LAUTH OLIVER (DE)
ALIDAD IRAJ (DE)
LAUTH OLIVER (DE)
| WO1982000051A1 | 1982-01-07 |
| US20070068750A1 | 2007-03-29 | |||
| EP1296081A1 | 2003-03-26 | |||
| US5332067A | 1994-07-26 | |||
| EP1887245A2 | 2008-02-13 |
| B r e m s b e l a g
Patentansprüche
1.) Bremsbelag, mit einem Belagträger (1), auf dem ggf. unter
Zwischenschaltung einer Underlayerschicht (4) mittels eines Klebers (3) eine Reibmasse (5) aufgebracht ist, d ad u rch geken nzei ch net, dass der Belagträger (1) zumindest teilweise aus keramischem Material besteht.
2.) Bremsbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Belagträger (1) mindestens auf seiner der Reibmasse (5) abgewandten
Seite vorzugsweise vollständig aus keramischem Material besteht.
3.) Bremsbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Belagträger (1) eine Struktur zur Verankerung der Reibmasse (5) aufweist.
4.) Bremsbelag nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur Vertiefungen, insbesondere Vertiefungen mit Hinterschneidungen, aufweist.
5.) Bremsbelag nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur Nuten (6) umfasst, die vorzugsweise einen im Wesentlichen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt aufweisen.
6.) Bremsbelag nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur den Randbereich des Belagträgers (1) unberührt lässt.
7.) Bremsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefestigkeit des keramischen Materials mindestens 50 N/mm 2 , vorzugsweise mindestens 500 N/mm 2 , insbesondere mindestens 1000 N/mm 2 beträgt.
8.) Bremsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfestigkeit des keramischen Materials mindestens 50 N/mm 2 , vorzugsweise mindestens 500 N/mm 2 , insbesondere 3000 N/mm 2 beträgt.
9.) Bremsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des keramischen Materials mindestens 1,8 g/cm 3 , vorzugsweise mindestens 3 g/cm 3 beträgt.
10.) Bremsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen E-Modul des keramischen Materials von mindestens 50 Gpa, vorzugsweise mindestens 100 Gpa.
11.) Bremsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Risszähigkeit des keramischen Materials mindestens 5 Mpa m 0/5 , insbesondere ca. 8 Mpa m 0/5 beträgt.
12.) Bremsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte nach Vickers (HVO, 5) beträgt mindestens 500, vorzugsweise 1000 beträgt.
13.) Bremsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsbelag mindestens die Bestandteile AI 2 O 3 , MgO, ZrO 2 und Y 2 O 3 aufweist.
14.) Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise keramischen Belagträgers für einen Bremsbelag, d ad u rch ge ke n nze ich net,
- dass der Belagträger in einem Formgebungsvorgang und einem nachfolgenden Sintervorgang hergestellt wird, und dass in dem Formgebungsvorgang der Belagträger im Wesentlichen seine endgültige Form erhält,
- wobei in dem Formgebungsvorgang in die Oberfläche des Belagträgers eine Struktur zur späteren Verankerung einer Reibmasse eingebracht wird.
15.) Verfahren zur Herstellung des keramischen Belagträgers nach Anspruch
14, dadurch gekennzeichnet, dass während des Formgebungsvorgangs in der Oberfläche des Belagträgers Nuten eingebracht werden.
16.) Verfahren zur Herstellung des keramischen Belagträgers nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die der Struktur abgewandte
Seite des Belagträgers nach dem Sintervorgang plangeschliffen wird.
17.) Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise keramischen
Belagträgers für einen Bremsbelag, da d u rch ge ken nze ich net,
- dass aus keramischem Material ein Block hergestellt wird,
- dass von dem Block Scheiben abgetrennt werden, - dass auf und/oder in die Scheiben eine Struktur eingebracht wird, und
- dass die Scheiben endgesintert werden.
18.) Verfahren zur Herstellung des keramischen Belagträgers nach Anspruch
17, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche der Scheiben Nuten eingebracht, insbesondere eingefräst oder eingesägt, werden.
19.) Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche des Belagträgers eine Struktur mit Hinterschneidungen eingebracht wird.
20.) Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Block bereits im Wesentlichen die endgültige Außenkontur des Belagträgers aufweist.
21.) Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben nach dem Endsintern auf ihrer der Struktur abgewandten Seite plangeschliffen werden. |
B r e m s b e l a g
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Bremsbelag, mit einem Belagträger, auf dem ggf. unter Zwischenschaltung einer Underlayerschicht mittels eines Klebers eine Reibmasse aufgebracht ist.
Derartige Bremsbeläge sind im Stand der Technik in einer großen Vielfalt bekannt. Der Belagträger (auch „Trägerblech" genannt) dient der Halterung des Gesamtsystems. Auf dem Belagträger ist die Reibmasse aufgebracht, über die die Bremskraft auf den zugehörigen Reibkörper, beispielsweise eine
Bremsscheibe, aufgebracht wird. Zwischen der Reibmasse und dem Belagträger kann eine Underlayerschicht angeordnet sein, die zur Verbesserung der Haftverbindung der Reibmasse dient.
Bremsbeläge kommen in den verschiedensten Gebieten der Technik zum Einsatz. Lediglich exemplarisch seien an dieser Stelle Kraftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge oder Windkrafträder angeführt.
BESTATIGUNGSKOPIE
Die Bremsbeläge sind im Einsatz hohen Belastungen ausgesetzt. Zum einen werden teilweise erhebliche Kräfte aufgebracht, zum anderen herrschen bei Bremsvorgängen extrem hohe Temperaturen, die das Material zusätzlich beanspruchen. Es sind Belagträger aus Stahl bekannt, die hohen Anforderungen gerecht werden.
In einigen Fällen treten bei Bremsvorgängen kurzzeitig Temperaturen von über 1.100 ° C auf. Bei derartigen Temperaturen besteht die Gefahr, dass die Bremsflüssigkeit siedet, was fatale Auswirkungen auf die Bremswirkung hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bremsbelag zu schaffen, der auch bei überdurchschnittlich hohen Temperaturen eine sichere Bremswirkung zur Verfügung stellt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs genannte Bremsbelag erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Belagträger zumindest teilweise aus keramischem Material besteht.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich ein keramischer Werkstoff wider Erwarten hervorragend für einen Belagträger eignet. Insbesondere wurde bisher vermutet, dass die hohe Sprödigkeit des keramischen Werkstoffes diesen Werkstoff für Belagträger ausschließt. Dies ist jedoch nicht der Fall.
Die Vorteile eines zumindest teilweise aus keramischem Material bestehenden Belagträgers sind erheblich. In erster Linie weist der erfindungsgemäße
Belagträger hervorragende Isoliereigenschaften auf. Es wurde gefunden, dass die Isolierungswirkung so weit geht, dass auch bei extremen Temperaturen, wie sie beispielsweise bei Hochleistungsbremsen auftreten, die Bremsflüssigkeit nicht bis in einen kritischen Bereich hinein erhitzt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffs eine zuverlässige und einwandfreie Funktion auch bei den genannten
Extremtemperaturen gewährleistet werden kann. Unerwünschte Verspannungen können praktisch ausgeschlossen werden.
Die vorgenannten Vorteile kommen vor allem dann zum Tragen, wenn der Belagträger mindestens auf seiner der Reibmasse abgewandten Seite aus keramischem Material besteht. Vorzugsweise besteht der Belagträger vollständig aus keramischem Material.
Während eines Bremsvorganges treten erhebliche Scherkräfte zwischen dem Belagträger und der Reibmasse auf. Insoweit kommt der sicheren Befestigung der Reibmasse auf dem Belagträger eine besondere Bedeutung zu. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Belagträger eine Struktur zur Verankerung der Reibmasse aufweist.
Vorzugsweise weist die Struktur Vertiefungen auf, in die die Reibmasse eingreift. Unter der Begriff Vertiefung wird im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Struktur verstanden, bei der die Vertiefungen in den scheibenartigen Belagträger eingebracht sind, bei dem sich also die Vertiefungen in den Belagträger hineinerstrecken.
Für einen besonders sicheren Halt haben sich in ersten Tests Vertiefungen bewährt, die Hinterschneidungen aufweisen. Beim Aufbringen der Reibmasse auf den Belagträger gelangt die Reibmasse unter hohem Druck bis in die Hinterschneidungen und sichert die Reibmasse auf dem Belagträger hervorragend.
Die Struktur kann vielseitig ausgebildet sein. Vorteilhafterweise umfasst die Struktur Nuten, die in den Belagträger beispielsweise durch Fräsen oder Sägen eingebracht worden sind. Insbesondere können die Nuten einen im Wesentlichen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt aufweisen. Im Rahmen der
Weiterbildung der Erfindung liegt es, die Nuten mit einem Radius zu versehen. Durch diese Maßnahme können etwaige Kerbwirkungen reduziert werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur den Randbereich unberührt lässt. Der Randbereich des Belagträgers weist also einen größeren Querschnitt auf als der mit der Struktur belegte Bereich des Belagträgers.
Folgende Materialeigenschaften des keramischen Materials haben sich unabhängig voneinander oder in Zusammenschau als besonders vorteilhaft erwiesen :
Die Biegefestigkeit beträgt mindestens 50 N/mm 2 , vorzugsweise mindestens 500 N/mm 2 , insbesondere mindestens 1000 N/mm 2 .
Die Druckfestigkeit beträgt mindestens 50 N/mm 2 , vorzugsweise mindestens 500 N/mm 2 , insbesondere 3000 N/mm 2 .
Die Dichte beträgt mindestens 1,8 g/cm 3 , vorzugsweise mindestens 3 g/cm 3 .
Der E-Modul beträgt mindestens 50 Gpa, vorzugsweise mindestens 100 Gpa.
Die Schlagzähigkeit beträgt mindestens 5 Mpa m 0<5 , insbesondere ca. 8 Mpa m 0/5 .
Die Härte nach Vickers (HVO, 5) beträgt mindestens 500, vorzugsweise 1000.
Vorzugsweise weist der Bremsbelag mindestens die Bestandteile AI 2 O 3 , MgO, ZrO 2 und Y 2 O 3 auf. Darüber hinaus sind folgende Zusammensetzungen denkbar:
Keramik mit 20% bis 100% AI 2 O 3 und Zuschlägen von MgO (0 % bis 50 %), SiO 2 (0 % bis 80%), ZrO 2 (0% bis 50 %).
Keramik mit 50 % bis 100 % Si 2 N 4 und Zuschlägen von AI 2 O 3 (0% bis 50 %), Y 2 O 3 (0% bis 50 0 Zo) 1 TiO 2 (0% bis 50 %), ZrO 2 (O % bis 50 %), MgO (0% bis 50 %).
Keramik mit 50 % bis 100 % ZrO 2 und Zuschlägen von CeO (O % bis 30 %), MgO (O % bis 30 %), Y 2 O 3 (0% bis 30 %), AI 2 O 3 (0% bis 50 %).
Keramik mit 50% bis 100 % SiC und Zuschlägen von Si (0% bis 50 %) und C (0% bis 50 %).
Alle Keramiken weisen Spuren anderer Oxide auf, insbesondere Fe 2 O 3 , ZnO, K 2 O, MnO 2 , CaO von 0% bis 5 %.
Die erfindungsgemäße Trägerplatte ist besonders vorteilhaft herstellbar. Hier bieten sich zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe zwei alternative Verfahren gemäß der Patentansprüche 14 und 17 an :
Bei dem ersten Verfahren wird in einem Formgebungsvorgang zunächst ein keramischer Belagträger gepresst. Bereits im Pressvorgang wird eine Struktur in die Oberfläche des Belagträgers eingebracht. Bei der Struktur kann es sich insbesondere um Nuten handeln. Die Struktur dient einem besseren Halt der Reibmasse auf dem Belagträger. Anschließend wird der Belagträger endgesintert.
Nach der Fertigstellung des Belagträgers wird auf den Belagträger ein Kleber, ggf. eine Underlayerschicht und die Reibmasse aufgebracht. Die Aufbringung der Reibmasse auf den Belagträger erfolgt unter sehr hohem Druck. Zunächst war es mit erheblichen Problemen verbunden, die Reibmasse auf den keramischen Belagträger aufzubringen, da der Belagträger regelmäßig zerstört wurde. Eingehende Untersuchungen haben ergeben, dass der Bruch des Belagträgers dadurch verhindert werden kann, dass die der Struktur abgewandte Seite des Belagträgers nach dem Sintervorgang plangeschliffen wird.
Alternativ zu dem erstgenannten Verfahren kommt ein Verfahren zur Anwendung, bei dem zunächst ein keramischer Block unter Bildung eines Grünlings gepresst wird. Von dem keramischen Block werden Scheiben abgetrennt. Diese Scheiben können vorzugsweise bereits im Wesentlichen die Außenkontur des Belagträgers aufweisen, wobei zu beachten ist, dass bei einem nachfolgenden Sintervorgang noch eine Schrumpfung des Materials erfolgt.
Auf und/oder in die Scheiben (Grünling) wird anschließend eine Struktur eingebracht. Erst danach werden die Scheiben endgesintert und anschließend auf den Belagträger ein Kleber, ggf. eine Underlayerschicht und eine Reibmasse aufgebracht.
Bei der Struktur kann es sich beispielsweise um Durchgangsöffnungen handeln. Alternativ oder zusätzlich werden in den Belagträger Nuten eingebracht. Die Einbringung der Struktur erfolgt in einem Zustand, in dem der Belagträger noch nicht ausgehärtet ist. Insoweit kann die Struktur einfach und verschleißfrei eingebracht, insbesondere eingefräst oder eingesägt werden.
Wie bereits zuvor erwähnt, können bei der nachgeschalteten Bearbeitung vorteilhaft auch Hinterschneidungen in die Scheibe bzw. den Belagträger eingebracht werden.
Auch bei dem zweiten Verfahren wird vorgeschlagen, die Scheiben nach dem Endsintern planzuschleifen.
Im folgende wird die Erfindung im Zusammenhang mit der anhängenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Figur 1 eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bremsbelags von unten;
Figur 2 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bremsbelags nach Figur
1;
Figur 3 ein zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Belagträgers; und
Figur 4 eine Schnittansicht eines Ausschnitts des erfindungsgemäßen Belagträgers nach Figur 3.
Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen Bremsbelag von unten. Es ist der
Belagträger 1 zu sehen, in dem öffnungen 2 zur Verankerung der Reibmasse ausgebildet sind.
Figur 2 zeigt den Bremsbelag in einer Seitenansicht. Auf den Belagträger sind übereinander ein Kleber 3, eine Underlayermasse 4 und eine Reibmasse 5 aufgebracht. Erfindungsgemäß besteht der Belagträger aus einem keramischen Material.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Belagträgers 1. In den Belagträger sind Nuten 6 eingefräst, die - wie auch die öffnungen 2 gemäß Figur 1 - die Reibmasse auf dem
Belagträger verankern sollen. Die Nuten 6 weisen einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt auf, wie es Figur 4 zu entnehmen ist.
Aus übersichtsgründen ist in Figur 4 lediglich eine Nut 6 dargestellt.
Die Nuten 6 können beispielsweise in den Belagträger eingefräst oder eingesägt werden, und zwar zu einem Zeitpunkt der Herstellung, zu dem der Belagträger noch nicht ausgehärtet ist. Der Vorteil der Einbringung der Nuten in den so genannten Grünling liegt darin, dass Werkzeuge geschont werden können und gleichzeitig hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten möglich sind. Vorteilhafterweise wird der Belagträger nach einem anschließenden Sintervorgang auf seiner (der
Struktur abgewandte) Unterseite plangeschliffen.