Besch reibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsbacke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Presse zur Herstellung von Bremsbacken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 sowie eine Bremsbacke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Das Verfahren zur Herstellung einer Bremsbacke sieht vor, dass Reibmaterial auf einer Belagträgerplatte aufgebracht und mittels eines Pressstempels du rch Ausüben einer Presskraft auf eine

Pressfläche des Reibmaterials verdichtet wird .

Verfahren der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt.

Bremsbacken werden in nahezu allen Fahrzeugen, insbesondere in

Kraftfahrzeugen, wie Personenkraftwagen , Lastkraftwagen , Bussen und

dergleichen verwendet. Für diese Fahrzeuge haben sich als einzige Bremse oder Primärbremse zwei unterschied liche Bremstypen als bevorzugt herausgestellt, Trommelbremse und Scheibenbremse. Dabei wird der Scheibenbremse aufgrund ihrer höheren Bremsleistung und einfacheren Wärmeabfuhr häufig der Vorzug gegeben.

Den meisten Primärbremsanlagen ist gleich, dass ein Reibkörper, eine

Bremsbacke, gegen ein mit einem Rad drehfest verbundenen Bauteil, eine

Bremstrommel oder eine Bremsscheibe, gerieben wird . Hierdurch wird

Bewegu ngsenergie in Wärme umgewandelt und das Fah rzeug verlangsamt.

Im Falle einer Scheibenbremse werden in einem Bremssattel geführte

Bremsbacken, bei denen ein Reibmaterial auf einer Belagträgerplatte aufgebracht ist, hyd raulisch oder pneumatisch gegen die m it dem Rad mitrotierende Scheibe gepresst, die von dem Bremssattel axial umgriffen wird. Bremsen müssen eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen. Zu d iesen Anforderungen zählen , dass d ie Bremse ein g leichbleibendes Bremsverhalten unter allen Zuständen haben soll. Die Bremse soll neu genauso g ut bremsen wie bereits abgenutzt. Sie soll kalt genauso gut bremsen wie warm. Auch Nässe soll das Bremsverhalten mög lichst nicht beeinflussen .

Eine weitere Herausforderung ist, dass Bremsen möglicherweise zum Quietschen neigen . Dies ist dadurch bed ingt, das die Bremsen zu Vibrationen angeregt werden und dadurch hochfrequent schwingen. Die Verhinderung von Bremsenquietschen ist seit langem Bestandteil der Untersuchungen von Bremsenherstellern.

Verschiedene Verfahren wurden dabei beschrieben .

So offenbart d ie DE 39 05 627 A1 ein Verfah ren zur Herstellung eines Belags für eine Bremsscheibe, wobei der Belag eine Grundplatte und eine Auflage auf der Grundplatte hat und mittels Erwärmung und Pressen von körnigem Gut geformt ist. Die Auflage ist in Form einer Mehrzahl von Arten von Auflageabschnitten

ausgebildet, die fest mit einer Mehrzahl von auf der Oberfläche der Grundplatte vorgegebenen Bereichen verbunden sind . Das körnige Gut wird für die jeweiligen Auflageabschnitte in d ie Bereiche eingebracht, die in einem Formgestell durch U nterteilungsplatteneinrichtungen so begrenzt werden , dass sie den auf der Grundplatte vorgegebenen Bereichen entsprechen . Die

U nterteilungsplattenein richtungen werden dann von dem Formgestell entfernt. Das körnige Gut im Formgestell wird einer Pressbehand lung unterworfen , bei der das körnige Gut gegen d ie Grundplatte gedrückt wird , d ie derart angeordnet ist, dass ein offenes Ende des Formgestells geschlossen ist. Das körnige Gut wird ebenfalls einer Wärmebehandlung unterworfen . Die Auflageabschn itte werden befestigt, die auf einer Oberfläche der Grundplatte ausgeformt wurden .

Dadu rch können in den unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche körnige Güter mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden. Nachteilig an dem Verfahren ist, dass die Herstellung relativ aufwendig ist. Zudem sind unterschiedliche Abnutzungseigenschaften der unterschiedlichen Bereiche zu erwarten, die über die Nutzungsdauer eine Veränderung der Bremseigenschaften nach sich ziehen können .

Somit stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsbacke, eine Presse und eine Bremsbacke der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass Bremsbacken mit verbesserten Materialeigenschaften angegeben werden können, die möglichst kostengünstig herstellbar sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsbacke gemäß Anspruch 1 , durch eine Presse zur Herstellung von Bremsbacken gemäß dem nebengeordneten Anspruch 6 sowie durch eine Bremsbacke gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10. Weiterführende Ausgestaltungen des Verfahrens, der Presse sowie der Bremsbacke sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsbacke beschrieben. Im Rahmen des Verfahrens wird Reibmaterial auf einer Belagträgerplatte aufgebracht und mittels eines Pressstempels durch Aufbringen einer Presskraft auf eine

Pressfläche des Reibmaterials verdichtet. Das Aufbringen des Reibmaterials kann durch Schüttung erfolgen , wobei das Reibmaterial üblicherweise parallel zur Grundplatte geschüttet wird. Das Verdichten geschieht unter Zuführung von Hitze, sodass das Reibmaterial bindet und der Reibbelag seine gewünschten Eigenschaften annimmt.

Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Presskraft des Pressstempels über die Pressfläche inhomogen aufgebracht wird. Hierdurch entstehen in dem Reibmaterial Bereiche, die höher verdichtet werden als andere Bereiche. Das Reibmaterial hat nach der Pressung in den unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche physikalische Eigenschaften , insbesondere unterschiedliche Kompressibilität. Diese unterschiedlichen Kompressibilitäten können dazu verwendet werden, das Resonanzverhalten einer Bremsanordnung, insbesondere das Zusammenspiel zwischen Bremsbacken und Bremsscheibe so zu optimieren, dass Bremsenquietschen vermieden werden kann.

Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bremsbacken können flexibler auf fahrzeugspezifische Bremsanlagen eingestellt werden. So können sie einerseits so ausgelegt werden , dass ihre Resonanzfrequenzen in Bereichen liegen, die in der Praxis nicht angeregt werden und andererseits so, dass möglicherweise auftretende Schwingungen ausreichend gedämpft werden. Die Dämpfung bewirkt, dass das System auch bei Anregungen in der Nähe der Resonanzfrequenz nicht aufschwingt. Gleichzeitig werden durch Teilbereiche niedriger Kompressibilität gute Bremseigenschaften sichergestellt.

Desweiteren wird durch das Verfahren erreicht, dass ein Vorformschritt mit wellenförmigem Pressstempel zur Erzeugung unterschiedlicher Dichtebereiche überflüssig wird. Darüber hinaus lassen sich die Bereiche unterschiedlicher Dichte durch das Verfahren wesentlich genauer definieren, da auf diese Weise ein

Fließausgleich vermieden werden kann. Ein Fließausgleich kommt nach dem Stand der Technik während eines einem Vorformverfahren folgenden Erhitzungs- und Pressschrittes mit ebenem Pressstempel vor, da das Reibmaterial auf axiale Presskräfte radial zur Presskraft in Zonen niedrigeren Drucks ausweicht.

Ein erster weiterführender Aspekt des Verfahrens sieht vor, dass der Pressstempel eine nicht ebene Pressfläche aufweist und senkrecht zu der Belagträgerplatte bewegt wird. Durch die nicht ebene Pressfläche des Pressstempels können bei einer Bewegung des Pressstempels senkrecht zur Belagträgerplatte Bereiche erzeugt werden, in denen unterschiedliche Presskräfte auf den Reibbelag ausgeübt werden. Die unterschiedlichen Presskräfte bewirken , dass das Reibmaterial in den verschiedenen Bereichen unterschiedlich verdichtet wird, so dass Teilbereiche mit hoher Kompressibilität und Teilbereiche mit niedriger Kompressibilität geschaffen werden können. Durch das Bewegen des Pressstempels senkrecht zur

Belagträgerplatte kann eine auf das viskose Reibmaterial wirkende Scherkraft beim Pressen gering gehalten werden, so dass ein Fluss von Reibmaterial, der einen gewissen Ausgleich zwischen den unterschiedlichen Bereichen bewirken könnte, reduziert werden kann.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Pressstempel eine gestufte oder gekrümmte Pressfläche aufweist. Ein gestufter Pressstempel kann eine oder mehrere Stufen aufweisen , so dass Bereiche des Reibmaterials entstehen, die dichter an die Belagträgerplatte heranreichen als andere Bereiche. In solchen Bereichen wird eine höhere Presskraft erreicht als in Bereichen, die weiter weg von der Belagträgerplatte sind. Durch Verwendung von gekrümmten Pressflächen ist es möglich, Kompressionsgradienten einzubringen, die einen homogenen Übergang von Teilbereichen hoher Kompressibilität und Teilbereichen niedriger Kompressibilität bewirken, was für manche Auslegungen vorteilhaft ist.

In einer weiterführenden Ausgestaltung kann der Pressstempel zwischen zwei und sechs oder zwischen drei und fünf oder drei oder vier oder fünf Stufen aufweisen. Somit lassen sich je nach Anforderung entsprechende Zonen unterschiedlicher Verdichtung im Reibmaterial definieren, z.B. härtere oder weichere Randzonen verglichen mit mittleren Bereichen.

In einer weiterführenden Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die gepresste Bremsbacke nach dem Verdichten in vorgenannter weise gehärtet und/oder gescorcht wird.

Darüber hinaus kann in manchen Ausgestaltungen vorgesehen werden, dass die gepresste und/oder gehärtete/gescorchte Bremsbacke eingeebnet wird, um

Oberflächenunebenheiten und/oder Stufen zu entfernen . Das Einebnen kann durch Abschleifen erfolgen. Das Einebnen kann auch ein Zwischenschritt zwischen Härten und Scorchen sein.

Gemäß einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann eine Vorformung von Reibmaterial auf der Belagträgerplatte mit einem ebenen Stempel vorgenommen werden. Somit kann das Reibmaterial gleichmäßig auf der Belagträgerplatte verteilt werden.

Ein erster unabhängiger Gegenstand betrifft eine Presse zur Herstellung von Bremsbacken, mit einem Pressnest, in das eine Belagträgerplatte sowie

Reibmaterial einbringbar sind, und mit einem verfahrbaren Pressstempel, der gegen das Reibmaterial pressbar ist. Erfindungsgemäß ist die Presse derart gestaltet, dass die Presskraft über eine Pressfläche des Pressstempels inhomogen aufgebracht wird . Hierdurch kann erreicht werden, dass die gepressten

Bremsbacken in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich stark komprimiert werden, so dass das Reibmaterial der fertiggestellten Bremsbacke Teilbereiche mit einer hohen Kompressibilität und Teilbereiche mit einer demgegenüber niedrigeren Kompressibilität aufweist. Gemäß einer ersten möglichen weiterführenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Pressstempel eine nicht ebene Pressfläche aufweist und senkrecht zur Belagträgerplatte bewegbar ist. Durch die Verwendung einer nicht ebenen

Pressfläche können bei einer Bewegung des Pressstempels senkrecht zur

Belagträgerplatte unterschiedliche Presskräfte in unterschiedlichen Bereichen durch unterschiedlich hohe Kompression des Reibmaterials erreicht werden.

In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Pressstempel eine gestufte oder gekrümmte Pressfläche aufweist. Durch Stufen oder Krümmungen der Pressfläche, beispielsweise konkave oder konvexe Krümmungen, können Reibmaterialien in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich stark pressen und damit gewünschte Materialeigenschaften einer fertigen Bremsbacke erzeugen, die geeignet sind , erforderliche Bremseigenschaften bereitzustellen. Der Pressstempel kann in einer weiterführenden Ausgestaltung zwischen zwei und sechs oder zwischen drei und fünf oder drei oder vier oder fünf Stufen aufweisen. Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Bremsbacke mit einer Belagträgerplatte und Reibmaterial, das auf die

Belagträgerplatte gepresst ist, wobei das Reibmaterial Teilbereiche mit einer hohen Kompressibilität und Teilbereiche mit einer niedrigen Kompressibilität aufweist. Die Bremsbacke ist gemäß dem voranbeschriebenen Verfahren hergestellt. Solche Bremsbacken können hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften sowie

hinsichtlich ihres Bremsverhaltens derart optimiert werden, dass hohe

Bremsleistungen und hoher Bremskomfort kombinierbar sind.

Eine erste mögliche weiterführende Ausgestaltung sieht vor, dass die Teilbereiche hoher Kompressibilität und demgegenüber niedrigerer Kompressibilität über eine Reibfläche des Reibmaterials eingebracht sind. Somit kann es Bereiche des Bremsbelages geben, die weicher sind und solche, die härter sind . Die weicheren Bereiche, also solche Bereiche mit hoher Kompressibilität, können an solchen Stellen eingesetzt werden, an denen üblicherweise Schwingungen hervorgerufen werden können, beispielsweise in den Randbereichen des Reibmaterials. Die Teilbereiche mit hoher Kompressibilität, also die harten Bereiche, können beispielsweise in der Mitte der Bremsbacke angeordnet werden.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Teilbereiche mit einem Kompressionsgradienten ineinander übergehen. Dies kann bewirken, dass die Bereichsgrenzen nicht so stark ausgeprägt sind , was die Festigkeit einer entsprechenden Bremsbacke positiv beeinflussen kann.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines

Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung , auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung .

Dabei zeigen schematisch :

Figur 1 eine erfindungsgemäße Presse zum Herstellen einer

erfindungsgemäßen Bremsbacke,

Figur 2A bis 2D verschiedene Ansichten einer ersten Ausführungsform eines

Pressstempels,

Figur 3A bis 3C eine zweite Ausführungsform eines Pressstempels, Fig ur 4A bis 4C eine d ritte Ausführungsform eines Presstempels, Fig ur 5A bis 5C eine vierte Ausführungsform eines Pressstempels,

Figur 6A bis 6C eine fünfte Ausführungsform eines Pressstempels sowie Figur 7 eine Darstellung einer U ltraschallmessung , die mit einer

Versuchsanordnung erzeugt wurde.

Gleiche oder gleichwirkende Bauteile werden nachfolgend zur besseren Lesbarkeit mit gleichen Bezugszeichen versehen .

Fig ur 1 zeigte eine erfindungsgemäße Presse 2.

Die Presse 2 weist einen beweglichen Pressstempel 4 auf, der gegen ein

Pressnest 6 bewegbar ist. Der Pressstempel 4 ist durch einen Antrieb 8 axial betätigbar. In dem Pressnest 6 ist eine Bremsbacke 10 im ungepressten Zustand eingelegt. Die Bremsbacke weist eine Belagträgerplatte 12 und Reibmaterial 14 auf, wobei das Reibmaterial 14 auf die Belagträgerplatte 12 aufgebracht ist. Das Reibmaterial 14 kann vorgeformt sein, z. B. mit Hilfe eines ebenen Stempels.

Das Reibmaterial 14 soll mit Hilfe des Pressstempels 4 durch Pressen verdichtet werden. Das Reibmaterial 14 ist mit einer Reibfläche 16, die im späteren Einsatz einen Reibkontakt zu einer Bremsscheibe herstellen soll, zum Pressstempel 4 gerichtet. Die Reibfläche 16 des Reibmaterials 14 wird von einer Pressfläche 18 des Pressstempels 4 gepresst. Der Pressstempel 4 übt dabei eine Presskraft F aus.

Zur Herstellung entsprechender Bremsbacken sind weitere Verfahrensschritte erforderlich, die vorliegend nicht im Detail beschrieben sind, so zum Beispiel eine Wärmebehandlung des Reibmaterials, die einerseits eine Härtung mit sich bringt und andererseits ggf. ein Ausgasen des Reibmaterials.

Desweiteren kann ein Einebnen der Reibfläche 16 durch Abschleifen erfolgen.

Die Figuren 2A bis 2D zeigen verschiedene Ansichten eines Stempelkopfs 20 des Pressstempels 4 in einer ersten Ausführungsform.

Der Stempelkopf 20 kann einteilig mit dem Pressstempel 4 sein oder, wie

dargestellt, austauschbar.

Figur 2A zeigt dabei einen Querschnitt durch den Stempelkopf 20. Die Pressfläche 18 des Stempelkopfs 20 weist zwei Stufen auf, wie in der Vergrößerung nach Figur 2B deutlicher zu erkennen ist. Vorliegend sind die Stufenhöhen 0,5 mm. Durch die beiden Stufen wird das Reibmaterial 14 in drei Bereichen unterschiedlich stark verdichtet. Die am stärksten verdichteten Bereiche weisen eine niedrigere

Kompressibilität auf als die weniger stark verdichteten Bereiche. Auf diese Weise kann mit dem Stempelkopf 20 nach den Figuren 2A bis 2D eine Bremsbacke erzeugt werden , d ie d rei Bereiche mit untersch iedlicher Kompressibilität aufweisen .

Figur 2C zeigt eine Draufsicht auf den Stempelkopf 20 von der Pressfläche 1 8 aus gesehen . Die drei Bereiche 20. 1 bis 20.3, die durch d ie Stufen erzeugt werden , sind jeweils gleich breit und weisen parallele Kanten auf.

Figur 2D zeigt eine perspektivische Ansicht des Stempelkopfs. Die Figuren 3A bis 3C zeigen einen Stempelkopf 22 in einer zweiten

Ausführungsform .

Der Stempelkopf 22 ist ballig gestaltet, was durch die H ilfslinie 24 sichtbar wird . I n der Draufsicht nach Fig ur 3B sind daher keine Kanten auf der Pressfläche 1 8 zu erkennen . Durch d ie ballige Struktur wird ein Kompressionsgradient in dem

Reibmaterial 14 erzeugt.

Die Figuren 4A bis 4C zeigen eine dritte Ausführungsform eines Stempelkopfs 26, der, im Gegensatz zu der Ausführungsform nach den Fig uren 3A bis 3C, konkav gestaltet ist, so dass Randbereiche des Reibmaterials 14 stärker verd ichtet werden, als der mittlere Bereich.

Die Figuren 5A bis 5C zeigen eine vierte Ausführungsform eines Stempelkopfs 28. In dem Stempelkopf 28 ist ein Schriftzug 30 eingebracht. Der Schriftzug 30 ist vorliegend als Vertiefung ausgestaltet, könnte jedoch auch erhaben ausgestaltet sein . Durch den Schriftzug 30 werden in dem Reibmaterial 14 der Bremsbacke 1 0 im Bereich des Schriftzuges andere Kompressibilitäten erreicht als außerhalb. Die du rch den Schriftzug 30 eingebrachten Strukturmarkierungen sind auch nach einem Abschleifen der Reibfläche 16 nachweisbar. Selbst bei schon benutzten Bremsbacken , bei denen bereits Reibmaterial abgebremst wurde, lassen sich durch die unterschied lichen Kompressibilitäten durch verschiedene Verfahren , beispielsweise Ultraschall, Messungen vornehmen , die den Schriftzug erkennen lassen. Dies kann beispielsweise dazu verwendet werden , originale Bremsbacken von Fälschungen zu unterscheiden , d ie solche Merkmale nicht aufweisen.

Die Figuren 6A bis 6C zeigen eine fünfte Ausführungsform eines Stempelkopfs 32.

Der Stempelkopf 32 weist an der Pressfläche 1 8 drei Bereiche 32. 1 bis 32.3 auf, wobei der Bereich 32.2 in der Mitte zwischen den Bereichen 32.1 und 32. 3 liegt und eine Krümmung aufweist, wie insbesondere in der perspektivischen Ansicht nach Figur 6C zu erkennen ist. Im mittleren Bereich des Reibmaterials 14 der Bremsbacke 1 0 ist somit eine geringere Verdichtung und damit eine höhere

Kompressibilität gegeben als in den Bereichen 32.1 und 32.3. Der Bereich der entsprechenden Bremsbacke 1 0 kann somit möglicherweise auftretende

Schwingungen besser dämpfen und somit einem Bremsenquietschen

entgegenwirken .

Fig ur 7 zeigt eine Valid ierungsuntersuchung des erfindungsgemäßen Verfah rens. Ein Kreuz 34 wurde an einem Presstempel 4 verwendet, um lokal die Presskräfte zu erhöhen . Die dam it hergestellte Bremsbacke 1 0 wurde anschließend mit einem Ultraschallsystem vermessen. Im Bereich des Kreuzes 34 bildet sich ein

Teilbereich 36 mit niedriger Kompressibilität (schwarz) aus, welcher von einem Teilbereich 38 umgeben ist, der eine demgegen über höhere Kompressibilität (weiß) aufweist.

Die Erhöhung der Presskraft in dem Bereich hat Einfluss auf weitere Eigenschaften des Reibmaterials 14, so zum Beispiel dessen Dichte, Porosität,

Elastizitätskonstanten, Scherwerte und Steifigkeit. Hierd urch lassen sich

Nässeempfind lichkeit, Verschleißverhalten , Fading-Eigenschaften sowie NVH- Eigenschaften beeinflussen . Bezugszeichenliste

2 Presse

4 Pressstempel

6 Pressnest

8 Antrieb

1 0 Bremsbacke

12 Belagträgerplatte

14 Reibmaterial

16 Reibfläche

1 8 Pressfläche

20 Stempelkopf

20.1 -20.3 Bereiche

22 Stempelkopf

24 H ilfslinie

26 Stempelkopf

28 Stempelkopf

30 Sch riftzug

32 Stempelkopf

32.1 -32.3 Bereiche

34 Kreuz

36 Teilbereich mit niedriger Kompressibilität

38 Teilbereich hoher Kompressibilität F Presskraft