Carbon-Black, mehr zu einer amorphen Struktur neigen. Der kohlenstoffhaltige Bestandteil liegt in 2 bis 12 Gewichtsteilen der Zusammensetzung vor.
• Der dritte wesentliche Bestandteil der Zusammensetzung ist Asbestfaser, und zwar vorzugsweise Chrysotil-Asbestfaser. Derartige Fasern werden normalerweise in Längen sortiert. Eine Standartklasseneinteilung unter Verwendung von Nummern ist durch die Quebec Asbestos Mining Association eingeführt worden, gem. der niedrigen Nummern die längeren Fasern und höhere Nummern (Klassen 5 bis 7) die kürzeren Fasern kennzeichnen. Wegen der Gießeigenschaften werden für den Anmeldungsgegenstand die kürzeren Fasern verwendet. Zusätzlich sind die kürzeren Fasern im Vergleich zu den längeren Fasern wesentlich billiger. Die Asbestfasern liegen in der Zusammensetzung in 35 bis 50 Gewichtsteilen vor.
• Der vierte wesentliche Bestandteil gem. der Erfindung, welcher wesentlich für die einzigartigen Reibeigenschaften gem. der Erfindung ist, ist Siliciumcarbid. Das gem. der Erfindung verwendete Siliciumcarbid ist von der im Handel üblichen Reinheit. Das Siliciumcarbid wird in granulierter Form verwendet, wobei die Teilchengrößen im wesentlichen alle unter 44 Mikrometer liegen (und zwar wenigstens ungefähr 95%der~Teilchen). Das Siliciurncarhid liegt in 0,4 bis 3 Gewichtsteilen vor.
• Die oben bezeichneten vier tfaterialien sind für die erfindungsgemäße Basiszusammensetzung wesentlich. Al7srdings können bei Bedarf bestimmte andere faterialien ebenfalls in die Zusammensetzung eingebaut werden. Eine erste Wahl als fünfte Komponente fällt dahei auf Harz aus der Cashewnusschalen. Dieses Harz ist ein Peib- und Verschleiß-Modifiziermittel, loches die Eigenschaft besitzt, agqressivere Reibeigenschaften und Verschleißeigenschaften anderer Bestandteile, wie etwa Siliciumcarbid, zu dämpfen. Dieses Cashewnusschalenharz ist ein polymerisiertes, teilweise oder vollständig ausgehärtetes und aus Cashewnussöl hergestelltes Erzeugnis, welches weitgehend ein substituiertes Phenol ist. Das gehärtete Harz kann in Teilchen zermahlen werden, welche normalerweise eine Teilchengröße von 20 bis 100 Mesh (Teilersiehreihe) besitzen. Die Teilchen aus Cashewnusschale liegen in 2 bis 10 Gewichtsteilen der Zusammensetzung vor. Die Cashewnussschalen-Harzteilchen können ganz oder teilweise ausgehärtet sein, wobei Versuche gezeigt haben,8 daß vorzugsweise vollständig ausgehärtete Teilchen Anwendung finden.
• Weiter hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, in die Zusammensetzung einen Nitrilkautschuk einzubauen. Dieses Material vereinigt sich mit und wird durch das Phenolharz ausgehärtet und bildet ein gemischtes Harz-Kautschukbindemittel.
• Der Nitrilkautschuk wird t3ewöhnlicherweise in Form von Teilchen verwendet und liegt in der Zusammensetzung in 0,5 bis 12 Gewichtsteilen vor.
• Schließlich kann die Zusammensetzung auch einen oder mehrere inerte organische und/oder anorganische Füllmaterialien beinhalten. Rennzeichnende organische Materialien sind gemahlenes Altgummirnaterial (ground tire peel). Ein kennzeichnendes anorganisches Füllmaterial ist Baryt (natürliches Bariumsulfat). Bezüglich der Verwendung von Fllaterialien giht es allerdings einige Einschränkungen. Wegen der hohen Temperaturen, welche bei Bremsvorgängen erzeugt werden, sollten die als Füllmaterialien verwendeten organischen t-aterialien bei relativ hohen Temperaturen beständig und stabil sein und keinen bedeutsamen Anteil an flüchtigen Bestandteilen aufweisen. Bezüglich der anorganischen Füllmaterialien gilt, daß die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen vorzugsweise kein Blei, Bleimonoxyd oder andere bleihaltige Bestandteile beinhalten, da beispielsweise Blei als schädlich für Bressbeläge erkannt ist (siehe etwa US-PS 3 959 194). Innerhalb dieser Einschränkungen ist jedoch der Fachmann in der Lage, geeignete Füllmaterialien für eine Verwendung in der arfindungsgemäßen Zusanmensetzung auszuwählen.
• Der gesamte Gehalt an Füllmaterial beträgt in der erfindungsgemäßen Zusairrensetzung 1 bis 25 GewiChtsteile, wobei 0,5 bis 10 Gewichtsteile organischer nestanclteil und 0,5 bis 15 Gewichtsprozent anorganischer Bestandteil sind.
• Die Materialien können in üblicher Weise zu Reibmaterialien für Bremsscheiben von Scheibenbremsen geformt werden. Hierzu werden die trockenen granulierten Bestandteile vorgemischt, das Gemisch in eine Form eingelegt und bei erhchten Temperaturen geformt, so daß das Bindemittel eine feste Grundmatrix unter Einschluß der anderen Bestandteile bildet.
• Eine kennzeichnende erfindungsgemäße Zusammensetzung wird im nachfolgenden Beispiel angeführt. Gleichzeitig sind Vergleichs daten angegeben, welche die tiherlegenheit einer mit der vorliegenden Zusammensetzung erzeugten Scheibenbremse gegenüber einer Scheibenbremse zeigen, welche kein Siliciumcarbid heinhaltet. In Tabelle I sind alle Bestandteile in Gewichtsprozenten aufgeführt (abgerundet auf den nächsten ganzen Prozentwert).
• Tabelle 1 Bestandteil Bekanntes Reib- erfindungsgemäßes material Reibmaterial Hauptbestandteile: Phenolharz (a) 25% 29% Kohlenstoffmehl (Carbon Flour) 5% 6% Asbestfaser (b) 35% 41% Siliciumcarbid -- 1X Zircon 15%.-Zusätzliche Bestandteile: Cashewnusschalen-Harzteilchen 5% 6% Nitrilkautschuk (c) 5X 6X zermahlenes Altgummimaterial 5X 6X Baryt 5X 6X 100X 100% Vermerke: a) "Durez" Harz Nr. 24867 b) QAMA Klasse 7D Chrystil-Asbestfaser c) "Hycar" Klasse 1411 Kautschuk In Tabelle II sind Untersuchungsergebnisseeiner sogenannten Bendixbremse (Testanlacie) angegeben.
• In derartigen Tests sind die Reibmaterialien dadurch getestet worden1 daß eine Scheibenbremse aus dem Testmaterial auf einen Rotor gegeben wird, welcher in einer vorgegebenen Drehzahl umläuft.
• Bei jeder vorgegebenen Drehzahl wurde im Test die Bremsscheibe 30 mal angepreßt . Die Anpreßung an den Rotor dauerte jedesmal 15 Sekunden, wonach ein Intervall von 45 Sekunden bis zum nächseien Andrucken auf den Rotor erfolgte In dem nachfolgend gezeigten Beispiel betrug die AnXigefläche einer jeden Testprobe ungefähr 27,2 cm2 (4,2 square inch) und wurdejede Probe unter einem Druck von 5171 Torr angedrückt. Die Tests wurden beiRotordrehgeschwindigkeiten von i500, 3000, 4500 und 6000 fpm ausgeführt. Die Werte eines jeden dieser Tests sowie der Durchschnittswert für die oben beschriebene Zusammensetzunggern. der Erfindung und nach dem bekannten Stand der Technik sind nachfolgend angegeben Tabelle II Rotorgeschwin- physikalische Ei- bekannte erfindungsgemäße digkeit (fpm) genschaften Bremsscheibe Bremsscheibe 1500 max. Temp., °C 185: 221 Abrieb, inA 0.004 0.010 Reibungskoeffizient 0.54 0.59 PS-Stunde 1.26 1.38 Versc3hleißverhältnis inch /PS h 0.003 0.007 3000 max. Temp., °C 235 288 Verschleiß, inch 0.016 0.020 Reibungskoeffizient 0.39 0.48 PS-Stunde 1.85 2.26 Verschleißverhältnis inch 3/PSh 0.009 0.009 4500 max. Temp., °C 298 319 Verschleiß, inch 0.063 0.037 Reibungskoeffizient 0.41 0.39 PS-Stunde 2.87 2.71 Versshleißverhältnis irch /PS h 0.022 0.014 6000 max. Temp., °C 316 322 Verschleiß, inc3h 0.065 0.060 Reibungskoeffizient 0.32 0.33 PS-Stunde 2.95 3.12 Verschleißverhältnis inch /PS h 3 Durchschnitt Verschleiß ,inch³ 0.037 0.032 Reibungskoeffizient 0.42 0.45 PS-Stunde 2.23 2.37 Verschleißverhältnis inch /PS h Aus Tabelle II geht deutlich hervor, daß , obgleich die Eigenschaften des bekannten Materials unter einfachen Bedingungen bei einer Drehgeschwindigkeit von 1500 fpm geringfüglg besser sind, die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials, insbesondere hinsichtlich Verschleißverhältnis und Temperaturheständigkeit, wesentlich besser unter strengeren Bedingungen bei höheren Testaeschwindigkeiten sind. Auch die Durchschnittswerte des erfindungsgemäßen Reibmaterials sind wesentlich besser als jene des bekannten Reibmaterials.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Peibinaterial für Bremsbacken von Schienenbahn-Scheibenbremsen, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Bestandteile in Gewichtsprozent: Phenolharzbindemittel 25 bis 35% kohlenstoffhaltiger Pestandteil 2 bis 12% Asbestfasern 35 bis 50% Siliciumcarbid 0,4 bis 3% 2. Reibiraterial nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 2 bis 10% gemahlener Harzteilchen aus Cashewnusschalen.

   3. Reibmaterial nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch 0,5 bis 12% Nitrilkautschuk.

   4. Reibmaterial nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch 1 bis 25% inertes Füllmaterial.

   5. Reibmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial ein Gerisch aus organischen und anorganischen Bestandteilen umfaßt.

   6. Reibmateri al nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fülliraterial ein Gerrisch aus 0,5 bis 10% gemahlener Altgwnrri (ground tire peel) und 0,5 bis 15% Baryt umfaßt.

   7. Peibmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kohlc-nstoffhaltige Bestandteil Craphitkohlenstoff unfaßt.

   8. Reibmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ohlnstoffhaltige Bestandteil Carbon-Black umfaßt.

   9. Reibmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Cashewnusschalen-Harzteilchen vollständig gehärtet sind.

   10. Reibmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kohlenstoffhaltige Bestandteil in 4 bis 8% vorliegt.

   11. Reibmaterial für Brersbacken von Schienenbahnscheibenbremsen, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Bestandteile in Gewichtsprozent: Phenolharzbindernittel etwa 29% Siliciumcarbid etwa 0,6% Asbestfasern etwa 41% Graphitkohlenstoff etwa 6% 12. Reibmaterial nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch etwa 6% voll ausgehärtete zermahlene Cashewnusschalen-arzteilchen.

   13. Reibmaterial nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch 6 Gewichtsprozent Nitrilkautschuk.

   14. Reihnaterial nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch etwa 6% zermahlenes Altgummimaterial und etwa 6% Baryt.

   15. Schienenbahn-Scheibenbremse, gekennzeichnet durch das Reibmaterial gem. Anspruch 1.

   16. Schienenbahn-Scheibenbremse, gekennzeichnet durch Reibmaterial gem. Anspruch 11.