DE9007427U1

DE9007427U1 - Reibbelag für eine Scheibenbremse

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Publication number: DE9007427U1
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Authority: DE
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Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1991-09-19
Anticipated expiration: 2000-03-23

Description

Bezeichnung: Reibblock für eine Scheibenbremse Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Reibblock für eine Scheiben-2Q bremse mit einem plattenförmigen Rückenkörper aus Metall, mit dem ein Reibmaterialblock verbunden ist.

Für Scheibenbremsen an Automobilen bestehen die Reibblöcke aus einer aus Stahlblech von etwa 3 bis 4 mm Dicke ausgestanzten Trägerplatte, auf die das Reibmaterial unter Verwendung eines Haftmittels blockförmig aufgepreßt ist. Die beim Bremsvorgang zwischen Reibblock und Bremsscheibe wirksam werdende hohe thermische Belastung kann aufgrund der über die Stahlplatte erfolgenden Wärmeabfuhr je nach Zusammensetzung des verwendeten Reibmaterials bei den unterschiedlichsten Lastzuständen zu ungünstigen Einflüssen auf das Bremsverhalten führen. Hinzu kommt noch, daß das Reibmaterial einerseits und die Stahlträgerplatte unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, so daß hier bei langgestreckten Reibblöcken Verformungen des Reibblockes unter Temperatureinfluß auftreten können, die zu einem Abheben des Reibblocks von der Bremsscheibe in den Endbereich führen können, die nicht direkt durch den Kolben des Bremszylinders

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belastet sind. Um die thermischen Nachteile zu beheben, hat man nun versucht, auf die Stahlträgerplatte zunächst eine dünne Schicht eines mit Asbestfasern versetzten Reibmaterials aufzubringen, auf das dann das asbestfreie Reibmaterial aufgepreßt wurde. Hierdurch konnte zwar eine gewisse thermische Isolierung der Stahlträgerplatte gegenüber dem Reibmaterial bewirkt werden. Die Verformungsprobleme werden hierdurch jedoch nicht beseitigt. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung besteht vor allem darin, daß bei der Herstellung immer noch mit Asbest gearbeitet werden mußte. Zwischenlagen aus Kunststoffen oder ähnlichen Materialien anstelle einer mit hohem Asbestfaseranteil versetzten Reibmaterialschicht konnten nicht zum Erfolg führen, da diese Materialien sich bei den hohen Temperaturen, die bis zu 800⁰C erreichen können, keine ausreichende Hitzebeständigkeit aufweisen.

Aus der DE-PS 28 34 585 und DE-PS 29 35 943 ist es nun bekannt, Reibblöcke herzustellen, bei denen anstelle einer Stahlträgerplatte eine Trägerplatte aus einem Hartkeramik-

2Q formteil eingesetzt wird, die mit einer Metallummantelung, insbesondere einer Druckgußummantelung, versehen ist. Diese Trägerplatten sind unabhängig von der jeweiligen Temperatur absolut steif, so daß der durch den Kolben des Bremszylinders bewirkte Anpreßdruck über die gesamte Fläche des Reibblockes auf die Bremsscheibe ohne Verformung, insbesondere ohne thermische Verformung, übertragen wird und somit immer eine ebenflächige Anlage des Reibmaterials an der Bremsscheibe und damit ein gleichmäßiger Abrieb gewährleistet ist. Derartige Reibblöcke mit einer Trägerplatte aus Hartkeramik sind für thermisch hoch belastete Bremsen, insbesondere Automobilbremsen vorteilhaft. Für Einsatzfälle, bei denen nicht so hohe Bremsleistungen gefordert werden, sind derartige Keramikträgerplatten zwar vorteilhaft, jedoch verhältnismäßig kostspielig .

Für Scheibenbremsen an Schienenfahrzeugen, insbesondere Eisenbahnfahrzeugen, sind die verwendeten Reibblöcke in ihren Abmessungen sehr viel größer. Die maximale Bremskraft ist

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jedoch im Hinblick auf den Reibbeiwert zwischen Rad und Schiene, der für den normalen Bremsvorgang der Reibpaarung Stahl/Stahl entspricht, begrenzt, so daß hier insgesamt die Belastung geringer ist als bei einem Kraftfahrzeug. Für Schienenfahrzeuge war es daher bisher üblich, die Reibblöcke als massiven Klotz aus Reibmaterial herzustellen, wobei lediglich auf der Rückseite zu Befestigungszwecken ein im Querschnitt schwalbenschwanzförmig gebogenes Metallblechprofil mit eingeformt war. Da diese Reibblöcke eine Dicke zwisehen 30 und 40 mm aufweisen, ergibt sich beim Bremsvorgang eine erhebliche Temperaturdifferenz zwischen der an der Bremsscheibe anliegenden Fläche und der der Bremsscheibe abgekehrten Rückenfläche des Reibblockes, so daß hier zwangsläufig aufgrund der unterschiedlichen Längendehnungen Verformungen auftreten. Diese führen zu erhöhter und ungleichmäßiger Abnutzung, so daß die Laufleistung verkürzt ist und ein derart ausgerüsteter Eisenbahnwaggon schon nach entsprechend geringer Kilometerleistung ausrangiert und mit neuen Bremsbelägen versehen werden muß.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für Scheibenbremsen, insbesondere Scheibenbremsen an Schienenfahrzeugen, einen Reibblock zu schaffen, durch den eine höhere Kilometerleistung erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der plattenförmige Trägerkörper aus einem Formteil aus einem Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminium-Druckgußlegierung besteht und daß die dem Reibmaterialblock zugekehrte Fläche des Formteils mit einer dünnen, im Plasmaspritzverfahren aufgebrachten Beschichtung aus einem keramischen Material versehen ist. Ein derartiger Reibblock hat den Vorteil, daß insbesondere für Reibblöcke an Schienenfahrzeugen mit einem verhältnismäßig dünnen plattenförmigen Trägerkörper gearbeitet werden kann, so daß unter Berücksichtigung der vorgeschriebenen Gesamtdicke des Reibblockes ein verhältnismäßig dünner Trägerkörper verwendet werden kann und damit

ein hohes Verschleißvolumen für das Reibmaterial zur Verfügung steht. Die Dicke des plattenförmigen Trägerkörpers entspricht hierbei in etwa der vorgeschriebenen Restdicke für einen derartigen Reibblock, so daß das gleiche Verschleißvolumen bis bisher zur Verfügung steht. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Reibblockes besteht jedoch darin, daß die dünne Beschichtung aus keramischen Material als Wärmeisolierung dient und insbesondere zu Beginn des Bremsvorganges eine schnelle Wärmeabfuhr über die Rückenfläche des Reibblockes verhindert. Hierdurch wird erreicht, daß sich das Reibmaterial, das insbesondere bei Reibblöcken für Eisenbahn-Scheibenbremsen eine erhebliche Dicke aufweist, zu Beginn des Bremsvorganges innerhalb kürzester Zeit aufwärmt und praktisch über die gesamte Dicke die gleiche Temperatur annimmt. Überraschend hat sich nun gezeigt, daß bei einem Formteil aus Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminium-Druckgußlegierung, sich eine dauerhafte Verbindung mit der keramischen Beschichtung ergibt. Durch das Auftragen im Plasmaspritzverfahren, bei dem das keramischen Material schmelz-

20. flüssig, zumindest teigig und mit hoher Temperatur auf die zu beschichtende Oberfläche auftrifft und in das Leichtmetall "einbrennt", ist eine dauerhafte Verbindung zwischen dem keramischen Material und dem Leichtmetall gewährleistet. Die Verbindung zwischen der keramischen Beschichtung und dem Formteil aus Leichtmetall ist hierbei so fest, daß die keramisch beschichtete Fläche in der üblichen Weise vorbehan^ delt und dann das Reibmaterial aufgepreßt werden kann. Von Vorteil ist hierbei ferner, daß die üblicherweise verwendeten Reibmaterialien und Leichtmetalle, insbesondere Aluminium-Druckgußlegierungen, in etwa den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, so daß hier in Verbindung mit der als thermische Isolierung dienenden keramischen Beschichtung das gefürchtete Abheben der Endkanten im Einlauf- bzw. Auslaufbereich bei großformatigen Reibblöcken, wie sie für Scheibenbremsen an Schienenfahrzeugen Verwendung finden, vermieden wird. Die Herstellung des Formteils in Aluminium-Druckgußtechnik hat den Vorteil, daß praktisch jede gewünschte Formgebung möglich ist, so daß sowohl seitliche Ösen ange-

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bracht werden können, wie dies beispielsweise für Scheibenbremsen an Krafträdern notwendig ist, oder aber auch im Querschnitt schwalbenschwanzförmige Stege auf der Rückenfläche angeformt werden können.

Keramisches Material im Sinne der Erfindung bezieht sich hier insbesondere auf solche Materialien, aus denen dichte Hartkeramiken herstellbar sind, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung Steatit vertrieben werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die mit der Beschichtung zu versehende metallische Oberfläche des Formteils eine rauhe Oberflächenstruktur aufweist. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß die Rauhtiefe der Oberflächenstruktur maximal 0,6 mm, vorzugsweise bis 0,4 mm beträgt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die im Plasmastrahl hoch aufgeheizten Keramikpartikel tief in die Metalloberfläche "einbrennen" können und somit die keramische Beschichtung so fest veran-

2Q kert ist, daß sie weder durch Stoßbeanspruchung noch durch die im Betrieb möglichen Biegebeanspruchungen abplatzen kann.

In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die aufgespritzte keramische Beschichtung eine Dicke von 0,05 bis 0,6 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,4 mm aufweist. In überraschender Weise hat sich gezeigt, daß trotz der geringen Dicke der keramischen Beschichtung die wärmeisolierende Wirkung, wie sie beispielsweise für Scheibenbremsen an Schienenfahrzeugen, insbesondere an Eisenbahnfahrzeugen, aber auch an Krafträdern notwendig ist, ausreicht, um eine einwandfreie Anlage der Reibfläche des Reibblockes an der Reibfläche der Bremsscheiben in allen Phasen des Bremsvorganges zu bewirken, wie sie insbesondere bei wiederholten Bremsungen erforderlich ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Formteil auf seiner beschichteten Seite am Rand mit einem wenigstens über Teilbereiche umlaufenden Steg versehen ist.

Durch diesen Steg ist gewährleistet, daß das auf die beschichtete Fläche des Formteils aufgepreßte Reibmaterial zusätzlich formschlüssig gehalten wird. Der Steg am Rand des Formteils kann hierbei über den gesamten Umfang durchgehend sein, oder aber unterbrochen sein, so daß hier mehrere kurze Stege mit dazwischenliegenden Unterbrechungen am Rand vorhanden sind.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei der Anordnung mehrerer am Rand im Abstand aufeinanderfolgender Stege diese krallenförmig, vorzugsweise nach innen, eingebogen sind. Der besondere Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß bei der Herstellung des Formteils im Druckgußverfahren die Stege zunächst, bezogen auf die Ebene der Fläche, senkrecht verlaufen und damit einwandfrei ausgeformt werden können. Anschließend werden die Stege in einem zweiten Arbeitsgang umgebogen. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die freie Kante der Stege einseitig angeschrägt ist, so daß durch einen einfachen Druckvorgang das Einbiegen durchgeführt werden kann.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist für die Anwendung an Eisenbahn-Scheibenbremsen vorgesehen, daß das Formteil auf seiner Rückseite mit einem in der Querschnittskontur in etwa schwalbenschwanzförmigen Befestigungssteg versehen ist. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn auf der Vorderseite das Formteil im Bereich des Befestigungssteges mit einer Vertiefung versehen ist. Dies hat den Vorteil, daß das Formteil über die gesamte Fläche die gleiche Materialdicke aufweist, also Materialanhäufungen vermieden werden, die unter Temperatureinfluß zu unterschiedlichen Verformungen führen würden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß beim Aufpressen des Reibmaterials dieses in die Vertiefung eingepreßt wird und damit eine einwandfreie formschlüssige Verbindung zwischen dem aufgepreßten und ausgehärteten Reibmaterial einerseits und dem Formteil andererseits geschaffen wird, die hohe Scherkräfte zwischen Reibmaterial und Formteil zu übertragen vermag. In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung

der Erfindung ist an Reibblöcken für Eisenbahn-Scheibenbremsen ferner vorgesehen, daß an der im Einlauf- bzw. Auslaufbereich der zugeordneten Bremsscheibe liegenden Spitze das Formteil eine Durchgangsbohrung aufweist, durch die das Reibmaterial hindurchgepreßt ist. Durch diese Maßnahme wird eine feste, formschlüssige Verbindung zwischen dem Formteil und dem Reibblock in dem Bereich bewirkt, so daß sich unter dem Temperatureinfluß des Bremsvorganges diese Spitze oder nur sehr wenig von der Bremsscheibe abheben kann und die hierdurch bewirkten Nachteile praktisch vermieden werden.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf einen Teil einer

Bremsscheibe einer Eisenbahnbremse und die hierzu gehörige Anordnung mit zwei symmetrisch paarweise angeordneten Reibblöckenauf einer Seite der Bremsscheibe,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Formteil gem. Fig. mit aufgepreßtem Reibmaterial,

Fig. 3 eine Aufsicht auf ein Formteil eines Reibblocks gem. Fig. 2.

Wie Fig. 1 zeigt, liegen an einer Bremsscheibe 1 auf einer Seitenfläche spiegelbildlich zueinander zwei Reibblöcke und 3, denen auf der anderen Seite der Bremsscheibe 1 in entsprechender Anordnung wiederum zwei Reibblöcke zugeordnet sind, die über die hier nicht näher dargestellten Zange beim Anlegen der Bremse auf die Reibfläche der Bremsscheibe 1 gepreßt werden. Die Reibblöcke 2 und 3 sind jeweils über einen Steg 4, der eine in etwa schwalbenschwanzförmige Kontur aufweist, an der Zange festgelegt.

Wie die Schnittdarstellung in Fig. 2 zeigt, bestehen die Reibblöcke 2 und 3 jeweils aus einem Formteil 5, das in

Druckgußtechnik aus einer Aluminium-Druckgußlegierung hergestellt ist. Der Steg 4 mit seinem schwalbenschwanzförmigen Querschnitt ist hierbei an der Rückseite 6 des Formteils 5 angeformt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Formteil am Rand mit einem durchgehenden, umlaufenden Steg 7 versehen, der an seinem innenliegenden Rand sich in zusätzliche, stegförmige Vorsprünge 8 fortsetzt. Die stegförmigen Vorsprünge 8 sind auf ihrer stirnseitigen Außenfläche 9 nach außen hin abgeschrägt. Die linke Zeichnungsseite zeigt die Form der stegförmigen Vorsprünge 8 nach dem Auslösen aus der Druckgußform. Auf der rechten Seite der Zeichnung ist die Form der stegförmigen Vorsprünge 8 dargestellt, nachdem diese durch einen zusätzlichen Verformungsprozeß, beispielsweise durch Aufdrücken einer Druckplatte 9 nach innen krallenartig eingebogen sind.

Die Abschrägung der Stirnfläche 9 wird somit immer auf der der Einbiegerichtung abgekehrten Seite angeordnet. Anstelle der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, bei der ein durchlaufender Randsteg 7 und darauf aufgesetzte stegförmige Vorsprünge 8 vorgesehen sind, ist es auch möglich, den durchlaufenden Rand ganz oder teilweise wegzulassen und nur stegförmige Vorsprünge 8 im Randbereich anzuordnen.

Im Bereich des auf der Rückseite 6 angeordneten Befestigungssteges 4 ist im Formteil eine im wesentlichen rechteckige Ausnehmung 11 eingeformt, die so bemessen ist, daß das Formteil durchgehend in etwa die gleiche Materialdicke aufweist.

Die Vorderfläche 12 des Formteils 5 wird entweder bereits beim Druckgußvorgang oder durch einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt mit einer rauhen Oberflächenstruktur versehen, die eine Rauhtiefe von maximal 0,6 mm, vorzugsweise höchsten der Dicke der aufzubringenden keramischen Beschichtung beträgt. Auf die Vorderfläche 12 wird dann im Plasmaspritzverfahren eine keramische Beschichtung 13 mit einer Dicke von etwa 0,2 bis 0,3 mm aufgebracht, wobei die heiß aufgespritzten Keramikpartikel aufgrund der rauhen Oberflächen-

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Struktur in das Druckgußaluminium "einbrennen" können und hierbei eine feste, praktisch abriebfeste und auch bei Stoß- und Biegebeanspruchungen nicht abplatzende Beschichtung ergeben. Die keramische Beschichtung 13 erstreckt sich bis in die Vertiefung 11.

Auf das so vorbehandelte Formteil 5 wird dann in üblicher Weise nach entsprechender Vorbehandlung der Oberfläche durch einen Primer und/oder Kleber das Reibmaterial 14, hier durch die dicke strichpunktierte Linie dargestellt, aufgepreßt. Das Reibmaterial wird anschließend ausgehärtet.

Die Aufsicht in Fig. 3 auf das Formteil 5 zeigt dieses vor dem Aufpressen des Reibmaterials und läßt die Anordnung der stegförmigen Vorsprünge 8 (vor dem oben geschilderten Ein-Biegevorgang) erkennen. Das Formteil 5 ist an der je nach Drehrichtung der Bremsscheibe 1 definierten Einlauf- bzw. Auslaufkante 15 (vgl. Fig. 1), mit einer durchgehenden Ausnehmung 16 versehen, durch die beim Aufpressen das Reibmaterial hindurchgepreßt wird, so daß zusätzlich zu der Verankerung durch die stegförmigen Vorsprünge 8 eine formschlüssige Verbindung zwischen Reibmateric.i und Formteil

fixiert ist und somit ein Abheben unter Temperatureinfluß während des Bremsvorganges in diesem kritischen Bereich vermieden ist.

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Claims

10 Ansprüche:

1. Reibblock für eine Scheibenbremse mit einem plattenförmigen Trägerkörper aus Metall, mit dem ein Reibmaterialblock verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Trägerkörper aus einem Formteil (5) aus einem Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminium-Drucklegierung, besteht, und daß die dem Reibmaterialblock (14) zugekehrte Fläche (12) des Formteils (5) mit einer dünnen, im Plasmaspritzverfahren aufgebrachten Beschichtung (13) aus einem keramischen Material versehen ist.

2. Reibblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der keramischen Beschichtung (13) zu versehene metallische Oberfläche (12) des Formteils (5) eine rauhe Oberflächenstruktur aufweist.

3. Reibblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhtiefe der Oberflächenstruktur maximal der Dicke der

2Q keramische Beschichtung (13) entspricht, und vorzugsweise bis 0,4 mm beträgt.

4. Reibblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgespritzte keramische Materialschicht (13) eine Dicke von 0,05 bis 0,6 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,4 mm aufweist.

5. Reibblock nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (5) auf seiner beschichteten Seite (12) am Rand mit einem wenigstens über Teilbereiche umlaufenden Steg (7, 8) versehen ist.

6. Reibblock nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Abstand zueinander angeordneten stegförmigen Vorsprüngen (8) krallenartig, vorzugsweise nach innen eingebogen sind.

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7. Reibblock nach einem der Ansprüche 1 bis 6, für Eisenbahn-Scheibenbremsen, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (5) auf seiner Rückseite mit einem im Querschnitt in etwa schwalbenschwanzförmigen Befestigungssteg (4) versehen ist.

8. Reibblock nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (5) auf seiner Vorderseite im Bereich des Befestigungssteges (4) mit einer diesem in etwa entsprechenden Vertiefung (11) versehen ist.

9. Reibblock nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der im Einlauf- bzw. Auslaufbereich der zugehörigen Bremsscheibe (1) liegenden Spitze (15) das Formteil (5) eine Durchgangsbohrung (16) aufweist, durch die das Reibmaterial hindurchgepreßt ist.

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