FR2683824A3 - Asbestos-free friction lining - Google Patents

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Abstract

For railway brakes, an asbestos-free friction lining is proposed, bonded by an organic material exhibiting a reduced spark formation, in which a proportion of the inorganic filler substances consists of a mixture of alkali metal or ammonium phosphates and of antimony trisulphide. The ratio of phosphate mixture to trisulphide lies in the range from 1 : 3 to 9 : 1. The hardness of the lining can be adjusted by means of the ratio of hydrated phosphate mixture to anhydrous phosphate.

Description

Garniture de friction sans amiante
Description
La nouveauté concerne une garniture de friction sans amiante, notamment pour freins de chemin de fer et ceci aussi bien pour des freins à disque que pour des freins à sabot.
Asbestos-free friction lining
Description
The novelty concerns an asbestos-free friction lining, in particular for railway brakes, and this for both disc brakes and shoe brakes.

Pour les freins à sabot, on utilise par ex. des semelles de frein en fonte grise, car on n observe avec celles-ci qu'une faible chute du coefficient de frottement à l'humidité. For shoe brakes, e.g. brake shoes made of gray cast iron, because there is only a slight drop in the coefficient of friction in humidity.

Un autre avantage est qu'elles ne contiennent pas d'amiante. Leur longévité comparativement faible et la formation intempestive d'étincelles lors de la manoeuvre des freins constituent toutefois un inconvénient en comparaison des garnitures de friction avec amiante liées par une matière synthétique. Pour éviter la formation d'étincelles, il a été proposé des garnitures de friction en fonte grise à forte teneur en phosphore. Another advantage is that they do not contain asbestos. Their comparatively short lifespan and the untimely formation of sparks when the brakes are applied, however, constitute a drawback in comparison with friction linings with asbestos linked by a synthetic material. To avoid the formation of sparks, friction castings in gray cast iron with a high phosphorus content have been proposed.

Les garnitures de friction avec amiante liées par une matière synthétique offrent une faible formation d'étincelles et une longévité nettement plus élevée qui, dans un cas d'espèce, est multipliée par 12.  The friction linings with asbestos bonded by a synthetic material offer a low formation of sparks and a significantly higher longevity which, in this case, is multiplied by 12.

A cause du problème de l'amiante, de nouveaux mélanges pour garnitures de friction ont été formulés dont la composition approximative est la suivante
5 à 35% en poids de liant,
10 à 60% en poids de matières de charge minérales,
5 à 40% en poids de lubrifiants,
10 à 65% en poids de métaux et éventuellement des accélérateurs de durcissement, des renforçateurs de friction et additifs analogues.
Because of the asbestos problem, new mixtures for friction linings have been formulated, the approximate composition of which is as follows
5 to 35% by weight of binder,
10 to 60% by weight of mineral fillers,
5 to 40% by weight of lubricants,
10 to 65% by weight of metals and possibly hardening accelerators, friction reinforcers and similar additives.

Des matières de charge minérales sont par exemple la barytine et l'oxyde de magnésium à l'état pulvérulent. Les métaux peuvent être incorporés aussi bien sous la forme de poudres que sous la forme de fibres. Les lubrifiants sont surtout de la poudre de carbone comme le graphite, le noir de carbone et le coke. Mineral fillers are, for example, barite and magnesium oxide in powder form. The metals can be incorporated both in the form of powders and in the form of fibers. Lubricants are mostly carbon powder like graphite, carbon black and coke.

Tous les mélanges contiennent du fer en tant que métal et cela jusqu'à environ 40% en poids. Cette proportion de fer provoque, suivant la quantité, une formation d'étincelles plus ou moins forte. La formation d'étincelles peut en effet être réduite par l'adjonction d'un lubrifiant, mais ne peut être supprimée. On y ajoute habituellement environ trois parties en volume de graphite pour une partie en volume de fer pour obtenir des conditions optimales. All mixtures contain iron as a metal and this up to about 40% by weight. This proportion of iron causes, depending on the quantity, a formation of sparks more or less strong. The formation of sparks can indeed be reduced by the addition of a lubricant, but cannot be eliminated. Usually about three parts by volume of graphite are added to one part by volume of iron to obtain optimal conditions.

Des garnitures de friction réalisées à partir de ces mélanges ne conviennent pas pour de nombreux domaines d'application, comme par exemple pour les freins sur des véhicules protégés contre les explosions ou sur les trains à grande vitesse. Friction linings made from these mixtures are not suitable for many fields of application, such as for example brakes on explosion-protected vehicles or on high-speed trains.

I1 se posait par conséquent le problème de mettre au point des garnitures de friction sans amiante liées par une matière synthétique qui présentent une formation d'étincelles encore plus faible lors du freinage. I1 therefore posed the problem of developing friction linings without asbestos bound by a synthetic material which have an even lower spark formation during braking.

Le problème est résolu, conformément à la nouveauté, par une garniture de friction du type précité qui contient, outre les matières de charges usuelles, 2 à 35% en poids, en particulier 10 à 25% en poids d'un mélange obtenu à partir de phosphates alcalins et/ou d'ammonium et de trisulfure d'anti moine en tant que matières de charge. La proportion de mélange phosphates à trisulfure d'antimoine s'étend de 1:3 à 9:1. The problem is solved, in accordance with the novelty, by a friction lining of the aforementioned type which contains, in addition to the usual fillers, 2 to 35% by weight, in particular 10 to 25% by weight of a mixture obtained from alkaline phosphates and / or ammonium and anti-monk trisulfide as fillers. The proportion of phosphate mixtures to antimony trisulfide ranges from 1: 3 to 9: 1.

Comme phosphate, on utilise de préférence un mélange de phosphate hydraté et de phosphate anhydre avec une proportion de mélange phosphate hydraté à phosphate anhydre de 1:3 à 6:1.As phosphate, a mixture of hydrated phosphate and anhydrous phosphate is preferably used with a proportion of hydrated phosphate mixture to anhydrous phosphate from 1: 3 to 6: 1.

Le trisulfure d'antimoine est connu en soi comme composant de lubrifiants solides dans des garnitures de friction. Selon les brevets EP-A-0 198 420 et EP-A-0 328 514, des lubrifiants solides de ce type sont constitués de graphite, de sulfure de zinc, de sulfure d'antimoine et de phosphates de calcium, de fer, de magnésium, d'aluminium ou de zinc. Antimony trisulfide is known per se as a component of solid lubricants in friction linings. According to patents EP-A-0 198 420 and EP-A-0 328 514, solid lubricants of this type consist of graphite, zinc sulfide, antimony sulfide and calcium phosphates, iron, magnesium, aluminum or zinc.

De tels lubrifiants solides améliorent les propriétés de frottement des garnitures mais n'empêchent pas la formation d'étincelles. Such solid lubricants improve the friction properties of the linings but do not prevent the formation of sparks.

La nouveauté sera expliquée plus en détail à l'aide des exemples suivants. The novelty will be explained in more detail using the following examples.

Exemples 1 à 4
Des mélanges pour garnitures de friction sont pré- parés selon la manière habituelle à partir des formulations exposées dans le tableau, sont pressés en des semelles de frein à sabot selon la fiche technique UIC n" 541 et testés sur le ban d'essai pour freins à une vitesse de 240 km/h et avec une force de pression de 2500 daN. Dans ce cas, la formation d'étincelles est évaluée par attribution de points de 1 à 10. Un point signifie une formation d'étincelles très prononcée comme dans le cas d'une semelle de frein en fonte grise.
Examples 1 to 4
Mixtures for friction linings are prepared in the usual way from the formulations set out in the table, are pressed into shoe brake shoes according to UIC technical sheet No. 541 and tested on the brake test bench at a speed of 240 km / h and with a pressure force of 2500 daN. In this case, the formation of sparks is evaluated by attributing points from 1 to 10. A point means a formation of sparks very pronounced as in the case of a gray cast iron brake shoe.

A 10 points, il ne se produit absolument plus de formation d'étincelles.At 10 points, absolutely no sparking occurs.

Les résultats sont également présentés dans le tableau. Ainsi, l'exemple 1 part d'une garniture de friction courante (comparaison). Les exemples 2 et 3 concernent les garnitures de friction conformes à la nouveauté et dans l'exemple comparatif 4, le phosphate de sodium (exemple 2) a été remplacé par du phosphate de calcium. The results are also presented in the table. Thus, example 1 starts from a common friction lining (comparison). Examples 2 and 3 relate to friction linings conforming to the novelty and in Comparative Example 4, sodium phosphate (Example 2) was replaced by calcium phosphate.

Comme le montrent les exemples, la formation d'étincelles dans les garnitures de friction peut être efficacement réduite par remplacemeht d'une partie des matières de charge minérales par un mélange de phosphate de sodium et de trisulfure d'antimoine, alors que l'addition d'un mélange de phosphate de calcium et de trisulfure d'antimoine accentue encore la formation d'étincelles. As the examples show, the formation of sparks in the friction linings can be effectively reduced by replacing part of the mineral fillers with a mixture of sodium phosphate and antimony trisulfide, while the addition a mixture of calcium phosphate and antimony trisulfide further accentuates the formation of sparks.

L'emploi de phosphate de sodium hydraté (exemple 2) conduit en effet à des garnitures plus molles et de ce fait à une usure accrue par rapport à des garnitures standards (exemple 1). The use of hydrated sodium phosphate (Example 2) leads in fact to softer linings and therefore to increased wear compared to standard linings (Example 1).

L'emploi de phosphate de sodium anhydre seul entraîne également une diminution de la formation d'étincelles, mais la garniture est trop dure et possède des propriétés de frottement plus mauvaises que la garniture standard. The use of anhydrous sodium phosphate alone also results in a reduction in sparking, but the packing is too hard and has poorer friction properties than the standard packing.

Pour la formation d'étincelles, la dureté de la garniture n'est cependant pas déterminante. La dureté et par conséquent l'usure et lesprçriétés de frottement peuvent être ajustées par l'intermédiaire du rapport de mélange du phosphate hydraté au phosphate anhydre. D'autres essais ont montré que la dureté de la garniture pouvait être augmentée par une addition accrue de trisulfure d'antimoine mais, dans ce cas, la formation d'étincelles augmente également.  For the formation of sparks, however, the hardness of the seal is not decisive. The hardness and therefore the wear and friction properties can be adjusted via the mixing ratio of hydrated phosphate to anhydrous phosphate. Other tests have shown that the hardness of the packing can be increased by an increased addition of antimony trisulfide but, in this case, the formation of sparks also increases.

Tableau
Exemple n 1 2 3 4
Composition
en poids
Liant 14 14 14 14
Fer 16 16 16 16
Autres métaux 8 8 8 8
Phosphate + -- Na3PO4 + Na3PO4 + Ca2P2O6 +
Eau de cristallisation 12H2 2 2 12H20 : 8 2H2O : 12
12H2O : 12 12H2O 8 2
Phosphate anhydre -- -- Na3PO4 : 4
Trisulfure d'antimoine -- -- -- -
Matières de charge inorganiques 50 38 38 38
Graphite 12 12 12 12
Formation d'étincelles
Points 7 9 9 à 10 5
Board
Example 1 2 3 4
Composition
in weight
Binder 14 14 14 14
Iron 16 16 16 16
Other metals 8 8 8 8
Phosphate + - Na3PO4 + Na3PO4 + Ca2P2O6 +
Water of crystallization 12H2 2 2 12H20: 8 2H2O: 12
12H2O: 12 12H2O 8 2
Anhydrous phosphate - - Na3PO4: 4
Antimony trisulfide - - - -
Inorganic fillers 50 38 38 38
Graphite 12 12 12 12
Sparking
Points 7 9 9 to 10 5

Claims (4)

RevendicationsClaims 1. Garniture de friction sans amiante pour freins à sabot et à disque dans les chemins de fer, consistant en un liant, des matières de charge minérales, des lubrifiants, du fer, d'autres métaux et éventuellement en des additifs supplémentaires usuels, caractérisée en ce qu'elle contient, outre les matières de charge usuelles, 2 à 35% en poids, en particulier 10 à 25% en poids d'un mélange obtenu à partir de phosphates alcalins et/ou d'ammonium et de trisulfure d'antimoine en tant que matières de charge. 1. Asbestos-free friction lining for shoe and disc brakes in railways, consisting of a binder, mineral fillers, lubricants, iron, other metals and possibly common additives, characterized in that it contains, in addition to the usual fillers, 2 to 35% by weight, in particular 10 to 25% by weight of a mixture obtained from alkaline phosphates and / or ammonium and trisulfide antimony as a filler. 2. Garniture de friction sans amiante selon larevendication 1, caractérisée en ce que le rapport de mélange phosphate à trisulfure d'antimoine s'étend de 1 : 3 à 9 : 1. 2. Asbestos-free friction lining according to claim 1, characterized in that the ratio of phosphate mixture to antimony trisulfide ranges from 1: 3 to 9: 1. 3. Garniture de friction sans amiante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les mélanges de phosphates sont présents dans un rapport de mélange de phosphate hydraté à phosphate anhydre de 1 : 3 à 6 ; 1. 3. Asbestos-free friction lining according to claim 1 or 2, characterized in that the phosphate mixtures are present in a mixture ratio of hydrated phosphate to anhydrous phosphate of 1: 3 to 6; 1. 4. Garniture de friction sans amiante selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les phosphates sont des phosphates de sodium, en particulier des phosphates trisodiques.  4. Asbestos-free friction lining according to one of claims 1 to 3, characterized in that the phosphates are sodium phosphates, in particular trisodium phosphates.
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