DE3033139A1

DE3033139A1 - Vorrichtung mit einer reibpaarung, insbesondere reibungsbremse oder reibungskupplung

Info

Publication number: DE3033139A1
Application number: DE19803033139
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl.-Ing. 6050 Offenbach Burgdorf; Helmut Ing.(grad.) 6350 Bad Nauheim Weisbrod
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1980-09-03
Filing date: 1980-09-03
Publication date: 1982-04-08
Also published as: IT8123737A0; JPS5776335A; FR2489456A1; IT1138190B; GB2083146B; GB2083146A; DE3033139C2; US4715486A; FR2489456B1

Description

Vorrichtung mit einer Reibpaarung, insbesondere Reibungsbremse oder Reibungskupplung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einer Reibpaarung insbesondere Reibungsbremse oder Reibungskupplung mit einem ersten, aus Reibmaterialien mit organischen Bindemitteln bestehenden Reibelement, welches dem größeren Verschleiß unterliegt und einem zweiten, längerlebigen Reibelement aus einem Eisenwerkstoff.

Reibanordnungen wie Reibungsbremsen oder -kupplungen werden verwendet, um z. B. bei der Abbremsung eines in Bewegung befindlichen Teiles kinetische Energie in Wärme umzusetzen.

Zur Abbremsung eines Fahrzeugs wird als Reibanordnung z. B. eine Scheibenbremsanordnung aus Bremsscheibe und Bremsbelägen verwandt. Je nach Materialauswahl der gegeneinander reibenden Körper, die verschiedenen Nebenbedingungen, wie z, B. Reibwert und Temperaturverhalten unterliegen, erhält man einen unterschiedlich großen Verschleiß. Als Material wird z. B. für die Bremsscheibe Grauguß gewählt; die Bremsbeläge bestehen zumeist aus organisch gebundenen Reibmaterialien Reibelemente mit organischen Bindemitteln setzen sich z. B. aus Asbest-Fasern, Bindemitteln wie z. B. vernetzbare Kunstharze wie Phenolharz und natürlichen bzw. synthetischen Kautschuken sowie Füllstoffen zusammen, wobei als Füllstoffe Metallspäne, Metalloxyde und/oder sonstige mineralische Werkstoffe verwendet werden.

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Hält man den Verschleiß möglichst gering, so erreicht man eine längere Lebensdauer bzw. kleinere Bauteileabmessungen und damit geringeres Gewicht.

Zwecks Verschleißminderung sind Anordnungen bekannt, bei denen ein metallischer Grundkörper, z. B. eine Bremsscheibe mit einer verschleißarmen Beschichtung versehen ist. Ein Verfahren zur Herstellung dieser Beschichtung ist z. B. in der DE-OS 21 66 beschrieben; hierbei wird eine verschleißarme Reibschicht mit Hilfe eines .Plasmastrahls aufgebracht. Dabei werden Teilchen aus Metall, einer Legierung oder Mischung dieser Metalle und deren Verbindungen wie Metalloxyde oder -carbide dem Plasmastrahl zugeführt. Die verschleißarme Schicht muß dabei die ursprünglichen kristallographischen Eigenschaften der Teilchen, nämlich ein hexagonales Kristallsystem, aufweisen. Die Herstellungsmaterialien von zwei in Reibeingriff stehenden Beschichtungen dieser Art sollen unterschiedlich sein, z. B. soll die eine Beschichtung auf Carbidbasis und die andere auf Oxydbasis hergestellt sein.

Bei dieser bekannten Anordnung ist es insbesondere als nachteilig anzusehen, daß beide Reibpartner mit einer Beschichtung versehen sind.

Weiter ist bekannt, die Verschleißfestigkeit der Bremsbeläge zu vergrößern. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß an Stelle organisch gebundener Bremsbeläge metallisch gebundene Bremsbeläge zur Anwendung kommen; diese enthalten Bestandteile in einer gesinterten, metallischen Bindung.

Eine weitere Methode, um die Verschleißfestigkeit der Bremsbeläge zu vergrößern, ist aus der DE-OS 24 06 242 zu entnehmen. Dort wird ein elektrostatisches Beschichtungsverfahren beschrieben, durch das dünne Beläge aus metallisch-mineralischem Pulver, die fest mit einer metallischen Trägerplatte verbunden sind, hergestellt werden.

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Bei diesen beiden letztgenannten Verfahren bzw. Anordnungen ist es insbesondere als nachteilig anzusehen, daß zwar eine Verschleißminderung bei einem der Reibpartner, nämlich dem Bremsbelag erfolgt, jedoch wird dafür der Gegenreibkörper, die Bremsscheibe, stärker auf Verschleiß beansprucht; dabei wird das zulässige kleine Verschleißvolumen der Scheibe schnell überschritten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu beheben bzw. zu mindern. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, eine verschleißarme Reibpaarung zu finden, bei der insbesondere der Verschleiß desjenigen Partners erheblich herabgesetzt wird, der bisher dem größeren Verschleiß unterliegt und bei der gleichzeitig der Verschleiß des anderen, langlebigeren Reibpartners innerhalb gewisser Grenzen bleibt. Die Reibpaarung muß weiterhin verschiedenen Nebenbedingungen, wie z.B. Reibwert und Temperaturverhalten genügen.

Diese Aufgabe wird erfindvingsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Reibfläche des zweiten Reibelements mit einer Reibschicht, bestehend aus Metallen, Nichtmetallen und chemischen Verbindungen von Metallen und Nichtmetallen versehen ist. Vorteilhaft wird das Schichtmaterial der Reibschicht partikelförmig mit hoher kinetischer Energie axif die Reibfläche aufgebracht.

Bei der Verwirklichung der Erfindung kann das zweite Reibelement vorteilhaft als verhältnismäßig billiges und günstig formbares Gußteil (Grau- oder Sphäroguß) ausgeführt werden.

Als vorteilhaft hat sich die Verwendung von Metallcarbiden der Metalle Wolfram und Chrom, von Metallen wie Kobalt, Chrom, Nickel und von Kohlenstoff erwiesen; je nach Anteil an der Schichtzusammensetzung erhält man unterschiedliche Schichteigenschaften.

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Bei den durchgeführten Untersuchungen stellten sich Schichten folgender Zusammensetzung als besonders geeignet heraus:

Material A: 25 % WC; 5 % Ni; Rest: Mischungen von W-Cr-Carbiden Material B: 84,6 % WC; 7,5 % Co; 4,2 % Cr; 3,5 % C (Angaben in Gewichtsprozenten)

Die hohe kinetische Energie der Partikel wird in vorteilhafter Weise durch die Anwendung des Flammschocksprxtzens erreicht; durch Detonationen werden die Partikel derart beschleunigt, daß beim Auftreffen auf die zu beschichtende Reibfläche eine Mikroverschweißung zwischen den Schichtpartikeln und dem Reibflächenmaterxal und eine Mikroverklammerung zwischen Reibflächen- und Schichtmaterial durch unterschiedlich tiefe, plastische Deformation der obersten Lagen des Reibflächenmaterials eintritt. Durch diese Vorgänge wird die im Vergleich zum Plasmaspritzen bei weitem höhere Haftfestigkeit der Schicht am Grundkörper und die geringere Schichtporösität der flammschockgespritzten Schichten erreicht. So ist den bei einem Brems- oder Kupplungsvorgang auftretenden, extremen Ansprüchen insbesondere hinsichtlich der Haftfestigkeit genüge getan.

Dadurch, daß die Dicke der Reibschicht im Bereich von 0,02 bis 0,03 Millimetern liegt, ergibt sich eine kurze Beschichtungszeit sowie ein geringer Materialverbrauch bezüglich der Materialien der Reibschicht.

Vorteilhafte Ausfuhrungsformen erhält man durch die Ausbildung der Vorrichtung als Bremse, insbesondere als Scheibenbremse mit dom zweiten, längerlebigen Reibelement als rotierendes Teil, also der Bremsscheibe, und dem ersten Koibelement als Bremsbelag«

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Überraschenderweise liegt ein mit der Erfindung erzielter Vorteil . darin, daß durch die verschleißfeste Reibschicht auf den Reibflächen des zweiten Reibelements aus Eisenwerkstoff, d. h. der Bremsscheibe ,das Verschleißvolumen des ersten Reibelements aus Reibmaterialien mit organischen Bindemitteln um den Faktor 3 bis 4, also gravierend geringer ist als bei einem Vergleichsreibvorgang desselben Reibmaterials gegen eine unbeschichtete Reibfläche; dabei bleibt der Reibwert nahezu gleich.

Die Verschleißminderung an den Bremsbelägen wird demnach dadurch erreicht, daß man den Gegenreibkörper, also die Bremsscheibe, erfindungsgemäß beschichtet, und .den. Bremsbelag unbeschichtet läßt.

An der Bremsscheibe selbst ist nach dem Reibvorgang kein Verschleiß meßbar, so daß diese praktisch · verschleißfreie Bremsscheibe die Lebensdauer des Fahrzeugs erreicht bzw.,sogar übertrifft.

Bei vielen Scheibenbremsen ist bisher ein ungleichmäßiger Belagverschleiß durch größeren Abrieb oder Schrägverschleiß eines Bremsbelages nicht zu vermeiden. Ein Kennzeichen der Erfindung liegt darin, daß dieser Bremsbelag in erfindungsgemäßer Weise der Reibfläche mit der Beschichtung zugeordnet ist, so daß sich annähernd¹-gleiche Standzeiten der Bremsbeläge ergeben.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, einen schwer ausbaubaren Bremsbelag der beschichteten Reibfläche der Bremsscheibe zuzuordnen, da auf diese Weise kostspielige Austauscharbeiten weniger häufig anfallen.

Das erfinderische Grundkonzept wird vorteilhaft weiterhin dadurch verwirklicht, daß bei einer Schwimmsattel-Scheibenbremse nur die Reibfläche, die mit dem indirekt über den Sattel

betätigten Bremsbelag zusammenwirkt,beschichtet ist. Bei der Schwimmsattelscheibenbremse entsteht sehr oft ein größerer Belagverschleiß an dem indirekt betätigten Bremsbelag durch nicht exakte Lüftspieleinstellungen für diesen Bremsbelag sowie durch Einflüsse von Scheibenschlag und/oder Satteldehnung, die ein Schleifen des Belages hervorrufen. Die erfindungsgemäße Beschichtung ergibt eine gravierende Standzeiterhöhung für diesen Belag, so daß ein häufiger vorzeitiger Austausch, · der mit umständlichen,

kostspieligen Werkstattarbeiten verbunden ist, entfällt.

Durch das oben geschilderte Verschleißverhalten ist es möglich, Scheibenbremsen zu bauen, deren Bremsscheiben um ca. 10 % dünner sind und bei denen jeder der Bremsbeläge um bis zu 75 % dünner ausgeführt werden kann. So erreicht man als gravierenden Vorteil eine Reduzierung der axialen Baulänge der gesamten Bremsanordnung Scheibe/Beläge/Sattelgehäuse bzw. einen verringerten Platzbedarf auf der Felgenseite, sowie neben einer bedeutenden Gewichtseinsparung auch eine Verringerung der Volumenaufnahme an Bremsflüssigkeit.

Anhand der erläuternden Figuren soll die Erfindung näher beschrieben werden:

Fig. 1 zeigt die Versuchsergebnisse von Belagverschleißmessungen an den beiden Bremsbelägen bei einer nur einseitig erfindungsgemäß beschichteten Bremsscheibe,

Fig. 2 zeigt den Teilschnitt einer Faustsattel-Teilbelagscheibenbremse mit einer einseitig erfindungsgemäß beschichteten Bremsscheibe,

gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 1 ist mit 1 die schematisch dargestellte Bremsscheibe bezeichnet, mit 2 der auf die beschichtete Reibfläche 5 der Bremsscheibe 1 einwirkende Bremsbelag, mit 3 der auf die unbeschichtete Reibfläche 6 einwirkende Bremsbelag.

Die strichpunktierten Linien kennzeichnen die Dicke der Bremsbeläge im Neuzustand; die schraffierte Bremsbelagdicke ergibt sich nach Ablauf der Verschleißmessungen, Die axialen Dicken der Beläge und der Scheibe geben in etwa die Versuchsergebnisse wieder.

Die dargestellten Ergebnisse wurden unter folgenden Bedingungen erhalten:

Eine nur auf der Reibfläche 5 erfindungsgemäß beschichtete Bremsscheibe 1 wurde auf Scheiben- und Belagverschleiß in einer Scheibenbremsanordnung unter Vorgabe der Betriebsbedingungen eines Mittelklasse-PKWs untersucht.

Anhand der Fig. 1 erkennt man, daß der Belagverschleiß des Bremsbelages 2, der mit der erfindungsgemäß beschichteten Reibfläche 5 der Bremsscheibe 1 zusammenwirkt, deutlich, und zwar um ca. 70 % geringer ist als der Verschleiß des Bremsbelages 3 an der gegenüberliegenden,unbeschichteten Reibfläche 6 der Bremsscheibe 1.

Die Bremsbeläge bestehen aus Reibinaterialien mit organischen Bindemitteln und sind aus der gleichen Charge. Es wurden als aggressiv in Bezug auf den Scheibenverschleiß geltende Bremsbeläge ausgewählt.

Der Verschleiß der nicht beschichteten 'Reibfläche 6 der Bremsscheibe 1 liegt bei diesem Versuch in der Größenordnung von 0,3 Millimetern, ein Verschleiß der erfindungsgemäß beschichteten

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Reibfläche 5 ist bei demselben· Versuch im 1/100 Millimeterbereich nicht meßbar.

In Fig. 2 ist eine Faustsattel-Teilbelagscheibenbremse im Teilschnitt abgebildet; der Sattel 8 umgreift die Bremsscheibe 1 in U-Form und hat auf einer Seite der Bremsscheibe 1 einen hydraulisch bewegbaren Betätigungskolben 7, der den zugehörigen Bremsbelag 3 axial verschiebt. Der Bremsbelag 2 auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 1 wird indirekt über den Sattel 8 bewegt, der sich über das Zylindergehäuse gegen den Betätigungskolben 7 abstützt. Die Reaktionskraft nach Anlegen des Bremsbelages 3 an die Bremsscheibe 1 bewegt über eine Verschiebung des Sattels 3 relativ zum Bremsträger den zweiten Bremsbelag 2 bis zur Anlage an die Bremsscheibe 1 und bewirkt eine Bremsung. Die Reibfläche 5 der Bremsscheibe ist erfindungsgemäß mit der Reibschicht beschichtet, die Reibfläche 6 ist unbeschichtet. Insbesondere eine nicht exakte Lüftspieleinstellung sowie Scheibenschlag und Satteldehnung sind häufig die Ursache dafür, daß der indirekt betätigte Bremsbelag 2 durch Schleifen an der Bremsscheibe 1 schneller verschleißt als der vom Betätigungskolben 7 beaufschlagte Bremsbelag 3. Die erfindungsgemäße Beschichtung der Reibfläche 5 der Bremsscheibe 1 bewirkt nun einen um ca. ?ö ^ geringeren Verschleiß dieses Bremsbelages 2 im Vergleich zu einem Reibvorgang gegen die Reibfläche 5 ohne Beschichtung. Man erhält also eine höhere Standzeit dieses Bremsbelages 2 bzw. eine geringere axiale Baulänge der gesamten Anordnung und einen geringeren Platzbedarf in der Felgenschüssel.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßon· Grundgedankens auf eine Scheibenbremse, insbesondere eine Faustsattel-Scheibenbremse, kommt man also insgesamt zu folgenden Vorteilen·.

Der am stärksten beanspruchte Bremsbelag 2 erhält eine außergewöhnlich gesteigerte Standzeit, wodurch kompli-

ORiGiNAL INSPECTED

zierte Austauscharbeiten an der Scheibenbremse vermieden werden/

der als sehr unerwünscht angesehene Schrägverschleiß des außenliegenden Bremsbelags 2 wird durch die Erfindung entweder stark reduziert oder ganz eliminiert; dadurch wird die Funktions- und Betriebssicherheit der gesamten Scheibenbremse erhöht,

der .Konstrukteur kann den Bremsbelag 2 aufgrund seiner längeren Standzeit in axialer Richtung kürzer ausgestalten. Das bedeutet, daß die gesamte axiale Ausdehnung der Scheibenbremse kürzer wird. Eine weitere Verkürzung wird dadurch erzielt, daß auch die mit dem direkt betätigten Bremsbelag 3 zusammenwirkende Reibfläche 6 auf der gegenüberliegenden Scheibenseite erfindungsgemäß beschichtet wird. Eine kurze Bauweise bedeutet andererseits aber auch eine bessere Unterbringung des Aggregats aus Scheibenbremse, Bremsträger usw. in dem engen Raum, der zwischen Radaufhängung und Radschüssel eines Automobils zur Verfügung steht.

Leerseite

Claims

ALFRED TEVES GMBH 11. August 1980

Frankfurt am Main ZL/Br/Z

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J. Burgdorf - 7o H. Weisbrod - 2

Patentansprüche

Vorrichtung mit einer Reibpaarung, insbesondere Reibungsbremse oder Reibungskupplung mit einem ersten, aus Reibmaterialien mit organischen Bindemitteln bestehenden Reibelement., welches dem größeren Verschleiß unterliegt und einem zweiten, längerlebigen Reibelement aus einem Eisenwerkstoff, dadurch gekennze ichnet, daß mindestens eine Reibfläche (5,6) des zweiten Reibelements (4) mit einer Reibschicht, bestehend aus Metallen, Nichtmetallen und chemischen Verbindungen von Metallen und Nichtmetallen versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtmaterial der Reibschicht partikelförmig jtiit hoher kinetischer Energie auf die Reibfläche

■ (5,6) aufgebracht wird.

3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.., dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Reibelement (4) aus Guß (Grauguß oder Sphäroguß) besteht.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibschicht einen hohen Anteil von Metallcarbiden, vorzugsweise der Metalle Wolfram und Chrom enthält.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Reibschicht vorzugsweise Metalle wie Kobalt, Chrom und Nickel enthält.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Reibschicht einen geringen Anteil an Kohlenstoff enthält.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Reibschicht folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten hat:

20 % bis 30 % WC; 5 % Ni, Rest: Mischungen von W-Cr-Carbiden.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Reibschicht folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten hat:

8o % bis 9o % WC; miter Io % Co; unter 5 % Cr; unter 5 % C.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine Reibfläche (5, 6) des zweiten Reibelements (4) mit einer Reibschicht, bestehend aus Metallen, Nichtmetallen und chemischen Verbindungen von Metallen und Nichtmetallen versehen ist und daß das Schichtmaterial durch Detonationen eines dispersen Systems, bestehend aus einem zündungsfähigen Gasgemisch und Schichtpartikeln (Flammschockspritzen) partikelförmig mit hoher kinetischer Energie auf die Reibfläche (5, 6) aufgebracht wird.

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1ο. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Reibschicht eine Dicke von weniger als 0,03 Millimeter hat.

11-, Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Reibschicht eine Dicke von 0,02 Millimeter bis 0,03 Millimeter hat.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Reibelement (4) das rotierende Teil (1) einer Bremse ist und daß das erste Reibelement ein Reibbelag (2, 3) ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Reibelement (4) eine Bremsscheibe (1) einer Scheibenbremse ist und daß das erste Reibelement, bestehend aus Reibmaterialien mit organischen Bindemitteln, vorzugsweise aus Asbest als Reibmaterial mit organischen Bindemitteln, ein Bremsbelag (2, 3)

. der Scheibenbremsanordnung ist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche in Form einer Scheibenbremse mit mehreren Bremsbelägen, von denen mindestens einer einer stärkeren Beanspruchung mit erhöhtem Abrieb oder Schrägverschleiß ausgesetzt ist als die anderen Bremsbeläge, dadurch gekennzeichnet , daß der stärker beanspruchte Bremsbelag (2) der beschichteten Reibfläche (5) der Bremsscheibe (D zugeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche in Form einer Scheibenbremse mit mehreren Bremsbelägen, von denen mindestens einer schwerer ausbaubar ist als die anderen Bremsbeläge, dadurch gekennzeichnet , daß der schwerer ausbaubare Bremsbelag (2) der beschichteten Reibfläche (5) der Bremsscheibe (-j) . zugeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1 und Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet , daß die Scheibenbremse als Schwimmsattel-Scheibenbremse mit einem direkt vom Betätigungskolben (7) betätigbaren Bremsbelag (3) und einem indirekt über den Sattel (8) betätigbaren Bremsbelag (2) ausgebildet ist und daß die mit dem indirekt über den Sattel (8) betätigbaren Bremsbelag (2) zusammenwirkende Reibfläche (5) der Bremsscheibe (1) be-* schichtet ist (Fig. 2).