DE29913689U1

DE29913689U1 - Friction block for a disc brake, in particular a disc brake for rail vehicles

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Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 1999-10-28
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Description

Bezeichung: Reibbblock für eine Scheibenbremse, insbesondere Scheibenbremse für SchienenfahrzeugeDesignation: Friction block for a disc brake, in particular a disc brake for rail vehicles

Beschreibung
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Scheibenbremsen an Fahrzeugen, auch an modernen Schienenfahrzeugen, weisen im Grundprinzip immer einen in der Regel feststehenden, mit Reibmaterial versehenen Bremskörper auf, dem eine rotierende Bremsscheibe als Gegenreibfläche zugeordnet ist, wobei der Bremsvorgang durch Aufbringen einer Anpreßkraft auf den Bremskörper bewirkt werden kann, die den Bremskörper gegen die Gegenreibfläche drückt.Disc brakes on vehicles, including modern rail vehicles, basically always have a brake body, usually fixed and provided with friction material, to which a rotating brake disc is assigned as a counter friction surface, whereby the braking process can be brought about by applying a contact force to the brake body, which presses the brake body against the counter friction surface.

Bei nahezu allen Bauformen derartiger Bremsen ist als Bremskörper ein mit der Betätigungseinrichtung verbundener Reibbelagträger vorgesehen, der auf seiner der Gegenreibfläche zugekehrten Seite ein auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmtes Reibmaterial aufweist. Als Reibmaterialien kommen hierbei sogenannte organisch gebundene Reibmaterialien in Betracht, d. h. Reibmaterialien, bei denen in einer Kunststoffmatrix die unterschiedlichsten Zuschlagstoffe in Form von Reibstützern, Gleitstützern etc. eingebunden sind. Diese organisch gebundenen Reibmaterialien haben sich grundsätzlich bewährt, weisen jedoch bei sehr hohen Beanspruchungen, d. h.In almost all designs of such brakes, a friction lining carrier connected to the actuating device is provided as the brake body, which has a friction material tailored to the respective application on the side facing the counter friction surface. The friction materials used here are so-called organically bound friction materials, i.e. friction materials in which a wide variety of additives in the form of friction supports, sliding supports, etc. are incorporated into a plastic matrix. These organically bound friction materials have generally proven themselves, but under very high loads, i.e.

bei Einsatzfällen, in denen eine große Bewequngsenergie in möglichst kurzer Zeit abgebremst werden muß, einen hohen Verschleiß auf, so daß die Bremskörper, oder auch nur die Reibbeläge, wenn diese auswechselbar gestaltet sind, ausgewechselt werden müssen. Bei Schienenfahrzeugen darf der gebremste 0 Radsatz nicht blockieren. Außerdem sind lange Standzeiten sowohl für die Bremskörper als auch für die ebenfalls dem Verschleiß ausgesetzten Bremsscheiben wünschenswert. Des weiteren weisen kunstharzgebundene Reibmaterialien die Eigenschaft auf, daß sich ihr Reibwert mit zunehmender Temperatur während des Bremsvorganges vermindert, was eine entsprechend längere Bremszeit und damit eine Verlängerung des Bremsweges zur Folge hat.In applications where a large amount of kinetic energy has to be braked in the shortest possible time, high wear occurs, so that the brake bodies, or just the friction linings if these are designed to be replaceable, have to be replaced. In rail vehicles, the braked 0 wheel set must not lock. In addition, long service lives are desirable for both the brake bodies and the brake discs, which are also subject to wear. Furthermore, synthetic resin-bonded friction materials have the property that their coefficient of friction decreases with increasing temperature during the braking process, which results in a correspondingly longer braking time and thus an increase in the braking distance.

In EP-A-O 612 930 ist ein Reibblock für eine Scheibenbremse aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff, CFC genannt, beschrieben. Die Besonderheit dieses vorbekannten CFC-Reibmaterials besteht darin, daß in dem aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff bestehenden Grundmaterial des Reibwerkstoffs feinkörniger Koks in einer in etwa gleichmäßigen Verteilung eingebunden ist, wobei je nach Einsatzfall die verstärkenden Kohlefasern nur eine kurze Faserlänge aufweisen. Dieser Reibwerkstoff weist einen verbesserten Kaltreibwert gegenüber herkömmlichen CFC-Reibwerkstoffen auf, bei sonst gleichen Eigenschaften hinsichtlich der mechanischen Festigkeit und der Temperaturbeständigkeit.EP-A-0 612 930 describes a friction block for a disc brake made of carbon fiber reinforced carbon, known as CFC. The special feature of this previously known CFC friction material is that fine-grained coke is incorporated in a roughly even distribution in the base material of the friction material, which consists of carbon fiber reinforced carbon, whereby, depending on the application, the reinforcing carbon fibers only have a short fiber length. This friction material has an improved cold friction coefficient compared to conventional CFC friction materials, with otherwise the same properties in terms of mechanical strength and temperature resistance.

Die vorstehend beschriebenen organisch gebundenen Reibbelagmaterialien werden in Formen gepreßt und sind, da auch das Ausgangsmaterial preisgünstig ist, kostengünstig herzustellen. Wie vorstehend beschrieben, unterliegen sie jedoch einem starken Verschleiß bei hohen Beanspruchungen, der insbesonde-0 re auf die begrenzte Temperaturfestigkeit zurückzuführen ist, so daß Reibblöcke aus organisch gebundenen Materialien entsprechend häufig ausgewechselt werden müssen. Demgegenüber weisen CFC-Reibmaterialien, insbesondere das aus EP-A-O 612 930 bekannte Reibmaterial, ein gutes Reibverhalten auf, ist jedoch aufgrund des aufwendigeren Herstellungs- und Formgebungsverfahren verhältnismäßig teuer.The organically bonded friction lining materials described above are pressed into molds and are inexpensive to manufacture since the starting material is also inexpensive. However, as described above, they are subject to severe wear under high loads, which is due in particular to the limited temperature resistance, so that friction blocks made of organically bonded materials have to be replaced frequently. In contrast, CFC friction materials, in particular the friction material known from EP-A-0 612 930, have good friction behavior, but are relatively expensive due to the more complex manufacturing and molding process.

Aus DE-296 15 723 ist ferner ein Bremskörper für eine Scheibenbremse bekannt, bei der auf einem Reibbelagträger je nach Einsatzfall zwei oder drei Reibkörper angeordnet sind, die jeweils aus Reibmaterialien mit unterschiedlicher Reibcharakteristik bestehen, wobei wenigstens einer der Reibkörper aus einem organisch gebundenen, insbesondere kunstharzgebundenen Reibmaterial besteht, während der andere Reibkörper aus einem CFC-Reibwerkstoff besteht.From DE-296 15 723, a brake body for a disc brake is also known, in which two or three friction bodies are arranged on a friction lining carrier, depending on the application, each consisting of friction materials with different friction characteristics, wherein at least one of the friction bodies consists of an organically bound, in particular synthetic resin-bound friction material, while the other friction body consists of a CFC friction material.

Es ist nun grundsätzlich möglich, am Bremskörper das kunstharzgebundene Reibmaterial vollständig durch CFC-Reibmaterial zu ersetzen. Hierdurch werden entsprechend verbesserte Bremsleistungen und auch höhere Standzeiten erreicht. Die Kosten für einen Vollbelag aus CFC-Reibmaterial sind jedoch beträchtlich. Daher wurde gem. DE 296 15 723 zur Verbesserung der Bremsleistung und zur Erhöhung der Standzeit vorgeschlagen, den Belagträger des Bremskörpers einlaufseitig mit einem Reibkörper aus CFC-Reibmaterial und die übrigen Bereichen des Belagträgers mit einem Reibkörper aus einem kunstharzgebundenen Reibmaterial zu bestücken. Überraschend konnte festgestellt werden, daß bei einem derart ausgebildeten Bremskörper sich auch die Standzeit, d. h. der Verschleiß des aus einem kunstharzgebundenen Reibmaterial hergestellten Reibkörpers wesentlich erhöht und die Reibleistung eines derartigen Bremskörpers im Vergleich zu einem Bremskörper, der nur mit kunstharzgebundenem Reibmaterial bestückt war, ebenfalls verbessert war. Die Verbesserung der Standzeit und der Reibleistung ist nach den bisherigen Feststellungen darauf zurückzu-0 führen, daß der am einlaufseitigen Reibkörper anfallende Abrieb des CFC-Reibmaterials auf die Reibfläche der nachfolgenden Reibkörper aus kunstharzgebundenem Material während des Bremsvorganges "aufgetragen" wird und hierdurch die mechanischen und thermischen Eigenschaften dieses Materials verbessert. Diese Verbesserungen konnten insbesondere festgestellt werden, wenn das als Reibmaterial verwendete CFC-Reibmaterial auf der Basis kurzer Fasern in üblicher Weise aufgebaut war, wobei jedoch bei der Herstellung des CFC-Reibmaterials feinteiliger Koks zugegeben ist.It is now basically possible to completely replace the resin-bonded friction material on the brake body with CFC friction material. This results in improved braking performance and longer service life. However, the costs for a full lining made of CFC friction material are considerable. Therefore, in accordance with DE 296 15 723, in order to improve braking performance and increase service life, it was proposed to equip the brake body's lining carrier on the inlet side with a friction body made of CFC friction material and the other areas of the lining carrier with a friction body made of a resin-bonded friction material. Surprisingly, it was found that with a brake body designed in this way, the service life, i.e. the wear of the friction body made of a resin-bonded friction material, is also significantly increased and the friction performance of such a brake body is also improved compared to a brake body that was only equipped with a resin-bonded friction material. According to the findings to date, the improvement in service life and friction performance is due to the fact that the abrasion of the CFC friction material on the inlet side friction body is "applied" to the friction surface of the subsequent friction bodies made of synthetic resin-bonded material during the braking process, thereby improving the mechanical and thermal properties of this material. These improvements were particularly evident when the CFC friction material used as friction material was constructed in the usual way on the basis of short fibers, although fine-particle coke was added during the manufacture of the CFC friction material.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Bauform, wie sie in DE-2 96 15 723 beschrieben ist, zwar für Klotzbremsen, insbesondere für Maschinenbremsen sehr leistungsfähig ist. Der Einsatz dieser Bauform für Scheibenbremsen an Schienenfahrzeugen ist jedoch aufgrund der besonderen thermischen Verhältnisse bei Scheibenbremsen insbesondere im Hinblick auf Standzeit und Verschleiß nicht effektiv genug.However, it has been found that this design, as described in DE-2 96 15 723, is very efficient for block brakes, especially for machine brakes. However, the use of this design for disc brakes on rail vehicles is not effective enough due to the special thermal conditions in disc brakes, particularly with regard to service life and wear.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen leistungsfähigen Bremskörper zu schaffen, der eine gute Bremsleistung und eine hohe Standzeit aufweist und darüber hinaus kostengünstig herzustellen ist.
5The invention is based on the object of creating a powerful brake body which has good braking performance and a long service life and which is also cost-effective to produce.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Bremskörper für eine Scheibenbremse mit einer Trägerplatte aus Metall, auf der ein Grundkörper aus einem organischgebundenen Reibmaterial angeordnet ist, der auf seiner der Gegenreibfläche der Bremsscheibe zugekehrten Reibfläche wenigstens eine Ausnehmung aufweist, in die ein Reibstück aus CFC-Reibmaterial eingesetzt ist, dessen Reibfläche niveaugleich zur angrenzenden Reibfläche des Grundkörpers ausgerichtet ist, und wobei der Boden der Ausnehmung im Grundkörper durch das organischgebundene Reibmaterial gebildet wird. Durch diese Maßnahme wird die unterschiedliche Temperaturdehnung von CFC-Reibmaterial einerseits und kunstharzgebundenem Reibmaterial andererseits ausgeglichen, da aufgrund der Temperatureinflüsse während des Bremsvorganges das sich geringer 0 ausdehnende CFC-Reibmaterial durch die bei Erwärmung starke Wärmedehnung des sich unter dem Reibstück aus CFC-Reibmaterial befindlichen Anteils an organischem Reibmaterial kompensiert wird. Damit unterliegen beide Materialien praktisch dem gleichen Verschleiß, wobei der eingangs beschriebe-5 ne Effekt des Auftragens von CFC-Reibmaterial auf die Reibfläche des organischgebundenen Reibmaterials erhalten bleibt.This object is achieved according to the invention by a brake body for a disc brake with a carrier plate made of metal, on which a base body made of an organically bound friction material is arranged, which has at least one recess on its friction surface facing the counter friction surface of the brake disc, into which a friction piece made of CFC friction material is inserted, the friction surface of which is aligned at the same level as the adjacent friction surface of the base body, and wherein the bottom of the recess in the base body is formed by the organically bound friction material. This measure compensates for the different thermal expansion of CFC friction material on the one hand and synthetic resin-bound friction material on the other, since due to the temperature influences during the braking process, the CFC friction material, which expands less, is compensated for by the strong thermal expansion of the portion of organic friction material located under the friction piece made of CFC friction material when heated. Both materials are therefore subject to practically the same level of wear, while the effect of applying CFC friction material to the friction surface of the organically bonded friction material described above is retained.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entneh-0 men.Further features and embodiments of the invention can be found in the claims and the following description.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels eines Bremskörpers für eine Scheibenbremse an einem Schienenfahrzeug näher erläutert. Es zeigen: 35The invention is explained in more detail using schematic drawings of an embodiment of a brake body for a disc brake on a rail vehicle. Shown are: 35

Fig. 1 eine Aufsicht auf die Reibfläche eines ausFig. 1 is a plan view of the friction surface of a

zwei Teilbelägen gebildeten Reibblocks,friction block formed by two partial linings,

Fig. 2 einen Schnitt gem. der Linie II-II inFig. 2 a section along the line II-II in

Fig. 1,
5Fig.1,
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Fig. 3 einen Schnitt gem. der Linie III-III inFig. 3 a section along the line III-III in

Fig. 1.Fig.1.

Der in Fig. 1 dargestellte Bremskörper für eine Scheibenbremse an einem Schienenfahrzeug besteht aus zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Reibblöcken 1.1 und 1.2, die in bekannter Weise von einem Bremsschuh 2 aus Metall auswechselbar gehalten sind. Dies ist in der Schnittdarstellung gem. Fig. 2 ersichtlich. Der Bremsschuh 2 weist eine Haltenut 3 mit schwalbenschwanzförmigem Querschnitt auf, in die die beiden Reibblöcke 1.1 und 1.2 in Längsrichtung eingeschoben sind. Durch entsprechende Sperrmittel sind die beiden Reibblöcke 1.1 und 1.2 auf dem Bremsschuh 2 fixiert.The brake body shown in Fig. 1 for a disc brake on a rail vehicle consists of two friction blocks 1.1 and 1.2 arranged in mirror images of each other, which are held in a known manner by a replaceable metal brake shoe 2. This can be seen in the sectional view according to Fig. 2. The brake shoe 2 has a holding groove 3 with a dovetail-shaped cross-section, into which the two friction blocks 1.1 and 1.2 are inserted in the longitudinal direction. The two friction blocks 1.1 and 1.2 are fixed to the brake shoe 2 by appropriate locking means.

0 Die Reibblöcke 1.1 und 1.2 bestehen im wesentlichen aus einer Trägerplatte 4, beispielsweise aus Aluminium, die einen entsprechenden schwalbenschwanzförmigen Ansatz 5 aufweist, über den die Trägerplatte von der Nut 3 formschlüssig gehalten wird.0 The friction blocks 1.1 and 1.2 essentially consist of a carrier plate 4, for example made of aluminum, which has a corresponding dovetail-shaped projection 5, via which the carrier plate is held in a form-fitting manner by the groove 3.

Die Trägerplatte 4 weist auf ihrer dem Ansatz 5 abgekehrten Fläche eine dünne Beschichtung 6 aus einem schlecht wärmeleitenden Material auf, beispielsweise eine durch Flammspritzen oder dergl. aufgetragenes Keramikmaterial. 30The carrier plate 4 has a thin coating 6 made of a poorly heat-conducting material, for example a ceramic material applied by flame spraying or the like, on its surface facing away from the projection 5. 30

Auf die Beschicht 6 ist dann ein die ganze Fläche überdeckendes organischgebundenes, beispielsweise kunstharzgebundenes Reibmaterial aufgepreßt, das einen Grundkörper 7 bildet.An organically bonded friction material, for example a synthetic resin-bonded material, is then pressed onto the coating 6, covering the entire surface and forming a base body 7.

Der Grundkörper 7 ist, wie die Aufsicht gem. Fig. 1 erkennen läßt, im Bereich der Teilungsfuge 8 zwischen den beiden Reibblöcken 1.1 und 1.2 mit einer Ausnehmung 9 versehen, in dieThe base body 7 is, as can be seen from the top view according to Fig. 1, provided with a recess 9 in the area of the dividing joint 8 between the two friction blocks 1.1 and 1.2, into which

ein Reibstück 10 aus einem CFC-Reibmaterial eingesetzt ist. Das Reibstück 10 ist mit seiner der angedeuteten Gegenreibfläche 17 zugekehrten Reibfläche 16 niveaugleich zur Reibfläche 16 des Grundkörpers 1.
5a friction piece 10 made of a CFC friction material is inserted. The friction piece 10, with its friction surface 16 facing the indicated counter friction surface 17, is at the same level as the friction surface 16 of the base body 1.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner jeweils an den beiden freien Enden, die je nach Drehrichtung der Bremsscheibe einen Einlauf- bzw. Auslaufbereich bilden, ebenfalls eine entsprechende Ausnehmung 9.1 angeordnet, in die ebenfalls ein Reibstück 10.1 aus CFC-Reibmaterial eingesetzt ist.In the embodiment shown here, a corresponding recess 9.1 is also arranged at each of the two free ends, which form an inlet or outlet area depending on the direction of rotation of the brake disc, into which a friction piece 10.1 made of CFC friction material is also inserted.

Die Ausnehmung 9 ist hierbei so ausgeführt, daß der Boden noch durch organisches Reibmaterial gebildet wird, d. h. also sich über die gesamte Fläche unter dem eingesetzten Reibstück 10 aus CFC-Reibmaterial organisches Material mit entsprechender Materialstärke befindet. Die Tiefe der Ausnehmung 9 ist hierbei so gewählt, daß sie etwas größer ist als die durch die Betriebsvorschriften vorgeschriebene Restdicke des Reib-0 belages.The recess 9 is designed in such a way that the bottom is still made of organic friction material, i.e. there is organic material of the appropriate thickness over the entire surface under the inserted friction piece 10 made of CFC friction material. The depth of the recess 9 is selected in such a way that it is slightly larger than the remaining thickness of the friction lining prescribed by the operating instructions.

Zur Aufnahme der beim Reibvorgang auftretenden, in der Ebene der Trägerplatte 4 wirkenden Scherkräfte sind in den einander zugekehrten Flächen der Ausnehmung 9 im organischen Belag und des Reibstücks 10 jeweils einander zugeordnete Vertiefungen 12.1 und 12.2 vorgesehen, in die eine, die einander berührenden Flächen übergreifende Scherstütze 13 eingesetzt ist. Die Scherstütze 13 wird beispielsweise durch einen zylindrischen Körper aus Aluminium gebildet, der aus einem gegenüber dem 0 Material der Gegenreibfläche 17 "weicheren" Metall, beispielsweise Aluminium oder Kupfer besteht. Dadurch ist sichergestellt, daß auch bei einer Abnutzung des Reibmaterials über das vorgegebene Maß hinaus eine Beührung mit der Scherstütze 13 die Gegenreibfläche 17 nicht beschädigt. In Fig. 5 sind für den Reibblock 11 die Reibstücke 10 und 10.1 in einem Teilhorizontalschnitt dargestellt.To absorb the shear forces that occur during the friction process and act in the plane of the carrier plate 4, recesses 12.1 and 12.2 that are associated with one another are provided in the facing surfaces of the recess 9 in the organic coating and the friction piece 10, into which a shear support 13 is inserted that spans the contacting surfaces. The shear support 13 is formed, for example, by a cylindrical body made of aluminum, which consists of a metal that is "softer" than the material of the counter friction surface 17, for example aluminum or copper. This ensures that even if the friction material wears beyond the specified amount, contact with the shear support 13 does not damage the counter friction surface 17. In Fig. 5, the friction pieces 10 and 10.1 are shown in a partial horizontal section for the friction block 11.

Im randseitigen Berührungsbereich zwischen Grundkörper 7 und Reibstück 10 ist, wie in Fig. 1 in der Aufsicht und in Fig. im Schnitt dargestellt, eine beide Teile übergreifende Sackloch 14 angeordnet, in das als Befestigungsmittel 15 ein Spreizkörper eingepreßt ist, der beispielweise aus Kupfer besteht, damit bei starker Abnutzung die Gegenreibfläche nicht beschädigt wird. Der Spreizkörper fixiert das Reibstück 10 in der Ausnehmung 9 gegen ein Herausfallen.In the edge contact area between the base body 7 and the friction piece 10, as shown in Fig. 1 in plan view and in Fig. in section, a blind hole 14 is arranged that spans both parts, into which a spreading body is pressed as a fastening means 15, which consists for example of copper, so that the counter friction surface is not damaged in the event of heavy wear. The spreading body fixes the friction piece 10 in the recess 9 to prevent it from falling out.

Claims

1. Brake body for a disc brake with a carrier plate ( 4 ) made of metal, on which a base body ( 7 ) made of an organically bound friction material is arranged, which has at least one recess ( 9 , 9.1 ) on its friction surface ( 16 ) facing the counter friction surface of the brake disc, into which a friction piece ( 10 , 10.1 ) made of CFC friction material is inserted, the friction surface ( 17 ) of which is aligned at the same level as the adjacent friction surface ( 16 ) of the base body ( 7 ), wherein the bottom ( 11 ) of the recess ( 9 ) in the base body ( 7 ) is formed by the organic friction material.

2. Brake body according to claim 1, characterized in that in the bottom ( 11 ) of the recess ( 9 ) in the organic friction material and in the facing surface of the friction piece ( 10 ) there is provided in each case an associated depression ( 12.1 , 12.2 ) for receiving a shear support ( 13 ).

3. Brake body according to claim 1 or 2, characterized in that the recesses ( 12.1 , 1.2 ) are formed by cylindrical blind holes and the shear support ( 13 ) is formed by a cylindrical body.

4. Brake body according to one of claims 1 to 3, characterized in that the shear support consists of metal.

5. Brake body according to one of claims 1 to 4, characterized in that fastening means ( 15 ) are provided for fixing the friction piece ( 10 ) to the base body ( 7 ) and/or the carrier plate ( 4 ).

6. Brake body according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the edge-side contact area between the base body ( 7 ) and the friction piece ( 10 ) there is arranged a blind hole ( 14 ) which extends over both parts and into which a spreading body is pressed as a fastening means ( 15 ).