ES2248578T3

ES2248578T3 - Disco de friccion multicapa con superficies de friccion ceramicas.

Info

Publication number: ES2248578T3
Application number: ES02748315T
Authority: ES
Inventors: Xaver Wirth
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2022-02-04
Also published as: WO2002070916A8; DE10110844A1; ATE305098T1; EP1368577A1; DE10110844C2; DE50204320D1; WO2002070916A1; EP1368577B1

Abstract

Procedimiento para producir un disco de fricción multicapa (1) con superficies de fricción (6) cerámicas, estando dispuesta la superficie de fricción (6) aislada en forma de una capa cerámica sobre un cuerpo básico (10) de material sintético reforzado con fibras, caracterizado porque el cuerpo básico (10) se produce en un procedimiento de prensado y con ello se dota, en la región de sus superficies de área básica (21, 22), de una multitud de diferentes superficies de área pequeña secundarias (23, 25), que penetran en el cuerpo básico (10) y porque sobre las superficies de área básica 821, 22) así preparadas se aplica en cada caso una capa exterior (40) y se une con el cuerpo básico (10) mediante unión a presión o revenido en caliente y, después de esto, se recubre con cerámica mediante un proceso de siliciado.

Description

Disco de fricción multicapa con superficies de fricción cerámicas.

La invención se refiere a un procedimiento para producir un disco de fricción multicapa con superficies de fricción cerámicas, estando dispuesta la superficie de fricción aislada en forma de una capa cerámica sobre un cuerpo básico de material sintético reforzado con fibras.

Del documento GB-A-2 148 187 se conoce un procedimiento para producir un disco de fricción multicapa conforme al concepto genérico.

En el caso del disco de fricción multicapa descrito en esta referencia bibliográfica se rascan por un lado el cuerpo básico y por otro lado las diferentes superficies de fricción, antes de que se unan entre sí las dos capas.

Del documento DE 44 38 455 C1 se conoce un procedimiento para producir un disco de fricción de este tipo. En el caso de este procedimiento se describe un cuerpo básico, que es un cuerpo de fibras de carbono impregnado con polímeros. El cuerpo básico se expone a una filtración de silicio para crear una capa exterior cerámico.

Una capa exterior producida de este modo tiene el inconveniente de que muchas fibras de carbón terminan en la superficie superior de las superficies de fricción activas. Debido a que estos extremos de fibra se oxidan a partir de la superficie de fricción en el caso de calentamientos muy intensos del disco de freno, se producen en la capa superficial de fricción exterior huecos de tipo tubo que, en el caso de un uso operativo prolongado, conducen a quebrantamientos en la capa exterior cerámica. Tales huecos conducen al menos a un mayor desgaste del revestimiento, cuando no incluso a una avería total.

Si se reduce la porción de fibras de carbono en la capa exterior mediante una diferente estructura de capa, se hace quebradiza la capa de fricción lo que a su vez favorece quebrantamientos de gran superficie, ya que la capa cerámica que se extiende más intensamente con relación al cuerpo básico presenta una menor cohesión.

La presente invención se ha impuesto la tarea de indicar un procedimiento para producir un disco de fricción multicapa conforme al concepto genérico, con el que sea posible configurar de tal modo la unión íntima entre el cuerpo básico y el recubrimiento cerámico, que las formaciones de grietas de tensión inevitables se desarrollen de forma controlada y controlable.

El problema es resuelto con ayuda de las particularidades de la reivindicación 1. Para esto se configura una juntura de separación definida entre el cuerpo básico y la capa exterior cerámica, teniendo la juntura de separación una superficie de área básica primaria sobre la cual, para configurar una superficie estructurada del cuerpo básico, están dispuestas varias superficies de área pequeña secundarias aisladas. Las superficies de área pequeña penetran aquí como elevaciones en el cuerpo básico.

El cuerpo básico se produce aquí por ejemplo mediante matrizado a partir de un material básico con elevada proporción de fibras. Sobre el material básico se aplica y une a presión un material, al que puede aplicarse cerámica, como capa exterior con reducida proporción de fibras o con fibras muy cortas. Dado el caso se prescinde también por completo de la proporción de fibras. La unión íntima de material preconfeccionada se somete a un proceso de siliciado.

Entre el material básico y la capa exterior se crea una juntura de separación especial, por ejemplo, mediante un proceso de prensado intermedio por cada lado de disco de fricción. La juntura de fricción se compone por ejemplo de un plano, una superficie llamada de área básica, en la que están dispuestas elevaciones topográficas. Estas elevaciones son normalmente las superficies, llamadas superficies de área pequeña, de cuerpos geométricos regulares como semiesferas, semielipsoides, conos, pirámides y similares. Preferentemente penetran en el cuerpo básico.

En una única superficie de área básica pueden estar integradas diferentes superficies de área pequeña. Las superficies de área pequeña también pueden tener cualquier curvatura espacial que se desee, en tanto que estas últimas no impidan el proceso de acabado o desmoldeado. Asimismo la superficie de área básica también puede ser una superficie espacial bombeada.

Mediante la configuración especial de la juntura de separación el cuerpo básico y las capas exteriores están engranados entre sí. En dirección radial y periférica se obtiene en la juntura de separación un acoplamiento por detrás de los diferentes materiales. Las dilataciones diferenciales térmicas conducen a continuación, en el caso de la fabricación entre las diferentes elevaciones o los cuerpos pequeños, a grietas de tensión no críticas, provocadas conscientemente. Estas grietas de tensión se producen normalmente en la región de la unión en cada caso más corta entre dos cuerpos pequeños adyacentes en las capas exteriores. Si se utilizan cuerpos pequeños con superficie exterior angulosa, las grietas discurren a causa del efecto de entalladura de las aristas específicamente, en cada caso, desde una de las aristas de un primer cuerpo pequeño hasta la arista situada más próxima de un segundo cuerpo pequeño. En el caso de comprobaciones de la formación de grietas de las superficies exteriores cerámicas - durante los trabajos de mantenimiento habituales - pueden diferenciarse las grietas causadas por el desgaste sin problemas de las grietas de tensión causadas por la fabricación y el material.

Se deducen otros detalles de la invención de las reivindicaciones subordinadas y de la siguiente descripción de una forma de ejecución representada esquemáticamente:

la figura 1: semicorte de un disco de fricción multicapa;

la figura 2: formación de grietas en el caso de superficies de área pequeña semiesféricas;

la figura 3: formación de grietas en el caso de superficies de área pequeña en forma de envuelta piramidal;

la figura 4: segmento de una matriz de cuerpo básico.

La figura 1 muestra un corte parcial de un disco de fricción multicapa (1) equipado con dos superficies de fricción (6). El disco de fricción (1) se compone fundamentalmente de un cuerpo básico (10) y dos capas de fricción (40) cerámicas aplicadas por ambos lados sobre el cuerpo básico (10). En el centro del disco de fricción (1) se encuentra un taladro (3) a través del cual se centra el disco de fricción (1), por ejemplo sobre un cubo de rueda, un muñón u otro segmento de rueda o axial de un vehículo aéreo o terrestre. Alrededor del taladro central (3) están dispuestos, en una distribución equidistante, varios taladros de montaje (4) para fijarse a las piezas de rueda o axiales citadas anteriormente.

El cuerpo básico (10) es según la figura 1 primariamente un disco de material macizo plano, que se produce por ejemplo en un proceso de prensado con material sintético reforzado con fibras. Para esto se introduce el material básico en forma de un polvo, un granulado o una pasta junto con fibras de carbón en una matriz de prensado. El fondo plano y el troquel plano de la matriz están equipados en cada caso con una plancha de estampado.

Un cuarto de segmento (50) de una plancha de estampado de este tipo está representado en la figura 4. La plancha de estampado tiene en la zona, en la que se encuentra la superficie de fricción (6) activa en el caso del producto final acabado, una multitud de diferentes elevaciones - designadas como cuerpos pequeños - en forma de pirámides rectas (31). Estas últimas tienen, por ejemplo, en cada caso una superficie básica hexagonal (24), véase la figura 3. La distancia entre dos pirámides (31) adyacentes se corresponde aquí con el diámetro de círculo inscrito perteneciente al contorno exterior hexagonal de la superficie básica. La altura de las diferentes pirámides (31) se corresponde por ejemplo con el diámetro del círculo inscrito de la superficie básica. Puede variar - al igual que las alturas de otros cuerpos pequeños - entre 2 y 10 mm.

La relación entre la distancia a y el diámetro de superficie básica d o el círculo inscrito de superficie básica está situada entre los factores 0 y 2 o puede definirse mediante

\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 a/d = 1  \div  3 | | 30º  \leq   \alpha   \leq 
120º.\cr}

Después del proceso de estampación el cuerpo básico (10) tiene en sus dos zonas de freno una superficie de área básica plana (21, 22), en la que se han insertado una multitud de superficies llamadas de área pequeña (23, 25). Una superficie de área pequeña (23) aislado es según la figura 4 la envuelta (23) de una pirámide (31). Según las figuras 1 y 2 los cuerpos pequeños también pueden ser semiesferas (32), cuyas superficies de área pequeña (259 semiesféricas penetran en el cuerpo básico (10). En el caso de todos los cuerpos pequeños (31, 32) puede pensarse en aplanamientos paralelos a superficies básicas.

La suma de todas las superficies de área pequeña (23, 25) de un lado del disco de fricción produce, junto con la superficie de área básica (24, 26) correspondiente, una juntura de separación (20). La juntura de separación (20) tiene mediante la estructuración con relación a una superficie desestructurada, en el caso del uso de cuerpos pequeños (32) semiesféricos, un crecimiento superficial de aproximadamente el 28% y, en el caso de usarse cuerpos pequeños piramidales (31), de aproximadamente el 31%.

Las dos junturas de separación (20) están representadas en la figura 1 sólo a modo de ejemplo sobre un disco de fricción (1) aislado.

Sobre las respectivas superficies de área básica (21, 22) se aplican a continuación las capas exteriores (40) y se unen a presión con el cuerpo básico (10) o se revienen en caliente. El grosor de pared de la capa exterior unida a presión es por ejemplo de 0,5 - 3,0 mm.

En un proceso de siliciado a continuación se revisten de cerámica al menos las capas exteriores (40). Durante el proceso de enfriamiento se contrae la respectiva capa exterior cerámica (40) más intensamente que el cuerpo básico de cerámico (10) reforzado con fibras. Debido a que las capas exteriores (40) están engranadas correctamente con el cuerpo básico (10) mediante la configuración especial de la juntura de separación (20), se produce partiendo de los cuerpos pequeños (31, 32) un modelo de agrietamiento en gran medida regular, véanse las figuras 2 y 3. Aquí se han representado a trazos, en cada caso a través de la capa exterior (40), las diferentes superficies básicas (26, 24) de los cuerpos pequeños (32, 31) semiesféricos y piramidales. Entre los contornos del borde de los diferentes cuerpos pequeños adyacentes discurren las grietas (35) - representadas sólo simbólicamente - casi a la distancia mínima. Las grietas (35) muestran en el caso de la disposición aquí elegida de los cuerpos pequeños (31, 32) un modelo de tipo alveolar.

Alternativamente el cuerpo básico (10) puede tener, para formar un disco de fricción ventilado interiormente, por ejemplo cavidades de tipo canal.

Lista de símbolos de referencia

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 1 \+ Disco de fricción multicapa, disco de\cr  \+  fricción\cr  2
\+ Superficies abridadas\cr  3 \+ Taladro central, taladro\cr  4 \+
Taladros de montaje\cr  5 \+ Eje de giro de rueda o axial\cr  6 \+
Superficies de fricción\cr  10 \+ Cuerpo básico\cr  20 \+ Juntura de
fricción\cr  21,22 \+ Superficies de área básica\cr  23 \+
Superficie de área pequeña, en forma de\cr  \+ envuelta piramidal\cr
 24 \+ Superficie básica de (23)\cr  25 \+ Superficie de área
pequeña, semiesférica\cr  26 \+ Superficie básica de (25)\cr  31 \+
Cuerpo pequeño, pirámide recta\cr  32 \+ Cuerpo pequeño,
semiesfera\cr  35 \+ Grietas, simbolizadas\cr  40 \+ Capas
cerámicas, capas exteriores\cr  50 \+ Segmento de plancha de
estampado\cr}

Claims

1. Procedimiento para producir un disco de fricción multicapa (1) con superficies de fricción (6) cerámicas, estando dispuesta la superficie de fricción (6) aislada en forma de una capa cerámica sobre un cuerpo básico (10) de material sintético reforzado con fibras, caracterizado porque el cuerpo básico (10) se produce en un procedimiento de prensado y con ello se dota, en la región de sus superficies de área básica (21, 22), de una multitud de diferentes superficies de área pequeña secundarias (23, 25), que penetran en el cuerpo básico (10) y porque sobre las superficies de área básica 821, 22) así preparadas se aplica en cada caso una capa exterior (40) y se une con el cuerpo básico (10) mediante unión a presión o revenido en caliente y, después de esto, se recubre con cerámica mediante un proceso de siliciado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa exterior cerámica (40) aislada está reforzada con fibras.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa exterior cerámica (40) aislada no contiene fibras.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las superficies de área pequeña (23, 25) están dispuestas sistemáticamente sobre la superficie de área básica (21, 22).

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las superficies de área pequeña (23, 25) están configuradas como superficies semiesféricas (25), como superficie de envuelta cónica o piramidal (23).

6. Procedimiento para producir un disco de fricción multicapa (1), en el que las superficies de área pequeña están configuradas como superficies de envuelta cónica o piramidal (23) según la reivindicación 5, caracterizado porque los ángulos agudos del cuerpo cónico o piramidal (31) están situados entre 30º y 120º.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los cuerpos pequeños (31, 32) confinados por las superficies de área pequeña (23, 25) tienen superficies básicas aisladas (24, 26), cuyo diámetro de superficie básica (d) situado en la superficie de área básica (21, 22) o círculo inscrito de superficie básica se corresponde aproximadamente a la distancia media entre los cuerpos pequeños (31, 32).

8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los diámetros de superficie básica (d) situados en la superficie de área básica (21, 22) o los círculos inscritos de superficie básica tienen aproximadamente la distancia cero.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie total de la juntura de separación (20) aumenta al menos un 25% mediante la integración de las superficies de área pequeña (23, 25).