DE3738949C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremse für Straßen-, Schienen- und Luftfahrzeuge, vorzugsweise eine Teilbelag­ scheibenbremse, die aus einem rotierenden Teil, vorzugs­ weise einer Bremsscheibe, und einem stationär angeordne­ ten Teil, vorzugsweise einer mit Zuspanneinrichtung wie einen durch ein Druckmedium beaufschlagbaren Kolben versehenen Bremsbacke, besteht.

Die Fahrzeugentwicklung fordert für die heutigen Automo­ bile und Schienenfahrzeuge Bremsen mit hoher Zuverlässig­ keit, Leistung und Lebensdauer bei gleichzeitig verrin­ gertem Einbauraum und rigoroser Gewichtsbeschränkung, um die ungefederten Massen möglichst klein zu halten. Diese Anforderungen gepaart mit der Notwendigkeit, um­ weltfreundliche Materialien einzusetzen (Asbestfreiheit des Reibmaterials), stößt zunehmend an die Grenzen des wirtschaftlich vertretbar Realisierbaren.

Besonders das hohe Preisniveau für die Asbestersatz­ stoffe und die durch die hohen zulässigen Fahrgeschwin­ digkeiten der neuen Fahrzeuggeneration bedingten Be­ lastungen der Reibbeläge führen für den Fahrzeugnutzer zu hohen Wartungs- und Instandsetzungskosten, um die Bremsanlage des Fahrzeugs in angemessenem Zustand zu halten.

Diese Probleme sind nicht mehr durch konstruktive Maß­ nahmen an der Bremsanlage oder durch Modifikation der Reibbeläge in den Griff zu bekommen. Vielmehr ist es erforderlich, unter Beibehaltung des geringen Gewichtes der Bremse und ohne Vergrößerung der Baumaße die spezi­ fische Reibflächenbelastung und die thermische Be­ lastung des Reibmaterials zu verringern. Der dadurch verringerte Verschleiß des Reibmaterials macht sich auf die Dauer in erheblich niedrigeren Kosten für Wartung und Instandhaltung der Bremsanlage bemerkbar.

Man hat schon versucht, bessere Bedingungen unter Einbeziehung des Werkstoffes Keramik bei einer Bremse zu erreichen. Aus der DE-OS 17 75 418 ist es bekannt, bei der Bremsbacke den Reibbelagträger als federnden, den aus keramikartigen Werkstoff bestehenden Reibbelag einklemmenden Rahmen auszubilden. Aus der DE-OS 35 15 512 ist eine Bremsscheibe bekannt, deren Reibring ausschließlich aus Keramik besteht. Andere Vorveröf­ fentlichungen beschreiben Bremsscheiben, bei denen die konventionelle, aus Stahl gefertigte Bremsscheibe mit Keramikmaterial beschichtet ist oder die Scheibe aus einer Keramik-Metallegierung (Cermet) besteht. Diesen Entwicklungen ist gemeinsam, daß die üblichen Reibbe­ läge aus kunststoffgebundenem organischem Reibmaterial (GB-PS 1 97 991) in der üblichen Größe und Anordnung wie bei konventionellen Bremsen, d.h. wie bei mittels einer Stahlscheibe ausgerüsteten Teilbelagscheibenbremsen nicht benutzt werden. Das Problem der hohen spezifi­ schen Reibflächenbelastung wird durch diese mit Kera­ mikscheiben u. dgl. ausgerüsteten Bremsen nicht gelöst, sondern man erzielt lediglich eine Milderung durch die erwartete bessere Wärmeabfuhr und Verschleißfestigkeit der Keramik-Bremsscheibe.

Bei der Bremsscheibe, insbesondere für Flugzeugbremsen, nach der DE-OS 24 18 024 sind auf dem Kern der Brems­ scheibe ringförmige, auswechselbare Reibbeläge aus Koh­ lenstoffmaterial befestigt. Wenn solche Reibbeläge mit ortsfesten Sintermetallelementen in Reibeinwirkung ste­ hen würden, würde man eine erheblich geringere spezifi­ sche Reibflächenbelastung des Reibmaterials erreichen. Die Paarung Kunststoff/Sintermetall ist aber neben den hohen Kosten auch aus Gründen des spezifischen Reibver­ haltens, des Komforts und des völlig anderen Belastungs­ profils im Straßenverkehr, anders als im Luftverkehr, nicht einsetzbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bremse zu schaffen, die geeignet ist, schwere und sehr schnelle Kraftwagen unter allen Betriebbedingungen zuverlässig abbremsen zu können, dabei klein und leicht ist und eine geringe spezifische Reibflächenbelastung gewährleistet. Die Erfindung zeichnet sich bei der Bremse der anfangs ge­ nannten Art dadurch aus, daß der rotierende Teil der Bremse als Reibpartner eine Belagschicht aus kunst­ stoffgebundenem, organischem Reibmaterial trägt, und daß der stationäre Teil der Bremse einen Reibpartner aus Keramikmaterial aufweist.

Durch eine solche umgekehrte Anordnung des Reibmate­ rials in bezug auf den rotierenden und stationären Teil der Bremse unter Einbeziehung des Werkstoffes Keramik erhält man eine erhebliche Entlastung für den bei dem bisherigen Bremssystem am höchsten belasteten Bauteil, nämlich den aus kunststoffgebundem organischem Reibma­ terial bestehenden Belag der Bremsbacke. Durch Anord­ nung des Belagstoffes aus organischem Reibmaterial an der Bremsscheibe ergibt sich eine um ein Vielfaches größere und schnell umlaufende Belagfläche für dieses Material, wobei der Reibpartner organisches Reibmate­ rial eine wesentlich geringere thermo-mechanische Be­ anspruchung zu bewältigen hat. Wenn bei der Bremsbacke ein Reibmaterial aus keramischem Werkstoff verwendet wird, erhält man eine gezielte Verschiebung der größten thermischen Belastung in dem thermisch hoch belastba­ ren, keramischen Backenbelag. Durch diese Paarung des Reibmaterials in bezug auf den rotierenden und statio­ nären Teil der Bremse ergibt sich eine bessere Vertei­ lung der thermo-mechanischen Belastung. Die Standzeit und auch die Leistungsfähigkeit der Bremse wird ver­ bessert. Durch eine geringe spezifische Reibflächen­ belastung werden eine hohe Lebensdauer und damit nie­ drigere Wartungskosten für die verschleißenden Reibbe­ läge der Bremsanlage erzielt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann der aus Keramikmaterial be­ stehende Reibpartner des stationären Teils, da er nicht mehr in erster Linie Verschleißkritierien unterliegt, in der Flächengröße hinsichtlich der Anpreßfläche einem Beaufschlagteil dieses Reibpartners vorzugsweise einem Kolben entsprechen, wodurch sich ideale Flächenpres­ sungsverhältnisse ergeben.

Damit bei dem sehr harten Keramikwerkstoff für den Reibpartner des stationären Teils der Bremse ein Schermessereffekt vermieden wird, ist es zweckmäßig, daß die ein- und ablaufenden Kanten des Reibpartners des stationären Teils - im Querschnitt gesehen - mit Ab­ rundungen versehen sind.

Die Reibpaarungen zwischen dem herkömmlichen Reibma­ terial bzw. kunststoffgebundenem Reibmaterial (orga­ nischem Reibmaterial) und dem Reibmaterial aus kera­ mischem Werkstoff in der erfindungsgemäßen Anordnung sind für alle bekannten Bremssysteme einsetzbar.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsformen erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Scheibenbremse ge­ mäß der Erfindung im Schnitt und im Schema.

Fig. 2 stellt eine Prinzipskizze der Trommelbremse gemäß der Erfindung im Schnitt schematisch dar.

Fig. 3 veranschaulicht eine Prinzipskizze einer Scheiben­ bremse für ein Schienenfahrzeug gemäß der Erfindung im Schema.

Fig. 4 zeigt eine Einzelheit an einem Keramik-Bremsklotz.

Bei einer Teilbelagscheibenbremse 1 der Fig. 1 ist die Bremsscheibe 2 zu beiden Seiten mit einem Belag 3 und 4 aus einem organischen Reibmaterial versehen, und zwar über die ganze Ringfläche des Scheibenteils 2a. Die Brems­ backen 5 und 6 bestehen jeweils aus einer Trägerplatte 7 mit einer Reibmaterialbeschichtung 8 aus Keramikmaterial. Der Kolben 9 der Zuspanneinrichtung für den Schwimmsattel 10 kann ein Keramikkolben sein.

Wie Fig. 4 zeigt, sind die Kanten des Keramikbelages 8 für den Ein- und Ablauf mit Rundungen 11 und 12 versehen.

Bei der Trommelbremse 14 der Fig. 2 weist der Trommelkör­ per 15 an dem Innenumfang eine Belagmasse 16 aus organi­ schem Reibmaterial auf. Die Bremsbacken 17 und 18, die bei 19 und 20 drehbar gelagert sind und durch eine Zuspann­ einrichtung 21 gegen die Belagmasse 16 des Trommelkörpers 15 gepreßt werden können, sind mit einem Belag 22 und 23 aus Keramikmaterial versehen. Mit 24, 25 ist eine Fede­ rung zum Lösen der Bremsbacken bezeichnet.

Bei der Scheibenbremse 27 der Fig. 3 für Schienenfahrzeu­ ge ist der Scheibenkörper 28 an beiden Seiten je mit einem Reibbelag 29 und 30 aus organischem Reibmaterial ringsum versehen. Die Bremsbacken 31 und 32, die um die Achsen 33 und 34 drehbar gelagert sind, weisen einen Belag 35 und 36 auf, der aus Keramikmaterial besteht. Auch hier weist die Belagmasse aus organischem Reibmaterial an der Bremsscheibe eine wesentlich größere Fläche auf als die Keramikbeläge der Bremsbacken.

Als Keramikmaterial kann jeder geeignete keramische In­ dustriewerkstoff Verwendung finden.

Für das organische Reibmaterial kann die übliche Zusammen­ setzung, wie in der Reibbelagindustrie bekannt, benutzt werden.

Claims (3)

1. Bremse für Straßen-, Schienen- und Luftfahrzeuge, vorzugsweise Teilbelagscheibenbremse, bestehend aus einem rotierenden Teil, vorzugsweise einer Bremsscheibe, und einem stationär angeordneten Teil, vorzugsweise einer mit einer Zuspanneinrich­ tung und mit einem durch ein Druckmedium beauf­ schlagbaren Kolben versehenen Bremsbacke, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Teil (2, 15, 28) der Bremse (1, 14, 27) als Reibpartner eine Belag­ schicht (3, 4; 16, 29, 30) aus kunststoffgebundenem organischem Reibmaterial trägt, und daß der sta­ tionäre Teil (5, 6; 17, 18; 31, 32) einen Reibpartner aus Keramikmaterial aufweist.

2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Keramikmaterial bestehende Reibpartner des stationären Teils der Bremse in der Flächen­ größe dem Beaufschlagteil dieses Reibpartners, vorzugsweise einem Kolben (9), entspricht.

3. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ein- und ablaufenden Kanten des Reib­ partners (8) des stationären Teils - im Quer­ schnitt gesehen - mit Abrundungen (11, 12) versehen sind.