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Die Erfindung betrifft Reibbeläge, wie sie beispielsweise in automatischen Getrieben, als Belag bei Kupplungen oder Bremsen usw., zum Einsatz gelangen.
Reibbeläge der oben erwähnten Art sollen eine ganze Reihe von Eigenschaften aufweisen.
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Er soll möglichst abriebbeständig sein, damit die Lebensdauer der Reibbeläge hoch ist.
Der Reibbelag muss ferner leicht bearbeitbar sein, so dass man ihn ohne Schwierigkeiten in eine gewünschte Form bringen kann. Schliesslich ist es oft auch erwünscht, dass man ihn auf einer oder mehreren Seiten aufrauhen kann, um gegebenenfalls das Material mittels eines Klebemittels auf eine Unterlage wie z. B. einen Metallträger befestigen zu können.
Es ist bereits eine ganze Reihe von Reibbelägen bekannt, die zum Teil die erwähnten Eigen- schaften in mehr oder weniger zufriedenstellendem Umfang aufweisen. Trotzdem besteht noch das
Bedürfnis nach verbesserten Reibbelägen, die auf einfache Art und Weise herstellbar sind und sich vielseitig einsetzen lassen.
In den meisten der bekannten Reibbeläge wird als Faserkomponente Asbest eingesetzt, gegen dessen Verwendung in letzter Zeit aus Gründen des Umweltschutzes erhebliche Bedenken vorgebracht werden ; Asbest soll gesundheitsschädlich, insbesondere krebserregend oder krebsfördernd, sein.
Man rechnet deshalb mit Massnahmen des Gesetzgebers, die zum Ziele haben sollen, in absehbarer Zeit den Einsatz von Asbest entweder vollständig zu verbieten oder doch weitgehendst auszuschlie- ssen. Ganz abgesehen davon ist Asbest auch ein Rohstoff, der nicht in unbegrenzten Mengen zur Verfügung steht.
Es besteht somit weiter ein Bedürfnis nach Reibbelägen, in denen als Faserkomponente kein Asbest mehr vorhanden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Reibbelag zur Verfügung zu stellen, der ohne die bisher üblicherweise verwendeten Asbestfasern aufgebaut ist, der sich auf einfache Art und Weise verarbeiten lässt und gute Gebrauchseigenschaften aufweist. Aufgabe der Erfindung ist ferner ein Reibbelag, der eine gute Wärmebeständigkeit aufweist, in dem die verwendeten Verstärkungs- fasern eine gute Bindung zu dem Einbettungsmaterial aufweisen, der hohe Abriebfestigkeiten be- sitzt, der sich durch einen besonders homogenen Aufbau auszeichnet, über eine lange Lebensdauer verfügt und insbesondere beim Einsatz als Bremsbelag nicht die üblichen Quietschgeräusche verur- sacht.
Aufgabe der Erfindung ist ferner ein Reibbelag, der vielseitig einsetzbar ist und eine geringe Aggressivität gegenüber dem eingesetzten Gegenmaterial besitzt und über einen hohen Reib- wert verfügt und dynamische und statische Reibungskoeffizienten besitzt, die in einem günstigen Verhältnis zueinander stehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Reibbelag gelöst, der im wesentlichen aus einem Fasermaterial, einer polymeren Bindemittelmasse, Füllmittel sowie gegebenenfalls weiteren Zusätzen aufgebaut ist und der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Fasermaterial ganz oder teil- weise aus Kieselsäurefasern besteht, die durch Trockenverspinnen von Natronwasserglas und Behan- deln der Natronwasserglasfasern zur Umwandlung des Natriumsilikats in Kieselsäure mit wässeri- gen, wasserstoffionenhaltigen Säure- und Salzlösungen erhalten worden sind. Die Kieselsäurefasern
4 5 können eine Zugfestigkeit von 200 bis 800 N/mm2 und einen E-Modul von 10 bis 10 N/mm2 aufwei- sen.
Vorzugsweise gelangen die Kieselsäurefasern kurzgeschnitten zum Einsatz und besitzen eine Stapellänge von 1 bis 40 mm, wobei Kieselsäurefasern mit einer Ausgangsstapellänge von 5 bis 15 mm besonders geeignet sind. Der Anteil an Kieselsäurefasern in dem Reibbelag kann z. B. 5 bis 70 Gew.-% betragen.
Es ist zweckmässig, wenn das Fasermaterial neben Kieselsäurefasern noch weitere Fasern ent- hält, sei es in Form eines Fasergemisches oder auf die Weise, dass das Fasermaterial aus zwei oder mehreren Garnsorten aus jeweils unterschiedlichen Fasern hergestellt wurde. Folgende Kombi- nationen von Fasern sind sehr geeignet : Kieselsäurefasern und Polyacrylnitrilfasern, Kieselsäurefa- sern und Viskosefasern, Kieselsäurefasern und Kohlenstoffasern, insbesondere auch Kieselsäurefa- sern und Fasern aus vollaromatischen Polyamiden.
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Das Fasermaterial kann als weiteren Bestandteil auch Metallfasern, insbesondere Stahlwolle, enthalten. Metallfasern sind auch vorteilhaft, wenn neben Kieselsäurefasern bereits eine weitere Faserkomponente der oben erwähnten Arten vorhanden ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht der Reibbelag aus verpressten Kieselsäurefasern enthaltenden Stäb- chenmassen.
Das Reibmaterial gemäss der Erfindung wird vorzugsweise als Reibbelag bei Scheiben- und Trommelbremsen, als Reibbelag von Kupplungen sowie als Scheibenmaterial bei Mehrscheibenkupplungen eingesetzt.
Unter Kieselsäurefasern im Rahmen der Erfindung sind Fasern zu verstehen, die als Hauptbestandteil SiO oder polymere Kieselsäure enthalten, wie sie formal gesehen durch Kondensation von Orthokieselsäure entsteht. Die Übergänge zwischen hochkondensierter Kieselsäure und dem reinen SiO sind fliessend.
Vorzugsweise haben die Kieselsäurefasern der Erfindung im entwässerten Zustand einen Spi02- Gehalt von über 95 Gew.-%, insbesondere über 98 oder sogar 99, 5 und mehr Gew.-%.
Es können Wasser enthaltende und SiOH-Gruppen aufweisende Fasern eingesetzt werden, welche z. B. aus Natronwasserglasfasern nach Behandlung mit verdünnter Salzsäure und Trocknen bei Temperaturen bis etwa 120 C entstehen. Bevorzugt werden jedoch bei Temperaturen über 8000C getemperte, praktisch wasserfreie und SiOH-gruppenarme Kieselsäurefasern. Die Fasern sind vorzugsweise
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Säuren geschehen. Vorzugsweise werden im Rahmen der Erfindung jedoch Kieselsäurefasern eingesetzt, die durch Trockenverspinnen von Natronwasserglas zu Wasserglasfasern und durch anschlie- ssendes Behandeln der Wasserglasfasern mit sauren Verbindungen erhalten worden sind.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden Kieselsäurefasern verwendet, wie sie nach der Lehre der DE-OS 2900991 erhalten werden.
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mente, ferner Fasern in Form von Matten, Vliesen, Filzen, Bündeln oder Büscheln, Garnen, Zwirnen, Seilen, Bändern, Geweben u. dgl.
Kieselsäurefasern können im Rahmen der Erfindung in den verschiedensten Aufmachungen eingesetzt werden. So ist es möglich, die Fasern als Kurzschnitt von gleicher oder verschiedener Stapellänge einzusetzen. Günstige Faserlängen sind 3,6, 12 und 24 mm. Kurzschnittfaserbündel werden vor allem bei Bremsbelägen verwendet.
Die Fasern können auch als Filamente, als Garn, Seil usw. eingesetzt werden. Auch ist die Verwendung als Gewebe oder Vliese möglich. Garne gelangen vor allem bei der Herstellung von Kupplungsbelägen, Vliese vor allem bei Reibbelägen, die bei automatischen Getrieben verwendet werden, zum Einsatz.
Stäbchenmassen, welche Kieselsäurefasern enthalten, können erhalten werden, indem man Kieselsäurefilamente mit Bindemittel, Füllmittel, Lösungsmittel und gegebenenfalls weiteren Zusätzen vermengt, das Gemisch durch eine Kalibrierdüse extrudiert, und das Extrudat nach Entfernen des Lösungsmittels schneidet bzw. granuliert. Die erhaltenen Stäbchen, blatt- oder granulatförmigen Teilchen können dann in einfacher Weise durch Pressen bei entsprechenden Temperaturen zu Reibbelägen geformt werden.
Die Kieselsäurefasern können allein oder unter Mitverwendung von einer oder mehreren der weiter oben erwähnten Fasersorten zum Einsatz gelangen ; günstig sind Zusätze von Metallfasern oder -drähten, auch wenn neben den Kieselsäurefasern noch andere Fasern vorhanden sind.
Bei Verwendung von mehreren Faserarten kann im Rahmen der Erfindung von einem Fasergemisch ausgegangen werden, das durch einfaches Vermischen von Kieselsäurefasern und weiteren Fasern erhalten wird. Es ist aber auch möglich, verschiedene Fasern ohne vorheriges Mischen zu verarbeiten, z. B. indem man zunächst aus Kieselsäurefasern ein Garn und zum andern beispielsweise aus Fasern aus vollaromatischen Polyamiden ein weiteres Garn herstellt und diese beiden
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ssend gemeinsam zu schneiden, um eine gute Durchmischung zu haben. Es hat sich gezeigt, dass für Bremsbeläge die Mitverwendung von Stahlwolle sehr günstig ist. In Reibbelägen, die in Kupplungen eingesetzt werden, sind Messingdrähte als Zusatz sehr geeignet.
Auf diese Weise kann das Wärmeleitvermögen und auch der Reibwert vorteilhaft beeinflusst werden.
Unter vollaromatischen Polyamiden sind sogenannte Aramide zu verstehen, die aus aromatischen Dicarbonsäuren und aromatischen Diaminen bzw. aromatischen Aminocarbonsäuren erhalten werden.
Als Bindemittel oder Matrix, in welche das Fasermaterial eingebettet ist und als Verstärkung dient, können übliche polymere Verbindungen verwendet werden. Bekannt sind Harze auf Basis
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Es können übliche Lösungsmittel genommen werden. Der Reibbelag gemäss der Erfindung kann übliche Füllmittel wie Russ, Metalloxyde, Kaolin usw. enthalten, das Mitverarbeiten von üblichen Zusätzen ist möglich. Auch der Einsatz von Polytetrafluoräthylen als Bindemasse ist möglich.
Das Verformen zu Reibbelägen üblicher, z. B. ring-, platten-, quader- oder kegelförmiger,
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kann auf übliche Weise erfolgen.
Übliche Bindemittel, Füllmaterialien, Zusätze sowie entsprechende Herstellungsverfahren werden in der Literatur vielfach beschrieben. In diesem Zusammenhang sei auf die in der Zeitschrift "Gummi, Asbest, Kunststoffe" in den Jahrgängen 1973 und 1974 veröffentlichte Artikelserie"Entwick- lungen von Reibbelägen für Kupplungen und Bremsen" von H. Bohmhammel verwiesen, in der Einzelheiten über die Herstellung von Reibbelägen angegeben werden.
Die Kieselsäurefasern können in dem Reibmaterial ohne besondere Präparation zum Einsatz gelangen. Es ist aber auch möglich, die Fasern, bevor sie eingebettet werden, mit einer speziellen Präparation zu versehen. Zu Präparationen, die sich im Rahmen der Erfindung besonders bewährt haben, gehören Polyurethane, Epoxydharze, Latices sowie Phenolharze auf der Basis von Phenol und Formaldehyd. Es reicht im allgemeinen aus, wenn die eingesetzten Fasern mit 1 bis 7 Gew.-% der Präparation versehen sind.
Ihre Verarbeitung kann sodann auf an sich bekannte Art und Weise geschehen. So ist es möglich, unter Einsatz der Kieselsäurefasern, gegebenenfalls unter Mitverwendung weiterer Fasern, ein Garn, ein Seil, eine Matte, ein Vlies, ein Gewebe oder ähnliche Gebilde herzustellen, dieses mit dem Bindematerial zu imprägnieren und aus dieser Masse sodann z. B. durch Pressen, wobei gegebenenfalls noch vorhandenes Lösungsmittel entfernt werden muss, einen entsprechenden Formkörper, z. B. eine Scheibe oder einen Klotz, zu bilden. Die Verarbeitung von Kieselsäure enthaltenden Stäbchenmassen durch Pressen ist besonders vorteilhaft.
Die Scheiben können sodann als solche bzw. nachdem sie auf eine Unterlage gebracht worden sind, zum Einsatz gelangen.
Es war besonders überraschend, dass sich die erfindungsgemässen Reibbeläge so vorteilhaft, insbesondere als Reibbeläge in Bremsen und Kupplungen, einsetzen lassen. Sie sind ferner sehr gut geeignet als Scheiben bei sogenannten Mehrscheibenkupplungen.
Die Reibmaterialien lassen sich gut durch mechanische Mittel bearbeiten, so ist es ohne weiteres möglich, sie durch Schleifen, Bohren, Fräsen usw. auf entsprechende Form zu bringen. Entgraten, Einbringen von Nuten oder spiralförmigen Vertiefungen ist ohne Schwierigkeiten möglich.
Eine aus dem Reibbelag gemäss der Erfindung hergestellte Scheibe lässt sich sehr gut aufrauhen, so dass sie mit ihrer aufgerauhten Seite unter Verwendung eines Klebers einwandfrei mit einer Unterlage, die ihrerseits wieder aufgerauht sein kann, fest verbunden werden kann. Die Haftung zwischen Unterlage und Reibmaterial ist ausgezeichnet.
Die Reibmaterialien gemäss der Erfindung sind sehr beständig gegen den Einfluss von Wärme, weisen einen geringen Abrieb und damit eine hohe Lebensdauer beim Einsatz als Kupplungs- und Bremsbeläge auf. Das Material besitzt eine hohe Elastizität sowie hohe Reibwerte sowohl bei statischer als auch bei dynamischer Belastung. Bei Bremsen, die Bremsbeläge aus erfindungsgemässem Reibmaterial enthalten, tritt das vielfach übliche Quietschen nicht mehr auf.
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Der Reibbelag ist nicht aggressiv gegenüber Gegenmaterialien wie z. B. Stahl oder Guss. Auf Grund der günstigen Oberflächeneigenschaften und ihrer guten Benetzbarkeit ist die Haftung zwi- schen Kieselsäurefasern und Bindemittel ausgezeichnet, was sich in einer guten Homogenität des
Reibbelages bemerkbar macht. Infolge des Reibverhaltens lassen sich bei synchronisierten Getrieben sehr kurze Schaltzeiten erreichen. Auch die Verträglichkeit der Kieselsäurefasern mit den übrigen eingesetzten Stoffen ist sehr zufriedenstellend.
Die Reibbeläge haben ein gutes Berstverhalten und besitzen hohe Berstfestigkeiten, wie sie vor allem für Kupplungsbeläge gefordert werden.
Die Erfindung wird durch folgende Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Herstellung eines Kupplungsreibbelages
Aus einem Garn aus Kieselsäurefasern und einem Garn aus einer vollaromatischen Polyamidfaser wird im Volumenverhältnis 1 : 1 ein Mischzwirn hergestellt mit einem Gesamttiter von 12000 dtex. Die Garndrehung ist 120 Drehungen pro Meter, die Zwirndrehung 150 Drehungen pro Meter. Vier dieser Zwirne werden zu einem Band zusammengefasst und durch ein Tauchbad geführt, das eine übliche Imprägniermischung enthält. Diese Mischung besteht im wesentlichen aus Phenolharz, Natur- und Syntheselatices (50 Gew.-Teile) sowie Russ und Graphit (20 Gew.-Teile), Kaolin (15 Gew.-Teile), Zinkoxyd (5 Gew.-Teile) und Schwefel (10 Gew.-Teile) und Äthylmethylketon als Lösungsmittel.
Nach dem Imprägnieren werden die Bändchen bis zur Klebefreiheit getrocknet, sodann zu einem scheibenförmigen Vorformling einer Dicke von etwa 6 mm gewickelt und anschliessend verpresst, das Verpressen geschieht bei einem Druck von 120 bar und einer Temperatur von 180 C.
Die Enddicke der Scheibe beträgt etwa 3 mm.
Beispiel 2
Herstellung eines Bremsbelages
Ein Kieselsäurefilamentgarn und ein Filamentgarn aus vollaromatischem Polyamid wird im Volumenverhältnis 2 : 1 gefacht und dann mittels einer üblichen Schneidevorrichtung zu Faserkurzschnitt einer Stapellänge von 6 mm geschnitten.
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vermischt und auf übliche Weise zu einem Bremsbelag verarbeitet.
Das Bindemittelgemisch enthält-alle Zahlenangaben sind Volumenteile - Phenol-Kresolharz (30), synthetischen Kautschuk (10), Baryt (5), Schiefermehl/Kaolin-Gemisch (10), Graphit (5), Molybdänsulfid (5), Eisenspäne/Kupferpulver-Gemisch 3 : 1 (5).
PATENTANSPRÜCHE :
1. Reibbelag, der im wesentlichen aus einem Fasermaterial, einer polymeren Bindemittelmasse, Füllmittel sowie gegebenenfalls weiteren Zusätzen aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial ganz oder teilweise aus Kieselsäurefasern besteht, die durch Trockenverspinnen von Natronwasserglas und Behandlung der Natronwasserglasfasern zur Umwandlung des Natriumsilikats in Kieselsäure mit wässerigen, wasserstoffionenhaltigen Säure- oder Salzlösungen erhalten worden sind.