Influence of the friction material on the characteristics of friction pairings, particularly on the effect mechanisms in the contact area in dry running brakes

In vielen technischen Anwendungsfeldern kommen trockenlaufende Reibsysteme als Bremse und Kupplung zum Einsatz. Für eine zielgerichtete Auslegung und Entwicklung solcher Systeme sind detaillierte Kenntnisse über deren Funktionsweise und die während des Reibprozesses ablaufenden Vorgänge von besonderer Bedeutung. Diese Dissertation leistet einen Beitrag zu einem tieferen Verständnis der Reibvorgänge in der Kontaktfläche technischer Reibpaarungen. Die Arbeit untersucht in ihrem ersten Teil die Eigenschaften unterschiedlich aufgebauter Reibpaarungen mit organisch gebundenen Reibwerkstoffen unter relativ kleiner Belastung bei Raumtemperatur. Dabei zeigt sich, dass der Mechanismus der Reibschichtbildung in Verbindung mit der Metallübertragung aus dem metallischen Körper in den Reibbelag unabhängig von der Beschaffenheit des Reibwerkstoffs wirksam ist. Eine weitere Beobachtung ist, dass die Größe und die Art der Verteilung der lokalen Reibungszahl durch die Reibflächentemperatur mitbestimmt wird, wobei das Bindemittel einen bedeutenden Einfluss hat. Bei ertragbarer Belastung wechseln, über die Reibbelagbreite gesehen, kleinere und größere lokale Reibungszahlen einander ab. Bei extrem großer Belastung ändert sich diese Gesetzmäßigkeit. Hier sind die lokalen Reibungszahlen quer zur Laufrichtung ungefähr konstant, aber im Bereich der Einlaufkante des Belages signifikant größer als im Bereich der Auslaufkante. Auch bei relativ kleiner äußerer Belastung verschieben sich die Orte maximaler Reibflächenbelastung quer zur Reibrichtung. Die Untersuchungen der Reibpaarung in Messreihen mit abwechselnd größerer und kleinerer thermischer Belastung zeigen, dass, bezogen auf die eingebrachte Reibenergie, der Verschleiß bei kleiner Belastung und Raumtemperatur um mehr als das Hundertfache größer ist als bei Reibung unter relativ großer Reibflächentemperatur. Das belegt, dass die Haftung der Reibschicht auf dem Belag bei Raumtemperatur wesentlich geringer ist als bei höherer Temperatur unter thermischer Belastung. In einem weiteren Schwerpunkt wird die Verschiebung der resultierenden Reibkraft in der Kontaktfläche der Paarung einer Scheibenbremse durch zwei um einen Hebelarm gegeneinander versetzte Kraftsensoren gemessen. In bestimmten Belastungsbereichen sind den über die Reibzeit aufgetragenen Reibkraftkurven Schwingungen mit Schwingungszeiten im Minutenbereich überlagert, was auf eine periodische Veränderung des Reibkraftübertragungsmechanismus hinweist. Es besteht eine Beziehung zwischen dem zeitlichen Verlauf der Reibkraftkomponenten im kontinuierlichen Reibprozess und der Eigenschaft der Reibpaarung, Reibschwingungen anzuregen. Reibschwingungen entstehen, oder ihre Intensität vergrößert sich sprunghaft, wenn der zeitliche Verlauf eine der beiden Reibkraftkomponenten oder beide im kontinuierlichen Reibprozess einen Knick aufweist. Diese Unstetigkeitsstellen deuten auf eine Störung im Reibkraftübertragungsmechanismus hin. Gedruckte Version im dissertationen.de Verlag [http://www.dissertation.de] erschienen.In many technical application fields in dry running friction systems as brake and clutch are used. For a purposeful interpretation and development of such systems are detailed knowledge of their function mode and the procedures of special importance, running off during the friction process. This thesis makes a contribution to a deeper understanding of the friction procedures in the contact area of technical friction pairings. The work examines the characteristics of differently developed friction pairings with organically bound friction materials under relatively small load in its first part at ambient temperature. It shows up that the mechanism of the friction layer formation is in connection with the metal transmission from the metallic body into the friction lining independently of the condition of the friction material effective. A further observation is that the size and the kind of the distribution of the local coefficient of friction are contributed by the friction surface temperature, whereby the bonding agent has an important influence. During yieldable load, over the friction lining width seen, smaller and larger local coefficients of friction alternate each other. During extremely large load this regularity changes. Here the local coefficients of friction are approximately constant transverse to the direction of friction, but within the range of the intake edge of the lining significantly more largely than in the range of the discharge edge. Also during relatively small outside load the places of maximum friction surface loading shift transverse to the friction direction. The investigations of the friction pairing in series of measurements with alternating larger and smaller thermal load show that, related to the brought in friction energy, which is larger wear during small load and ambient temperature around more as hundredfold than with friction under relatively large friction surface temperature. It proves that the adhesion of the friction layer on the lining is substantially smaller at ambient temperature than at higher temperature under thermal load. In a further emphasis the shift of the resulting frictional force in the contact area of the mating of a disc brake is measured by two force sensors against each other transferred by a lever arm. In certain ranges of stress the frictional force curves laid on over the friction time oscillations with oscillation times are overlaid in the minute range, which refers to a periodic change of the frictional force transmission mechanism. There is a relationship between the course of the frictional force components in the continuous friction process and the characteristic of the friction pairing to energize friction oscillations. Friction oscillations develop, or their intensity becomes larger precipitously, if the course exhibits one of the two frictional force components or two during the continuous friction process a break. These points of discontinuity point on a disturbance in the frictional force transmission mechanism. 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