EP3137785A1 - Reibbelag für industriebremsen und antriebselemente sowie ein verfahren zur herstellung eines reibbelages für industriebremsen und antriebselemente - Google Patents

Reibbelag für industriebremsen und antriebselemente sowie ein verfahren zur herstellung eines reibbelages für industriebremsen und antriebselemente

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EP3137785A1
EP3137785A1 EP15730950.1A EP15730950A EP3137785A1 EP 3137785 A1 EP3137785 A1 EP 3137785A1 EP 15730950 A EP15730950 A EP 15730950A EP 3137785 A1 EP3137785 A1 EP 3137785A1
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EP
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friction
layer
friction lining
carrier layer
drive elements
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Withdrawn
Application number
EP15730950.1A
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English (en)
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Inventor
Vera RÜHRUP
Frank Steinhauer
Thorsten Weyel
Christian Spandern
Daniel MEISSNER
Stefan Löhr
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D2250/00—Manufacturing; Assembly
    • F16D2250/0038—Surface treatment

Definitions

  • the invention relates to a friction lining for Industhebremsen and drive elements with a two-layer structure, wherein a friction layer is connected to a carrier layer, and a method for producing a two-ply friction lining.
  • Friction linings in industrial brakes and industrial drive elements serve to hold a static load (holding brakes), to brake a rotational movement (dynamic brakes) or to adjust relative movements (couplings).
  • a two-layer friction material is known, which consists of a fibrous base material.
  • This fibrous base has a first layer and a second layer which are bonded together during a papermaking wet process.
  • a first layer of friction material is formed, which comprises fibers and / or fillers and / or friction particles.
  • a second layer of friction material also includes fibers and / or fillers and / or friction parts and is formed on top of the first layer.
  • Such a friction material is particularly suitable for use in modern transmission systems and brake systems in the automotive industry, where it is preferably used in wet clutch systems.
  • DE 10 201 1 000 720 A1 discloses a friction brake for elevators with improved damping properties, in which a fork-like brake lining comprises a rail during a braking operation.
  • the brake lining is there formed with a single layer.
  • Damping elements are arranged laterally next to the brake pads, which largely prevent grinding of the brake pads in the released state of the brake on the rail,
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a friction lining for industrial brakes and industrial drive elements, which has good frictional properties and largely prevented Reibreteinbrüche and / or increased wear of the industrial brake.
  • the object is achieved in that the carrier layer is formed own spring and the friction layer and / or the carrier layer consist of a plastic-elastomer composite.
  • the carrier layer comprises 10% to 40% elastomer, 0% to 20% resins and 40% to 80% fillers, while the friction layer comprises 0% to 25% elastomer, 5% to 30% resins and 45% contains up to 70% fillers and additives.
  • This composition of the respective plastic elastomer composite for carrier layer or friction layer fulfills the properties imposed on it when using friction linings for industrial brakes and drive elements, such as industrial couplings.
  • the elastomer of the carrier layer is a rubber.
  • Such a rubber preferably an SBR rubber (styrene-butadiene rubber) has a particularly good resilience in the application.
  • the carrier layer in the finished state of the friction lining has a Shore hardness of not more than 100 ShD. By means of this maximum hardness, it is ensured that the carrier layer has sufficient inherent resilience. The ideal hardness depends on the application, the contact pressure and the friction layer used.
  • the carrier layer has a shear strength of at least 1 N / mm 2 in the finished state of the friction lining. By means of this shear strength a high load capacity of the carrier layer against shearing is ensured in the forces occurring during the braking process.
  • the friction layer has grooves. By means of such grooves, the individual segments of the friction layer are decoupled and can each align ideally, which entails a better torque transmission through the friction lining.
  • the friction layer is partially or completely separated by the grooves.
  • a development of the invention relates to a method for producing a two-ply friction lining for industrial brakes and drive elements, in which a friction layer is connected to a carrier layer.
  • the friction layer or the self-springing carrier layer to be formed is produced in a pre-pressing process as a semi-finished part, to which a granulate-like base material of the carrier layer or the friction layer is applied, which is hot-pressed with the semi-finished part.
  • a stable friction lining for industrial brakes and drive elements can be produced.
  • the friction layer or the carrier layer is hot or cold pressed or rolled and punched out to produce the semi-finished part. This procedure can be selected depending on the application.
  • both backing layer and friction layer are produced as a semi-finished part and then joined together in a hot pressing process.
  • a further development of the invention relates to a method for producing a two-layer friction lining for industrial brakes and drive elements, in which a friction layer is connected to a carrier layer.
  • the friction layer and the self-springing carrier layer to be formed are manufactured separately from each other as a semi-finished part, wherein the hardened semi-finished parts are then glued.
  • Fig. 2 is a plan view of the friction layer of the friction lining according to the invention.
  • a friction lining 1 in Fig. 1, is shown, which is annular.
  • the friction lining 1 consists of two layers, a friction layer 2 and a carrier layer 3, which may also be referred to as an underlay.
  • the two-layer friction lining 1 is mounted in the application on the carrier layer 3 on a rigid rotor of the industrial brake or the drive element, such as a clutch.
  • the friction layer 2 is a plastic-elastomer composite that ranges from 0% to 25%
  • Elastomer in the form of rubber and 5% to 30% resins. It has filler proportions between 45% and 70%.
  • the plastic-elastomer composite composing the carrier layer 3 is a composite of SBR rubber, the proportion of which is between 10% to 40%. In addition, between 0% to 20% resins and 40% to 80% fillers are contained.
  • the carrier layer 3 in the finished state has a hardness of not more than 80 ShD, preferably less than 60 ShD, in order to ensure adequate inherent resilience of the carrier layer. The ideal hardness depends on the application, the contact pressure and the friction layer used.
  • the carrier layer 3 has a shear strength which is adapted according to the shear and rotational forces occurring in the application, but is above 1 N / mm 2 , preferably above 2 N / mm 2 . Both layers 2, 3 are adapted to each other so that they can be securely connected together.
  • the friction layer 2 has grooves 4 at regular intervals on its surface, which grooves penetrate the friction layer 2 approximately completely in the depth.
  • the groove base 5 is narrower than the opening of the groove 4 on the surface of the friction layer 2.
  • the friction lining 1 described can be produced as follows.
  • the carrier layer 3 is hot-pressed or cold-pressed.
  • the carrier layer 3 can be rolled and punched out.
  • the carrier layer 3 thus produced as a semi-finished part is pressed with a ready-mixed mixture for the friction layer 2 in a hot press.
  • the ready mix for the friction layer 2 consists of a granulate-like base material.
  • the friction layer 2 may be hot pressed or cold pressed or rolled and punched out of the granule-like base material and thus formed into a semi-finished part.
  • the friction layer 2 and the carrier layer 3 can be braced, conically braced or loosely cured.
  • the friction layer 2 and the carrier layer 3 can be produced separately from one another as semi-finished parts and hot-pressed directly together.
  • the semi-finished parts can also be cured and then glued together.
  • the double-layered friction linings 1 can be produced with defined thickness ratios between the friction layer 2 and the carrier layer 3.
  • a secure connection between the two layers 2, 3 ensured by joining or direct compression of the materials.
  • the resulting friction linings 1 have a sufficiently small plate to be able to use them easily in existing manufacturing processes of industrial brakes can.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reibbelag für Industriebremsen und Antriebselemente mit einem zweischichtigen Aufbau, wobei eine Reibschicht (2) mit einer Trägerschicht (3) verbunden ist. Bei einem Reibbelag, welcher für Industrieanwendungen besonders geeignet ist, ist die Trägerschicht (3) eigenfedernd ausgebildet und die Reibschicht (2) und/oder die Trägerschicht (3) sind aus einem Kunststoff-Elastomer-Komposit hergestellt.

Description

Reibbelag für Industriebremsen und Antriebselemente sowie ein Verfahren zur
Herstellung eines Reibbelages für Industriebremsen und Antriebselemente
Die Erfindung betrifft einen Reibbelag für Industhebremsen und Antriebselemente mit einem zweischichtigen Aufbau, wobei eine Reibschicht mit einer Trägerschicht verbunden ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines zweilagigen Reibbelages.
Reibbeläge in Industriebremsen und industriellen Antriebselementen, wie Kupplungen, dienen dazu, eine statische Last zu halten (Haltebremsen), eine Drehbewegung ab- zubremsen (dynamische Bremsen) oder Relativbewegungen anzugleichen (Kupplungen). Aus der DE 697 26 641 T2 ist ein zweischichtiges Reibungsmaterial bekannt, welches aus einem faserigen Grundstoff besteht. Dieser faserige Grundstoff weist eine erste Schicht und eine zweite Schicht auf, die während eines Papierherstellungs- Nassverfahrens miteinander verbunden werden. Dabei wird eine erste Schicht aus Reibungsmaterial gebildet, das Fasern und/oder Füllstoffe und/oder Reibungsteilchen umfasst. Eine zweite Schicht aus Reibungsmaterial umfasst ebenfalls Fasern und/oder Füllstoffe und/oder Reibungsteile und wird oben auf der ersten Schicht gebildet. Ein solches Reibungsmaterial ist besonders geeignet zur Anwendung in modernen Getriebesystemen und Bremssystemen in der Kraftfahrzeugindustrie, wo es vorzugsweise in nassen Kupplungssystemen eingesetzt wird.
Im Gegensatz zu Automotiv-Anwendungen werden bei Industrieanlagen die Reibbeläge direkt auf einen starren Rotor fixiert. Dieser besteht typischerweise aus Metall oder faserverstärkten Kunststoffen. Nachteilig ist dabei, dass der Reibbelag nicht in allen Anwendungsfällen im optimalen Kontakt zum Gegenläufer steht. Hohe Reibwerte und hohe Verschleißbeständigkeiten können bei solchen Einsatzfällen nur mit sehr harten Materialien realisiert werden. Die Folge ist eine lokale Überhitzung des Reibbelages und damit verbundene Reibwerteinbrüche, erhöhter Verschleiß und gegebenenfalls Geräusch- und Geruchsentwicklung.
Aus der DE 10 201 1 000 720 A1 ist eine Reibungsbremse für Aufzüge mit verbesser- ten Dämpfungseigenschaften bekannt, bei welcher ein gabelähnlich ausgebildeter Bremsbelag bei einem Bremsvorgang eine Schiene umfasst. Der Bremsbelag ist da- bei einlagig ausgebildet. Seitlich neben den Bremsbelägen sind Dämpfungselemente angeordnet, die ein Schleifen der Bremsbeläge im gelösten Zustand der Bremse an der Schiene weitgehend unterbinden,
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Reibbelag für Industriebremsen und industrielle Antriebselemente anzugeben, der gute Reibeigenschaften aufweist und Reibwerteinbrüche und/oder erhöhten Verschleiß der Industriebremse weitgehend verhindert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Trägerschicht eigenfedernd ausgebildet ist und die Reibschicht und/oder die Trägerschicht aus einem Kunststoff-Elastomer-Komposit bestehen. Durch diese zweilagige Ausbildung erfolgt eine Funktionstrennung des Reibbelages, wobei die Trägerschicht die Eigenfederung gegenüber dem starren Rotor übernimmt und die Reibschicht die guten Reibeigenschaften realisiert. In beiden Fällen erlaubt die Verwendung eines Kunststoff- Elastomer-Komposits, dass die Reibschicht neben dem hohen Reibwert auch eine ge- ringe Verschleißrate aufweist, während die Trägerschicht eine möglichst gute Federung mit sich bringt. Durch die eigenfedernde Ausgestaltung der Trägerschicht kann auf zusätzliche Dämpfungselemente verzichtet werden.
Vorteilhafterweise weist die Trägerschicht 10% bis 40% Elastomer, 0% bis 20% Harze und 40% bis 80% Füll- bzw. Zusatzstoffe auf, während die Reibschicht aus 0% bis 25% Elastomer, 5% bis 30% Harze und 45% bis 70% Füll- und Zusatzstoffe enthält. Diese Zusammensetzung des jeweiligen Kunststoff-Elastomer-Komposits für Trägerschicht bzw. Reibschicht erfüllt die an diese gestellten Eigenschaften beim Einsatz von Reibbelägen für Industriebremsen und Antriebselementen, wie industriellen Kupplungen. In einer Ausgestaltung ist das Elastomer der Trägerschicht ein Kautschuk. Ein solcher Kautschuk, vorzugsweise ein SBR-Kautschuk (Styrol-Butadien-Kautschuk) wirkt in der Anwendung besonders gut federnd.
In einer Variante weist die Trägerschicht im fertigen Zustand des Reibbelages eine Shore-Härte von maximal 100 ShD auf. Mittels dieser maximalen Härte wird sicherge- stellt, dass die Trägerschicht eine ausreichende Eigenfederung besitzt. Die ideale Härte hängt vom Anwendungsfall, der Anpresskraft und der verwendeten Reibschicht ab. ln einer weiteren Ausführungsform weist die Trägerschicht im fertigen Zustand des Reibbelages eine Scherfestigkeit von mindestens 1 N/mm2 auf. Mittels dieser Scherfestigkeit ist eine hohe Belastungsfähigkeit der Trägerschicht gegenüber Abscheren bei den beim Bremsvorgang auftretenden Kräften gewährleistet. In einer Ausführungsform weist die Reibschicht Nuten auf. Mittels solcher Nuten werden die einzelnen Segmente der Reibschicht entkoppelt und können sich jeweils ideal ausrichten, was eine bessere Momentenübertragung durch den Reibbelag nach sich zieht.
Vorteilhafterweise ist die Reibschicht durch die Nuten teilweise oder vollständig ge- trennt. Je größer die Trennung der Reibschicht durch die Nuten ist, umso besser erfolgt eine Entkopplung der Segmente der Reibschicht.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zweilagi- gen Reibbelages für Industriebremsen und Antriebselemente, bei welchem eine Reibschicht mit einer Trägerschicht verbunden wird. Bei einem Verfahren wird die Reib- schicht oder die eigenfedernd auszubildende Trägerschicht in einem Vorpressvorgang als Halbfertigteil hergestellt, auf welches ein Granulat ähnliches Grundmaterial der Trägerschicht oder der Reibschicht aufgebracht wird, das mit dem Halbfertigteil heißverpresst wird. Mittels dieser Vorgehensweise lässt sich ein stabiler Reibbelag für Industriebremsen und Antriebselemente herstellen. Vorteilhafterweise wird zur Herstellung des Halbfertigteiles die Reibschicht oder die Trägerschicht heiß oder kalt gepresst oder gewalzt und ausgestanzt. Dieses Vorgehen lässt sich je nach Anwendungsfall auswählen.
In einer Alternative werden sowohl Trägerschicht als auch Reibschicht als Halbfertigteil hergestellt und anschließend in einem Heißpressverfahren miteinander verbunden. Eine weitere Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zweilagigen Reibbelages für Industriebremsen und Antriebselemente, bei welchen eine Reibschicht mit einer Trägerschicht verbunden wird. Bei einem solchen Verfahren werden die Reibschicht und die eigenfedernd auszubildende Trägerschicht separat voneinander als Halbfertigteil gefertigt, wobei die ausgehärteten Halbfertigteile an- schließend verklebt werden. Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reibbelages,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Reibschicht des erfindungsgemäßen Reibbelages.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reibbelages 1 dargestellt, welcher kreisringförmig ausgebildet ist. In der Seitenansicht ist erkennbar, dass der Reibbelag 1 aus zwei Schichten, einer Reibschicht 2 und einer Trägerschicht 3, welche auch als Underlayer bezeichnet werden kann, besteht. Der zweilagige Reibbelag 1 wird im Anwendungsfall über die Trägerschicht 3 auf einen starren Rotor der Industriebremse oder des Antriebselementes, beispielsweise einer Kupplung, montiert. Die Reibschicht 2 ist ein Kunststoff-Elastomer-Komposit, dass aus 0% bis 25%
Elastomer in Form von Kautschuk und 5% bis 30% Harze besteht. Es weist Füllstoffanteile zwischen 45% und 70% auf.
Das Kunststoff-Elastomer-Komposit, aus welchem die Trägerschicht 3 besteht, ist ein Verbundwerkstoff aus einem SBR-Kautschuk, dessen Anteil zwischen 10% bis 40% beträgt. Zusätzlich sind zwischen 0% bis 20% Harze und 40% bis 80% Füllstoffe ent- halten. Die Trägerschicht 3 weist im fertigen Zustand eine Härte von maximal 80 ShD, bevorzugt weniger als 60 ShD, auf, um eine ausreichende Eigenfederung der Trägerschicht zu gewährleisten. Die ideale Härte hängt vom Anwendungsfall, der Anpresskraft und der verwendeten Reibschicht ab. Die Trägerschicht 3 weist eine Scherfestigkeit auf, die entsprechend dem im Anwendungsfall auftretenden Scher- und Ro- tationskräften angepasst wird, jedoch über 1 N/mm2, bevorzugt über 2 N/mm2, liegt. Beide Schichten 2, 3 sind so aneinander angepasst, dass sich diese sicher miteinander verbinden lassen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist die Reibschicht 2 in gleichmäßigen Abständen auf ihrer Oberfläche Nuten 4 auf, welche die Reibschicht 2 annähernd vollständig in der Tie- fe durchdringen. Dabei ist der Nutgrund 5 schmaler ausgebildet als die Öffnung der Nut 4 an der Oberfläche der Reibschicht 2. Dadurch werden die Segmente 6 der Reibschicht 2, wie die Teile der Reibschicht 2 zwischen den Nuten 4 bezeichnet werden, entkoppelt und können sich so ideal ausrichten.
Der beschriebene Reibbelag 1 kann wie folgt hergestellt werden. In einer ersten Ausführung wird die Trägerschicht 3 heißgepresst oder kaltgepresst. Alternativ kann die Trägerschicht 3 gewalzt und ausgestanzt werden. Anschließend, gegebenenfalls nach einem Schleifen, wird die so als Halbfertigteil hergestellte Trägerschicht 3 mit einer Fertigmischung für die Reibschicht 2 in einer Heißpresse verpresst. Die Fertigmischung für die Reibschicht 2 besteht dabei aus einem Granulat ähnlichem Grundmaterial. In einer Alternative kann als erstes die Reibschicht 2 aus dem Granulat ähnlichen Grundmaterial heißgepresst oder kaltgepresst oder gewalzt und ausgestanzt werden und so zu einem Halbfertigteil ausgebildet werden. Nach einem eventuellen Schleifvorgang wird eine Granulat ähnliche Fertigmischung der Trägerschicht 3 in der Heißpresse mit dem Halbfertigteil der Reibschicht 2 verpresst. Dabei können die Reib- schicht 2 und die Trägerschicht 3 verspannt, konisch verspannt oder lose ausgehärtet werden.
In einer weiteren Alternative können die Reibschicht 2 und die Trägerschicht 3 separat voneinander als Halbfertigteile hergestellt und direkt miteinander heißverpresst werden. Die Halbfertigteile können auch ausgehärtet und anschließend miteinander ver- klebt werden.
Aufgrund dieses Fertigungsprozesses wird sichergestellt, dass die doppellagigen Reibbeläge 1 mit definierten Dickenverhältnissen zwischen Reibschicht 2 und Trägerschicht 3 hergestellt werden können. Darüber hinaus wird eine sichere Verbindung zwischen den beiden Schichten 2, 3 durch Fügen oder direktes Verpressen der Mate- rialien gewährleistet. Die so entstandenen Reibbeläge 1 weisen eine ausreichend kleine Tellerung auf, um diese in bestehenden Fertigungsprozessen von industriellen Bremsen problemlos einsetzen zu können.
Die vorgestellte Lösung zeigt Reibbeläge mit doppellagigem Aufbau und genuteter Reibschicht für hohe dynamische und statische Reibwerte und gute Eigenfederungs- eigenschaften sowie einer verringerten Geräuschentwicklung zur Verwendung in industriellen Bremsen und Antriebselementen. Bezuqszeichenliste Reibbelag
Reibschicht
Trägerschicht
Nut
Nutgrund
Segment

Claims

Patentansprüche
1 . Reibbelag für Industriebremsen und Antriebselemente mit einem zweischichti- gen Aufbau, wobei eine Reibschicht (2) mit einer Trägerschicht (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (3) eigenfedernd ausgebildet ist und die Reibschicht (2) und/oder die Trägerschicht (3) aus einem Kunst- stoff-Elastomer-Komposit bestehen .
Reibbelag nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (3) 10% bis 40% Elastomer, 0% bis 20% Harze und 40% bis 80% Füllstoffe aufweist, während die Reibschicht (2) 0% bis 25% Elastomer, 5% bis 30% Harze und 45% bis 70% Füllstoffe enthält.
Reibbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Elastomer der Trägerschicht (3) ein Kautschuk ist.
Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (3) im fertigen Zustand des Reibbelages (1 ) eine Shore- Härte von maximal 100 ShD aufweist.
Reibbelag nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (3) im fertigen Zustand des Reibbelages (1 ) eine Scherfestigkeit von mindestens 1 N/mm2 aufweist.
Reibbelag nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschicht (2) Nuten (4) aufweist.
7. Reibbelag nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschicht (2) durch die Nuten (4) teilweise oder vollständig getrennt ist. Verfahren zur Herstellung eines zweilagigen Reibbelages für Industnebremsen und Antriebselemente, bei welchem eine Reibschicht (2) mit einer Trägerschicht (3) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschicht (2) oder die eigenfedernd auszubildende Trägerschicht (3) in einem Vorpressvor- gang als Halbfertigteil hergestellt wird, auf welches ein Granulat ähnliches Grundmaterial der Trägerschicht (3) oder der Reibschicht (2) aufgebracht wird, das mit dem Halbfertigteil heißverpresst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Halbfertigteiles die Reibschicht (2) oder die Trägerschicht (3) heiß oder kalt ge- presst oder gewalzt und ausgestanzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines zweilagigen Reibbelages für Industriebremsen und Antriebselemente, bei welchem eine Reibschicht (2) mit einer Trägerschicht (3) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschicht (2) und die eigenfedernd ausgebildete Trägerschicht (3) separat voneinander gefertigt werden und anschließend heiß verpresst oder verklebt werden.
EP15730950.1A 2014-04-28 2015-04-23 Reibbelag für industriebremsen und antriebselemente sowie ein verfahren zur herstellung eines reibbelages für industriebremsen und antriebselemente Withdrawn EP3137785A1 (de)

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DE102014207968 2014-04-28
DE102014213779 2014-07-16
PCT/DE2015/200274 WO2015165461A1 (de) 2014-04-28 2015-04-23 Reibbelag für industriebremsen und antriebselemente sowie ein verfahren zur herstellung eines reibbelages für industriebremsen und antriebselemente

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