Einfluss des Reibwerkstoffs auf die Eigenschaften von Reibpaarungen, besonders auf die Wirkmechanismen in der Kontaktfläche trocken laufender Bremsen

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.