Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Bremsbelag, insbesondere für eine Scheibenbremse eines Fahrzeuges, mit einer Trägerplatte und mindestens einem auf der Trägerplatte beweglich angeordnetem Reibbelagelement. Das Reibbelagelement ist dabei derart auf der Trägerplatte angeordnet, dass bei Bremsbetätigung das Reibbelagelement mit einer ersten Seitenfläche an eine Bremsscheibe der Scheibenbremse anpressbar ist bzw. an die Bremsschreibe angepresst wird. Zur flexiblen Lagerung des Reibbelagelementes ist zwischen der Trägerplatte und dem Reibbelagelement ein Federsystem angeordnet.

Bremsbeläge für Scheibenbremsen von Fahrzeugen weisen üblicherweise eine Trägerplatte, beispielsweise aus Stahl, sowie einen auf der Trägerplatte angeordneten Reibbelag auf. Der Reibbelag kann dabei beispielsweise aufgepresst sowie anderweitig mit der Trägerplatte verbunden sein. Dabei muss die Verbindung zwischen der Trägerplatte und dem Reibbelag den bei Bremsbetätigung auftretenden Kräften, insbesondere den Querkräften sowie den infolge von Schwingungsbeanspruchungen auftretenden Kräften, standhalten.

Das Reibmaterial für Bremsbeläge für Schienenfahrzeuge, insbesondere Hochgeschwindigkeitszüge, wird oft aus Sintermaterial gefertigt. Die Temperaturen der Reibpaarung zwischen Bremsbelag und der Bremsscheibe erreichen bei derartigen hochbelasteten Bremsen häufig mehr als 600 Grad Celsius, was eine Verwendung herkömmlicher Kautschuk-basierter Bremsbeläge schwierig bis nicht möglich macht. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung auf der Bremsscheibe sind die Bremsbeläge oft aus mehreren Reibbelagelementen aufgebaut, die jeweils einzeln oder in Gruppen angeordnet und teilweise flexibel auf der Trägerplatte des Bremsbelags gelagert sind. Stand der Technik

Modernere Sinterbremsbeläge für Schienenfahrzeuge zeichnen sich durch einen mehrteiligen Aufbau aus. Bekannt ist, einzelne Reibelemente starr mit der Trägerplatte zu verbinden, beispielsweise aufzunieten. Die starr befestigten Reibelemente können Unebenheiten der Bremsscheibe nicht folgen und unterschiedliche Wärmeausdehnungen nicht kompensieren. Dies führt zu einer hohen Beanspruchung der Bremsscheibe durch eine ungleichmäßige Temperaturverteilung auf der Bremsscheibe und zum möglichen Überhitzen einzelner Reibelemente.

Diese Effekte wurden dadurch reduziert, dass Reibbelagelemente nachgiebig bzw. flexibel auf der Trägerplatte gelagert werden. In der WO 2012/089968 AI wird beispielsweise eine dünne Zwischenlage zwischen Trägerplatte und Reibelement vorgeschlagen, um eine nachgiebige Lagerung bereitzustellen.

In der EP 1 506 352 Bl wird ein Bremsbelag für eine Scheibenbremse eines Fahrzeuges beschrieben, wobei Reibbelagelemente an der Trägerplatte mittels einer Spannfeder und elastischen Elementen zwischen den Reibbelagelementen und der Trägerplatte befestigt werden.

Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Bremsbelag für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs mit einer Trägerplatte und einem mittels Federsystem auf der Trägerplatte beweglich angeordneten Reibbelagelement vorzuschlagen, wobei ein besonders günstiges Kraft-Weg-Verhalten, eine gleichzeitig hohe Dämpfung sowie ein stabiles thermisches Verhalten erreicht wird. Dabei soll das Federsystem in der Lage sein, die beim Bremsen und durch Stöße auftretenden Querkräfte (beispielsweise Reibkräfte und Stoßkräfte) vom Reibbelagelement auf die Trägerplatte übertragen zu können, ohne dass weitere Befestigungselemente in besonderer Weise beansprucht werden. Die Reibbelagelemente bzw. das Federsystem soll möglichst einfach und ohne großen Aufwand auf der Trägerplatte montierbar sein.

Erfindungsgemäß wird hierfür ein Bremsbelag für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei der Bremsbelag eine Trägerplatte und mindestens ein Reibbelagelennent aufweist, welches derart auf der Trägerplatte angeordnet ist, dass bei Bremsbetätigung das Reibbelagelement mit einer ersten Seitenfläche an eine Bremsscheibe anpressbar ist. Des Weiteren ist das mindestens eine Reibbelagelement beweglich zur Trägerplatte angeordnet, wobei zwischen der Trägerplatte und dem Reibbelagelement ein Federsystem hierfür angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist das Federsystem mehrere Federelemente auf oder besteht aus mehreren Federelementen. Hierunter ist zu verstehen, dass das Federsystem mindestens zwei, bevorzugterweise zwischen zwei und 20, Federelemente aufweist beziehungsweise daraus besteht.

Bevorzugterweise weist der Bremsbelag Sintermaterial auf. Ferner ist der Bremsbelag vorzugsweise für hochbelastete Bremsen in Schienenfahrzeugen vorgesehen. Das Reibbelagelement kann unterschiedliche Formen bzw. Geometrien aufweisen. Bevorzugterweise sind mehrere Reibbelagelemente mit der Trägerplatte beweglich verbunden.

Das mindestens eine Reibbelagelement weist zwei einander gegenüberliegende und im Wesentlichen parallel angeordnete Seitenflächen auf. Die erste Seitenfläche ist der Bremsscheibe zugewandt. Die zweite Seitenfläche des Reibbelagelementes ist der Trägerplatte zugewandt. Das Reibbelagelement weist einen Reibbelagelennentträger und ein darauf angeordnetes Reibmaterial auf. Die zweite, der Trägerplatte zugewandte, Seitenfläche wird dabei durch den Reibbelagelennentträger gebildet.

Unter einer beweglichen Anordnung des Reibbelagelements auf der Trägerplatte ist zu verstehen, dass das Reibbelagelement beweglich zur Trägerplatte, bzw. relativ beweglich zur Trägerplatte, angeordnet ist. Dabei ist das Reibbelagelement senkrecht, bzw. in axialer Richtung, zur Trägerplatte hin beweglich angeordnet. Ferner kann das Reibbelagelement derart auf der Trägerplatte angeordnet sein, dass das Reibbelagelement um eine im Wesentlichen parallel zur Trägerplatte angeordnete Achse schwenkbar ist.

Das Federsystem zwischen Trägerplatte und Reibbelagelement dient zur Herstellung der flexiblen bzw. beweglichen Verbindung bzw. Lagerung des Reibbelagelements auf der Trägerplatte. Bei der Montage des Reibbelagelements wird das Federsystem angespannt bzw. vorgespannt (Vorspannbereich). Bei Betätigung einer Bremse (Arbeitsbereich) wirkt eine im Wesentlichen axial gerichtete Anpresskraft auf das Reibbelagelement und somit auf das Federsystem. Dabei wird das Federsystem bzw. die mehreren Federelemente des Federsystems zusammengedrückt, sodass das Reibbelagelement sich zur Trägerplatte hin bewegt.

Dadurch, dass das Federsystem mehrere Federelemente aufweist oder aus mehreren Federelementen besteht, kann ein Federsystem bereitgestellt werden, welches im Vorspannbereich ein anderes Federverhalten als im Arbeitsbereich (während Bremsbetätigung) aufweist. Es kann somit ein Federsystem für das mindestens eine Reibbelagelement bereitgestellt werden, wobei lediglich eine niedrige Vorspannkraft bei relativ langem Vorspannweg erforderlich ist. Des Weiteren kann eine hohe Endfederkraft mit kurzem Federweg sowie auch eine hohe Dämpfung und eine hohe thermische Stabilität erreicht werden. Die im Stand der Technik verwendeten elastischen Elemente oder Federelemente zur flexiblen bzw. beweglichen Anordnung von Reibbelagelementen auf einer Trägerplatte weisen üblicherweise ein lineares oder leicht degressives Federverhalten auf.

Mit dem erfindungsgemäßen Bremsbelag, wobei das Federsystem insbesondere mehrere Federelemente aufweist oder aus mehreren Federelementen besteht, wird ein besonders günstiges Kraft-Weg-Verhalten erreicht. Dieses zeichnet sich durch eine relativ niedrige Vorspannungskraft bei langem Vorspannweg und einer hohen Endkraft mit kurzem Arbeitsweg aus. Somit weist das Federsystem des erfindungsgemäßen Bremsbelags im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen ein progressives Federverhalten auf. Eine niedrige Vorspannung sorgt dafür, dass sich das Federsystem bereits bei niedrigen Zangenkräften verformen kann. Hohe Vorspannungskräfte lassen ein System bei niedrigen Zangenkräften dagegen starr wirken, womit negative Folgen auf die Temperaturverteilung auf der Trägerplatte und die Reibwertentwicklung verbunden sind. Niedrige Vorspannungskräfte wirken dagegen weniger belastend auf ein Befestigungsmittel, mit welchem das Reibbelagelement mit der Trägerplatte verbunden wird. Ein langer Vorspannweg ist verbunden mit einer relativ flach verlaufenden Kraft-Weg-Kennlinie und begünstigt die Kompensation von Setzerscheinungen des Federsystems oder einer ungünstigen Toleranzüberlagerung des Befestigungsmittels mit verkürztem Vorspannweg. Beide Effekte führen zu einem geringen Vorspannverlust. Dagegen kann bei Verwendung einer Feder mit stark ansteigender Kennlinie im Vorspannbereich eine Setzung der Feder und/oder ein kurzer Vorspannweg schnell zu einer losen Verbindung und zum Klappern führen.

Des Weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Bremsbelag eine an der Rückseite der Trägerplatte angeordnete Spannfeder nicht mehr erforderlich.

Eine hohe Federkraft in der Endlage begünstigt, dass das Federsystem bei hohen Zangenkräften sich noch verformen kann und nicht starr verhält. Es kann somit eine Blocklage vermieden werden. Ein kurzer Arbeitsweg bis zur Endlage ist vorteilhaft für die Einhaltung von Bauraumanforderungen aufgrund genormter Bremsbelagdicken.

Dadurch, dass das Federsystem mehrere Federelemente aufweist bzw. aus diesen besteht, ist ein zusätzliches Dämpfungssystem bzw. sind zusätzliche Dämpfelemente zur Dämpfung bzw. Unterdrückung von Geräuschen nicht notwendig. Aufgrund der mehreren Federelemente wird bereits eine hohe mechanische Eigendämpfung erreicht.

Des Weiteren wird mit dem erfindungsgemäßen Bremsbelag ein stabiles thermisches Verhalten erreicht. Dabei kann die elastische Verformbarkeit im Falle einer thermischen Überlastung aufrechterhalten werden. Durch den mehrlagigen Aufbau des Federsystems bzw. durch die mehreren Federelemente des Federsystems wird die Temperaturbelastbarkeit bzw. die Verträglichkeit von Überbelastungen verbessert. Bevorzugterweise liegen die einzelnen Federelemente des Federsystems nicht vollflächig aufeinander. Verbleibende Spalte zwischen einzelnen Federelementen bzw. zwischen Bereichen einzelner Federelemente wirken als Hindernis für die Wärmeleitung und führen zu niedrigen Temperaturen in den von den Reibbelagelementen entfernt liegenden Federlagen.

Bevorzugterweise ist das mindestens eine Reibbelagelement mittels eines Befestigungsmittels mit der Trägerplatte verbunden, wobei die Federelemente des Federsystems zumindest bereichsweise um das Befestigungsmittel herum angeordnet sind. Das Befestigungsmittel dient zum einen zur Befestigung bzw. Verbindung des mindestens einen Reibbelagelements mit der Trägerplatte. Zum anderen kann das Befestigungsmittel zur Herstellung einer Vorspannung des Federsystems ausgebildet sein. Beim Verbinden des mindestens einen Reibbelagelements mit der Trägerplatte mittels des Befestigungselements wird das Reibbelagelement gegen das Federsystem bzw. gegen einzelne Federelemente des Federsystems gedrückt, sodass eine Vorspannung des Federsystems erreicht wird.

Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die einzelnen Federelemente des Federsystems im Wesentlichen flächig ausgebildet sind. Beispielsweise können die einzelnen Federelemente des Federsystems scheibenförmig oder schalenförmig ausgebildet sein. Dabei können die flächig ausgebildeten Federelemente gekrümmt, gebogen oder geschwungen ausgebildet sein.

Bevorzugterweise sind die einzelnen Federelemente des Federsystems in einer Parallelschaltung zueinander angeordnet. Hierunter ist zu verstehen, dass die Federelemente des Federsystems derart zueinander angeordnet sind, dass diese zumindest im Arbeitsbereich als Parallelschaltung wirken.

Damit ein Federsystem mit progressivem Federverhalten bereitgestellt werden kann, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die einzelnen Federelemente des Federsystems unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen. Besonders bevorzugterweise bestehen die einzelnen Federelemente des Federsystems aus denselben Werkstoffen.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die unterschiedlichen Steifigkeiten der Federelemente des Federsystems durch unterschiedliche Dicken der einzelnen Federelemente und/oder unterschiedliche Federhöhen bzw. Federwege der einzelnen Federelemente erreicht werden. Beispielsweise könnte ein Federsystem aus mehreren flächig ausgebildeten und übereinander angeordneten Federelementen bestehen, wobei die einzelnen Federelemente unterschiedliche Dicken und/oder unterschiedliche Federhöhen bzw. Federwege aufweisen. Dadurch ergibt sich ein Federsystem mit multiflexibler Federkennlinie. Während der Montage der Reibbelagelemente bzw. während des Vorspannens des Federsystems wird zuerst das Federelement mit einer flacheren Federkennlinie angespannt. Dadurch kann eine niedrige Vorspannkraft mit relativ langem Vorspannweg kombiniert werden. Im Betrieb, das heißt im Arbeitsbereich, wirken dann zusätzlich zum Federelement mit der flacheren Federkennlinie die weiteren Federelemente. Dadurch verläuft die Federkennlinie im Arbeitsbereich abschnittsweise steiler als im Vorspannbereich. Es kann somit eine hohe Endkraft nach relativ geringem Weg erreicht werden. Die einzelnen Federelemente sind dann parallel geschaltet, sobald sie in flächigem Kontakt zueinander gekommen sind.

Vorteilhafterweise sind die einzelnen Federelemente des Federsystems als Tellerfedern ausgebildet. Zur Herstellung einer Parallelschaltung der einzelnen als Tellerfedern ausgebildeten Federelemente sind diese gleich gesinnt zueinander und im Wesentlichen übereinander angeordnet. Tellerfedern sind üblicherweise umfänglich geschlossen ausgebildet und weisen einen Innendurchmesser sowie einen Außendurchmesser auf. Die bevorzugterweise als Tellerfedern ausgebildete Federelemente weisen vom Innenumfang hin zum Außenumfang einen Neigungswinkel zwischen 4 Grad und 15 Grad, besonders bevorzugterweise zwischen 6 Grad und 12 Grad, sowie ganz besonders bevorzugterweise zwischen 6 Grad und 10 Grad auf. Beispielsweise könnte ein Neigungswinkel von 8 Grad vorgesehen sein.

Ferner können alle oder auch nur einzelne Federelemente des Federsystems entlang dessen Innenumfangs und/oder Außenumfangs Aussparungen aufweisen. Durch das Vorsehen von Aussparungen in den Federelementen können Federelemente mit unterschiedlicher Steifigkeit bereitgestellt werden. Die Aussparungen können jede geeignete Breite aufweisen. Beispielsweise können die Aussparungen als Schlitze oder als breitere Aussparungen ausgebildet sein. Zwischen zwei Aussparungen wird jeweils durch die beiden Aussparungen eine Lasche gebildet. Bevorzugterweise sind mehrere und gleichmäßig umfänglich verteilte Aussparungen an den Federelementen vorgesehen. Während der Montage bzw. während des Vorspannens biegen sich im Wesentlichen die durch die Aussparungen gebildeten Laschen der Federelemente zuerst. Je nach Breite und Tiefe der einzelnen Aussparungen kann zunächst während des Vorspannbereichs eine relativ flache Federkennlinie erreicht werden. Die Vorspannkraft bleibt somit niedrig. Bei zunehmender Verformung wirken weitere Bereiche der Federelemente, wodurch sich das Federverhalten im Arbeitsbereich verändert. Insbesondere kann somit ein im Vergleich zum Vorspannbereich relativ steifes Federverhalten im Arbeitsbereich des Federsystems erzielt werden.

Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass das Federsystem mindestens eine gewickelte oder geschichtete Wellenfeder mit mehreren Wicklungen aufweist. Dabei wird durch jede Wicklung jeweils ein Federelement des Federsystems ausgebildet. Unter einer Wellenfeder ist im Folgenden eine im Wesentlichen gewundene Feder aus gewelltem Flachdraht zu verstehen. Die Wellenfeder kann homogene bzw. gleichmäßige Wicklungen oder Wicklungen mit unterschiedlichen Wellenhöhen aufweisen. Beispielsweise kann eine Wellenfeder vorgesehen sein, welche zwei oder mehr Bereiche unterschiedlicher Wellenhöhe bzw. Windungshöhe aufweist. Im Vorspannbereich der Wellenfeder wirkt dann im Wesentlichen der Bereich mit größerer Wellenhöhe bzw. Windungshöhe. Da hierfür bevorzugterweise nur einige Lagen vorgesehen sind, ist die Steifigkeit im Vorspannbereich relativ gering. Sobald alle Lagen der Wellenfeder aufeinander liegen, steigt die Steifigkeit der Wellenfeder an. Es werden dann im Arbeitsbereich alle Windungen bzw. Federelemente verformt.

Ferner kann das Federsystem vorzugsweise mehrere Wellenfedern aufweisen, welche ineinander angeordnet sind. Somit kann beispielsweise eine erste Wellenfeder um eine zweite Wellenfeder herum angeordnet sein. Es können auch mehr als zwei Wellenfedern ineinander bzw. umeinander herum angeordnet sein. Dabei ist der Außendurchmesser der in der ersten Wellenfeder angeordneten zweiten Wellenfeder kleiner oder gleich dem Außendurchmesser der um die zweite Wellenfeder herum angeordneten ersten Wellenfeder. Die Wellenfedern können unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen.

Bevorzugterweise weist das Federsystem eine oder mehrere Tellerwellenfedern auf. Unter einer Tellerwellenfeder ist eine Wellenfeder zu verstehen, wobei die einzelnen Wicklungen tellerfederförmig bzw. in Form von Tellerfedern ausgebildet sind. Eine Tellerwellenfeder vereinigt somit die getellerte Form einer Tellerfeder mit den Wellen einer Wellenfeder. Bevorzugterweise liegt die Blechdicke zwischen 0,4 mm und 1 cm, sowie besonders bevorzugterweise zwischen 0,5 mm und 0,8 mm, beispielsweise 0,7 mm. Jede Windung bzw. Wicklung bildet wiederum ein einzelnes Federelement. Bevorzugterweise weist jede Wicklung bzw. Windung mehrere, beispielsweise zwischen 3 und 8, besonders bevorzugterweise zwischen 4 und 6, Wellen auf. Der Neigungswinkel der einzelnen Federelemente bzw. Wicklungen liegt bevorzugterweise zwischen 4 Grad und 12 Grad, besonders bevorzugterweise zwischen 6 Grad und 10 Grad, beispielsweise 8 Grad.

Das Federsystem ist bevorzugterweise derart zwischen der Trägerplatte und dem Reibbelagelement angeordnet, dass die Federelemente mit einer ersten Kante an einer von einem ersten Flansch oder einer Erhebung gebildeten ersten Anlagefläche anliegen. Dabei steht der erste Flansch oder die Erhebung von einer zweiten Seitenfläche, das heißt der der Trägerplatte zugewandten Seitenfläche, des Reibbelagelements ab. Die erste Kante eines Federelements wird vorzugsweise durch den Innenumfang des jeweiligen Federelements gebildet. Eine zweite Kante eines Federelements wird bevorzugterweise durch den Außenumfang des jeweiligen Federelements gebildet. Der erste Flansch ist bevorzugterweise umlaufend um ein Befestigungsmittel bzw. eine Bohrung durch das Reibbelagelement angeordnet. Beim Ausüben einer axialen Druckkraft auf das Reibbelagelement drücken die Federelemente des Federsystems gegen den ersten Flansch bzw. die Erhebung am Reibbelagelement. Dabei ist der erste Flansch bzw. die Erhebung derart ausgebildet bzw. am Reibbelagelement angeordnet, dass eine erste Anlagefläche ausgebildet wird, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite, das heißt der zweiten Seitenfläche des Reibbelagelements ausgerichtet bzw. angeordnet ist. Der erste Flansch bzw. die Erhebung kann einstückig mit dem Reibbelagelementträger des Reibbelagelements ausgebildet sein.

Ferner weist die Trägerplatte bevorzugterweise eine Vertiefung und/oder einen von der Trägerplatte abstehenden zweiten Flansch auf. Das Federsystem ist bevorzugterweise derart zwischen der Trägerplatte und dem Reibbelagelement angeordnet, dass die einzelnen Federelemente mit der zweiten Kante an einer zweiten Anlagefläche anliegen. Die zweite Anlagefläche wird von einem die Vertiefung umlaufenden Rand und/oder vom zweiten Flansch gebildet. Die Vertiefung und/oder der zweite Flansch sind im Bereich der ersten Seitenfläche der Trägerplatte angeordnet. Somit sind die Vertiefung und/oder der zweite Flansch an der dem Reibbelagelement zugewandten Seitenfläche der Trägerplatte angeordnet. Die Vertiefung dient somit zur Aufnahme und Führung des Federsystems bzw. der Federelemente des Federsystems. Hierfür kann die Vertiefung im Wesentlichen den Abmessungen des Außendurchmessers der einzelnen Federelemente entsprechen. Die Vertiefung kann alternativerweise auch größer ausgebildet sein und zur Aufnahme mehrerer Federsysteme dienen, wobei die mehreren Federsysteme unterschiedlichen Reibbelagelementen zugeordnet sind. Hierdurch können verschiebbar zueinander angeordnete Reibbelagelemente vorgesehen sein.

Beim Ausüben einer axialen Druckkraft auf das Reibbelagelement drücken die Federelemente somit nicht nur gegen eine Anlagefläche (erste Anlagefläche) am Reibbelagelement sondern auch gegen eine Anlagefläche (zweite Anlagefläche) an der Trägerplatte. Die Vertiefung bzw. der umlaufende Rand der Vertiefung oder der an der Trägerplatte angeordnete zweite Flansch ist dabei derart ausgebildet oder angeordnet, dass die zweite Anlagefläche im Wesentlichen senkrecht zur ersten Seitenfläche der Trägerplatte ausgerichtet ist. Besonders bevorzugterweise ist somit vorgesehen, dass das Federsystem außen in einer Senkung bzw. Vertiefung in der Trägerplatte geführt wird. Im Innendurchmesser wird das Federsystem durch einen am Reibbelagelement angeordneten Flansch, beispielsweise einen zylindrisch geformten Absatz am Reibbelagelement gestützt. Das Spiel zwischen Senkung bzw. Vertiefung und den Federelementen sowie das Spiel zwischen den Federelementen und dem am Reibbelagelement angeordneten ersten Flansch ist dabei bevorzugterweise derart gewählt, dass es bei der Verformung der Federelemente zu einer erhöhten Reibung an den Kontaktstellen kommt. Dadurch wird insbesondere die Gesamtdämpfung des mehrschichtigen Federsystems erhöht. Durch den konstruktiven Aufbau ist das Federsystem in der Lage, die beim Bremsen und durch Stöße entstehenden Querkräfte (beispielsweise Reibkräfte und Stoßkräfte) vom Reibbelagelement auf die Trägerplatte zu übertragen.

Auch ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die Federelemente zumindest bereichsweise eine Beschichtung mit einem reibungserhöhenden Material zur Erhöhung der Reibung an Kontaktflächen zwischen den Federelementen und der Trägerplatte und/oder dem Reibbelagelement aufweist. Die Beschichtung kann hierfür auch vollumfänglich und vollständig um die Federelemente herum angeordnet sein. Vorzugsweise können zusätzlich die Kontaktflächen an Trägerplatte und/oder Reibbelagelement beschichtet sein. Die Beschichtung kann als partikelartiger Überzug ausgebildet sein. Beispielsweise können hierfür Verstärkungspartikel aus Siliziumkarbid (SiC-Partikel) vorgesehen sein. Hierdurch wird die Dämpfung des mehrschichtigen Aufbaus des Federsystems noch weiter erhöht.

Das Befestigungsmittel zur Befestigung des Reibbelagelements an der Trägerplatte kann beispielsweise als Schraub- oder Steckverbindung ausgebildet sein. Hierfür ist bevorzugterweise vorgesehen, dass das Reibbelagelement mittels einer Schraub- oder Steckverbindung mit einer in einer Bohrung durch die Trägerplatte angeordneten Buchse verbunden ist. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Befestigungsmitteln für die Befestigung von Reibbelagelementen an einer Trägerplatte ist das bevorzugterweise vorgesehene Befestigungsmittel, beispielsweise Schraube oder Bolzen, nicht direkt in einer Bohrung durch die Trägerplatte verschraubt, sondern mit in einer in dieser Bohrung durch die Trägerplatte angeordneten Buchse. Dadurch, dass bevorzugterweise in der Bohrung durch die Trägerplatte eine Buchse zur Aufnahme des Befestigungsmittels, beispielsweise der Schraube oder eines Bolzens, vorgesehen ist und nicht etwa eine Schraube, die direkt ohne Buchse in die Bohrung durch die Trägerplatte hineingeschraubt wird, wird bei Betätigung der Bremse die Querkraft über das Reibbelagelement zur Buchse abgeführt. Somit wird die Belastung auf die Trägerplatte in diesem Bereich reduziert. Dies wird ebenso auch erreicht, wenn das Befestigungsmittel mittels eines elastischen Verschlussmittels zur axialen Lagesicherung des Befestigungsmittels innerhalb der Bohrung befestigt ist. In beiden Fällen kann die Qualität und Lebensdauer des Bremsbelags erhöht werden. Des Weiteren wird durch eine derartige Befestigung das Reibbelagelement in senkrechter Richtung bzw. in Axialrichtung geführt. Ferner erlauben diese Befestigungen ein einfaches Montieren. Das Befestigungsmittel kann bevorzugterweise als Schraube oder Bolzen ausgebildet sein. Das Reibbelagelement ist dann mittels einer Schraubverbindung mit der in der Bohrung durch die Trägerplatte angeordneten Buchse verbunden. Hierfür weist die Schraube ein Außengewinde und die Buchse zumindest bereichsweise ein Innengewinde auf. Bei Verwendung eines Bolzens greift beispielsweise ein Fixierelement (zum Beispiel ein Sprengring) in umlaufende Nuten in Bolzen und Buchse ein und verhindert ein axiales Verschieben des Bolzens in der Buchse.

Prinzipiell kann das Reibbelagelement jede geeignete Form bzw. Geometrie aufweisen. Bevorzugterweise weist die Grundform des Reibbelagelements eine im Wesentlichen runde, ovale, dreieckförmige, quadratische, rechteckförmige oder trapezförmige Form auf. Hierunter ist zu verstehen, dass lediglich die Grundform derartig ausgebildet ist. Beispielsweise können die Ecken abgerundet sein, wodurch aber die Grundform nicht geändert wird. Somit ist beispielsweise vorgesehen, dass das Reibbelagelement eine im Wesentlichen dreieckförmige oder trapezförmige Grundform mit abgerundeten Ecken aufweist.

An der Trägerplatte können mehrere Reibbelagelemente angeordnet sein. Für die Anordnung der bevorzugterweise vorgesehenen weiteren Reibbelagelemente an der Trägerplatte sind dieselben erfindungswesentlichen und bevorzugten Merkmale wie für die Anordnung des mindestens einen Reibbelagelements vorgesehen. Besonders bevorzugterweise ist vorgesehen, dass mehr als drei, ganz besonders bevorzugterweise mehr als vier, Reibbelagelemente auf der Trägerplatte angeordnet sind. Bei Anordnung von mehreren Reibbelagelementen auf der Trägerplatte werden die Reibbelagelemente auch als Reibbelagsegmente bezeichnet. Somit weist der Bremsbelag bevorzugterweise einen segmentierten Reibbelag auf, wobei die einzelnen Segmente durch die Reibbelagelemente gebildet werden.

Erfindungsgemäß ist ferner ein Federsystem mit mehreren Federelementen zur Anordnung zwischen einer Trägerplatte und einem Reibbelagelement eines Bremsbelags vorgesehen. Das Federsystem weist mindestens eine gewickelte oder geschichtete Wellenfeder auf, wobei durch jede Wicklung der Wellenfeder jeweils ein Federelement des Federsystems ausgebildet wird. Die einzelnen Wicklungen der Wellenfeder sind tellerfederförmig ausgebildet. Somit ist erfindungsgemäß ferner ein Federsystem mit einer oder mehreren Tellerwellenfedern vorgesehen.

Erfindungsgemäß ist auch eine Scheibenbremse für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, vorgesehen, wobei die Scheibenbremse einen Bremsbelag gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 aufweist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen schematisch:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines Bremsbelages,

Fig. 2: eine Schnittdarstellung durch einen Bereich eines

Bremsbelages,

Fig. 3a und b: ein Federsystem, wobei die einzelnen Federelemente als

Tellerfedern ausgebildet sind,

Fig. 4: ein Federsystem, wobei die einzelnen Federelemente als

Tellerfedern mit Ausnehmungen ausgebildet sind, Fig. 5a und b: ein Federsystem, wobei die einzelnen Federelemente als

Tellerwellenfedern ausgebildet sind,

Fig. 6a und b: Federsystem, ausgebildet durch eine Wellenfeder,

Fig. 7: Federsystem mit Verdrehsicherung, und

Fig. 8: Diagramm mit Kennlinien für unterschiedliche Verläufe der

Kraft-Weg-Federkennlinie.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Bremsbelages 100. An der Trägerplatte 10 des Bremsbelages 100 sind einzelne Reibbelagelemente 11 beweglich angeordnet. Hierfür sind die einzelnen Reibbelagelemente 11 mittels eines Federsystems 14 (nicht in Figur 1 gezeigt) auf der Trägerplatte 10 gelagert.

Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Bereich des Bremsbelags 100 aus Figur 1. Dabei ist der Bereich dargestellt, in dem ein Reibbelagelement 11 an der Trägerplatte 10 mittels eines Befestigungsmittels 16 befestigt ist. Das Befestigungsmittel 16 ist als Bolzen ausgebildet. In einer Bohrung durch die Trägerplatte 10 ist eine Buchse 21 angeordnet. Das Befestigungsmittel 16 in Form eines Bolzens ist in die Buchse 21 eingesteckt und wird durch ein Fixierungsmittel gehalten.

Um das Befestigungsmittel 16 herum ist zwischen der Trägerplatte 10 und dem Reibbelagelement 11 ein Federsystem 14 angeordnet. Das Federsystem 14 weist drei flächig ausgebildete und übereinander angeordnete Federelemente 15a, 15b, 15c auf. In der in Figur 2 dargestellten Lage ist das Federsystem 14 im vorgespannten Zustand gezeigt. Das Federsystem 14 wird beim Einbringen des Befestigungsmittels 16 in die Buchse 21 vorgespannt.

Die einzelnen Federelemente 15a, 15b, 15c des Federsystems 14 sind in einer Parallelschaltung zueinander angeordnet. In der Trägerplatte 10 ist eine Vertiefung 26 zur Aufnahme des Federsystems 14 angeordnet. Um das Befestigungsmittel 16 herum ist an der Unterseite, das heißt an der zweiten Seitenfläche 13, des Reibbelagelements 11 ein erster Flansch 24 angeordnet. Durch diesen ersten Flansch 24 wird eine erste Anlagefläche 25 zur Anlage einer ersten Kante 22 der Federelemente 15a, 15b, 15c ausgebildet. Durch den umlaufenden Rand 31 der Vertiefung 26 in der Trägerplatte 10 wird eine zweite Anlagefläche 27 zur Anlage einer zweiten Kante 23 der Federelemente 15a, 15b, 15c ausgebildet. Somit wird das Federsystem 14 außen in der Vertiefung 26 in der Trägerplatte 10 geführt. Im Innendurchmesser des Federsystems 14 stützt es sich gegen einen im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Absatz bzw. am ersten Flansch 24 am Reibbelagelement 11 ab.

Das gewünschte besonders günstige Kraft-Weg-Verhalten des Federsystems 14 zeichnet sich durch eine relativ niedrige Vorspannkraft bei langem Vorspannweg und eine hohe Endkraft mit kurzem Arbeitsweg aus. Dies wird durch ein progressives Federverhalten des Federsystems 14 erreicht. Hierfür weist das Federsystem 14 mehrere Federelemente 15a, 15b, 15c auf, welche im Wesentlichen flächig ausgebildet sind und in einer Parallelschaltung zueinander angeordnet sind. Des Weiteren wird ein progressives Federverhalten dadurch erreicht, dass die einzelnen Federelemente 15a, 15b, 15c unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen. In den Figuren 3 bis 6 sind beispielhafte Anordnungen von Federsystemen 14 mit mehreren flächig ausgebildeten Federelementen 15a, 15b, 15c gezeigt, wobei die Federsysteme 14 derart ausgebildet sind, dass diese ein progressives Federverhalten aufweisen.

Figur 3a und 3b zeigt ein Federsystem 14, wobei die Federelemente 15a, 15b, 15c als Tellerfedern ausgebildet sind. Dabei weist die oberste Tellerfeder eine geringere Dicke als die anderen beiden Tellerfedern sowie eine unterschiedliche Federhöhe bzw. einen unterschiedlichen Federweg auf. Dadurch ergibt sich eine multiflexible Federkennlinie (vergleiche hierzu Figur 8). Bei der Montage bzw. während des Vorspannens wirkt die obere Tellerfeder mit einer flachen Federkennlinie im Vorspannungsbereich. Dadurch kann eine niedrige Vorspannungskraft mit relativ langem Vorspannweg kombiniert werden. Im Betrieb wirkt dann im Arbeitsbereich zusätzlich zur oberen Tellerfeder die mittlere und bei weiterer Verformung zusätzlich die untere Tellerfeder. Dadurch verläuft die Federkennlinie abschnittsweise steiler, es kann somit eine hohe Endkraft nach relativ geringem Weg erreicht werden. Die als Tellerfedern ausgebildeten Federelemente 15a, 15b, 15c wirken als Parallelschaltung, sobald sie in flächigem Kontakt gekommen sind. Figur 4 zeigt ebenfalls ein Federsystem 14, wobei die einzelnen Federelemente 15a, 15b, 15c als Tellerfedern ausgebildet sind. Die unterschiedliche Steifigkeit wird hier durch Aussparungen 17 im Innenumfang bzw. entlang der ersten Kante 22 der Federelemente 15a, 15b, 15c erreicht. Bei der Montage bzw. während des Vorspannens des Federsystems biegen sich im Wesentlichen die innenliegenden Laschen 18 der Tellerfedern. Dieser Bereich kann je nach Breite und Tiefe der Aussparungen 17 relativ biegeweich sein, wodurch die Federkennlinie zunächst relativ flach verläuft. Die Vorspannkraft bleibt somit niedrig. Bei zunehmender Verformung wirkt der äußere Bereich des als Tellerfederpaket ausgebildeten Federsystems 14 wie ein herkömmliches Tellerfederpaket mit großem Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser und damit relativ steif. Dieser Bereich stellt den Arbeitsbereich des Federsystems 14 dar. Grundsätzlich können die Aussparungen 17 entlang der ersten Kante 22 (entlang des Innenumfangs) und/oder auch entlang der zweiten Kante 23 (entlang des Außenumfangs) der Federelemente 15a, 15b, 15c angeordnet sein.

Figur 5 zeigt ein Federsystem 14, wobei die einzelnen Federelemente 15a, 15b, 15c als Tellerwellenfedern ausgebildet sind. Die sogenannten Tellerwellenfedern vereinigen die getellerte Form einer Tellerfeder mit den Wellen einer Wellenfeder. Zu Beginn der Verformung, das heißt im Vorspannbereich, wirkt das Federsystem 14 wie ein Tellerfederpaket. Durch eine relativ geringe Blechdicke, beispielsweise im Bereich zwischen 0,5 mm und 0,8 mm, ist die Federkraft gering. Sobald die einzelnen Federelemente 15a, 15b, 15c des als Tellerwellenfeder ausgebildeten Federsystems 14 in einen ebenen Zustand gedrückt werden, wirkt das Federsystem 14 wie eine Wellenfeder mit einer linear ansteigenden Kennlinie. Eine geringe Blechdicke ist vorteilhaft zur Reduzierung der Biegespannung, die bei dicken Blechen schnell und unzulässig hohe Werte annehmen kann.

Das in Figur 5 dargestellte Federsystem 14 weist Federelemente 15a, 15b, 15c mit gleichen Wellenhöhen am Innen- und Außendurchmesser auf. Zur Anpassung der Steifigkeit der Wellen kann die Wellenhöhe innen und außen auch unterschiedlich sein. Vorzugsweise ist die Wellenhöhe der Federelemente 15a, 15b, 15c am Innendurchmesser geringerer als im Bereich des Außendurchmessers, da dadurch auch die Spannungen in dem Federsystem reduziert werden können. In Figur 6 ist ein Federsystem 14 in Form einer Wellenfeder dargestellt. Jede Windung des als Wellenfeder ausgebildeten Federsystems 14 bildet dabei ein Federelement 15a, 15b, 15c aus. Das in Figur 6 dargestellte Federsystem 14 besteht beispielhaft aus zwei Bereichen unterschiedlicher Windungshöhe. Im Vorspannbereich des Federsystems wirkt im Wesentlichen der Bereich größerer Wellenhöhe, in diesem Beispiel die oberen beiden Windungen (entspricht den Federelementen 15a und 15b). Da nur wenige Lagen verformt werden, sind die Steifigkeit und damit die Vorspannkraft relativ gering. Sobald alle Lagen aufeinander liegen, steigt die Steifigkeit des Federsystems 14 an. Es werden dann im Arbeitsbereich alle Windungen bzw. alle Federelemente 15a, 15b, 15c verformt.

In Figur 7 ist ein Federsystem 14 mit Verdrehsicherung gezeigt. Hierfür weisen die einzelnen Federelemente 15a, 15b, 15c an deren zweiten Kante 23 bzw. entlang des Außenumfangs Nuten 32 auf. Alternativerweise zu den Nuten könnten auch abstehende Laschen vorgesehen sein. Die Nuten 32 sind dabei derart angeordnet, dass diese in entsprechende Gegenstücke am Reibbelagelement 11 oder an der Trägerplatte 10 eingreifen. Die Verdrehsicherung stellt somit sicher, dass sich einzelne Federelemente 15a, 15b, 15c nicht gegeneinander verdrehen und somit eine Parallelschaltung der einzelnen Federelemente 15a, 15b, 15c erhalten bleibt. In die am Außenumfang der Federelemente 15a, 15b, 15c angeordneten Nuten 32 könnten beispielsweise stiftförmige Erhebungen an der Trägerplatte 10 eingreifen und somit eine Verdrehung verhindern.

In Figur 8 sind unterschiedliche Verläufe einer Kraft-Weg-Federkennlinie von verschiedenen Federsystemen gezeigt. Auf der X-Achse ist auf der linken Hälfte der Vorspannweg 41 dargestellt und auf der rechten Hälfte der Arbeitsweg 40. Auf der Y- Achse ist die Federkraft 42 dargestellt. Figur 8 zeigt drei verschiedene Federkennlinien 44, 45, 46. Gepunktet ist eine lineare Federkennlinie 44 dargestellt. Strichpunktartig ist eine degressive Federkennlinie 45 dargestellt. Die durchgehend dargestellte Kennlinie zeigt den Verlauf des erfindungsgemäßen Federsystems 46, wobei die Anzahl der Bereiche unterschiedlicher Steigung von der Ausführung des Federsystems abhängt. Die Schnittpunkte der Kennlinien mit der Y-Achse zeigen die notwendige Vorspannkraft 42 für das jeweilige Federsystem. Eine niedrige Vorspannkraft 43 sorgt dafür, dass das Federsystem 14 bereits bei niedrigen Zangenkräften verformen kann. Hohe Vorspannkräfte 43 lassen ein Federsystem bei niedrigen Zangenkräften dagegen starr wirken, was mit negativen Folgen in Bezug auf die Temperaturverteilung auf der Trägerplatte und die Reibwertentwicklung verbunden ist. Zudem wirken sich die niedrigen Vorspannkräfte 43 weniger belastend auf Befestigungsmittel 16 aus. Ein langer Vorspannweg 41 ist verbunden mit einer relativ flach verlaufenden Kraft-Weg-Kennlinie, was hilfreich ist zur Kompensation von Setzerscheinungen des Federsystems 14 oder einer ungünstigen Toleranzüberlagerung der Befestigungsmittel 16 mit verkürztem Vorspannweg 41. Beide Effekte führen in diesem Fall nur zu einem geringen Vorspannverlust. Bei Verwendung eines Federsystems mit stark ansteigender Kennlinie im Vorspannbereich können eine Setzung des Federsystems und/oder ein kurzer Vorspannweg 41 schnell zu einer losen Verbindung und zum Klappern führen.

Eine hohe Federkraft in der Endlage bewirkt, dass sich das Federsystem 14 bei hohen Zangenkräften noch verformen kann und nicht starr verhält. Ein kurzer Arbeitsweg bis zur Endlage ist angebracht zur Einhaltung von Bauraumanforderungen, beispielsweise für genormte Bremsbelagdicken.

Eine hohe Dämpfung, das heißt eine ausgeprägte Hysterese, unterstützt neben einer möglichen nicht-degressiven Kennlinie die Unterdrückung von Geräuschen. Somit sind für eine hohe Dämpfung keine zusätzlichen Dämpfungselemente notwendig. Das mehrlagig ausgebildete Federsystem 14 weist eine hohe mechanische Eigendämpfung auf.

Ein stabiles thermisches Verhalten bewirkt eine Aufrechterhaltung einer elastischen Verformbarkeit im Falle einer thermischen Überlastung. Durch den mehrlagigen Aufbau des Federsystems 14 wird die Temperaturbelastbarkeit bzw. die Verträglichkeit von Überbelastungen verbessert. Das mehrlagig ausgebildete Federsystem bzw. die Federelemente 15a, 15b, 15c des Federsystems 14 liegen in der Regel nicht vollflächig aufeinander. Verbleibende Spalte wirken als Hindernis für die Wärmeleitung und führen zu niedrigeren Temperaturen in den von den Reibbelagelementen 11 entfernt liegenden Federlagen. Bezugszeichen

100 Bremsbelag

200 Scheibenbremse

10 Trägerplatte

11 Reibbelagelement

IIa Reibbelagelementträger

12 erste Seitenfläche des Reibbelagelements

13 zweite Seitenfläche des Reibbelagelements

14 Federsystem

15, 15a, 15b, 15c Federelemente

16 Befestigungsmittel

17 Aussparung

18 Lasche

19 Wicklungen einer Wellenfeder

20 Bohrung durch die Trägerplatte

21 Buchse

22 erste Kante der Federelemente

23 zweite Kante der Federelemente

24 erster Flansch

25 erste Anlagefläche

26 Vertiefung in der Trägerplatte

27 zweite Anlagefläche

28 erste Seitenfläche der Trägerplatte

29 zweite Seitenfläche der Trägerplatte

30 zweiter Flansch

31 Rand

32 Nut

40 Arbeitsweg

41 Vorspannweg

42 Federkraft

43 Vorspannkraft

44 lineare Federkennlinie degressive Federkennlinie

Kennlinie des erfindungsgennäßen Federsystems