DD278625A1

DD278625A1 - Reibungsschicht fuer kupplungen und bremsen

Info

Publication number: DD278625A1
Application number: DD32385388A
Authority: DD
Inventors: Hans Fehrmann; Michael Weigand; Joerg Neumann; Agnes Oswald
Original assignee: Werkzeugmasch Forschzent
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1990-05-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reibungsschicht fuer Kupplungen und Bremsen im Maschinen-, Fahrzeug- und Schiffsbau. Mit der Erfindung soll eine Reibungsschicht mit dem Hauptanteil Cu-Bronze durch Spritzbeschichten aufgebracht werden und dabei mindestens die gleichen Reibungseigenschaften pressgesinterter Reibbelaege erreicht werden. Nach der Erfindung enthaelt der Ausgangswerkstoff des Reibungswerkstoffes als Hauptanteil eine CuSn-Legierung mit 8 bis 20% Sn-Anteil. Dieser Legierung werden als Greifkomponente Metalloxide oder mineralische Pulver allein oder im Gemisch in Volumenanteilen zwischen 10 und 60% und als Gleitkomponente Kohlenstoff und Calciumflourid in Volumenanteilen zwischen 10 und 60% zugesetzt. Der Ausgangswerkstoff liegt pulverfoermig in den Korngroessen fuer die CuSn-Legierung 160 bis 500 mm, die Greifkomponente 20 bis 45 mm und die Gleitkomponente 2 bis 45 mm vor.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf das Gebiet des Maschinen-, Fahrzeug- und Schiffbaues. Als spezielles Anwendungsgebiet kommen große naßlaufende Lamellenkupplungen und -bremsen von Lastschaltgetrieben in Exzenter- und Kurbelpressen in Betracht',.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zum Aufbringen von Reibbelägen auf relativ großen Kupplungen und Bremsen ist entsprechend DD-PS 260111; F16D, 13/64 vorerst das Teilen eines Stahlgrundkörpers in Kreisringsegmente erforderlich. Danach werden preßgesinterte Reibbeläge auf den Kreisringsegmenten aufgesintert und abschließend die einzelnen Segmente zu einem geschlossenen Kreisring verschweißt. Diese Verfahrensweise ist sehr zeit- und anlagenintensiv. Außerdem ist die Größe der herzustellenden Kupplungen und Bremsen durch die Anlagen zum Aufsintern der Reibbeläge begrenzt. Des weiteren muß bei zunehmender Größe der Reibbeläge auch deren Dicke vergrößert werden, um die Formstabilität bei der Handhabung der Reibbeläge während des technologischen Prozesses zu sichern. Das hat einen unnötig hohen Materialbedarf für die Reibbeläge zur Folge. Die gesinterten Reibbeläge bestehen im wesentlichen aus dem Reibwerkstoff Cu-Bronze mit Mischungen von Gleit- und Greifkomponenten. In der Praxis hat sich erwiesen, daß der Einsatz von Cu-Bronze als Reibwerkstoff vorteilhafte Eigenschaften bezüglich Verbundfestigkeit, Verschleißwiderstand und Reibungszahlen gewährleistet. Jedoch lassen sich diese Eigenschaften bisher nur erreichen, wenn der genannte Reibwerkstoff durch Preßsintern verarbeitet wird. Es ist aus Untersuchungen bekannt, daß da j Spritzen der zum Preßsintern verwendeten Reibwerkstoffe oder eines aus dem gesinterten Reibbelag ausgemahlenen Pulvers nicht zu qualitativ gleichwertigen Reibungsschichten führt. Als wesentliche Nachteile einer solchen gespritzten Reibungsschicht gegenüber eines von den gleichen Reibwerkstoffen preßgesinterten Reibbelages traten auf; mangelnde Haftung der Schichten auf dem Stahlgrundkörper, gleichmäßige Vermischung der Pulverbestandteile vor dem Spritzen war nicht möglich, erheblicher Wärmeverzug der Stahlgrundkörper beim Beschichten, Verbrennen des Graphitanteiles im Spritzstrahl und fehlende Porositäten der Spritzschichten.

Die Anwendung des Spritzbeschichtens zur Herstellung von Reibschichten ist nach der DE-OS 3033139; F16 D, 69/02 und dem EP 0079732; F16 D, 69/02 bekannt. Nach der DE-OS 3033139 wird auf einen Grundkörper aus Eisenwerkstorf eine Raibschteht durch Detonationsspritzen aufgebracht. Die Reibschicht setzt sich zusammen aus Metallcarbiden der Metalle Wo und Cr, aus Metallen wie Ko, Cr, Ni und aus C. Mit dieser Reibsc' 'cht soll eine hohe Verschleißfestigkeit in Verbindung mit einer Gegenreibfläche aus organisch gebundenen Reibwerkstoffen erreicht werden. Der Einsatz ist für Bremsen in Kfz vorgesehen. Nach dem EP 0079732 wird auf einen organisch gebundenen Reibbelag eine Reibschicht aus Al-, Zn- und Mg-Legierungen flammgespritzt. Diese Reibschicht hat die Aufgabe, die Restausbildung während längerer Stillstandszeiten zu unterdrücken. Eine vorteilhafte Einflußnahme auf das Verschleißverhalten der Reibpaarungen während des Betriebes wird damit nicht erreicht. Aus den Lösunger, entsprechend der DE-OS 3033139 und dem EP 0079732 ist zu erkennen, daß die Spritztechnik nicht zur Ausbildung einer Reibungsschicht genutzt wird, sondern zur Herstellung einer Verschleißschutzschicht auf der Gegenreibfläche. Der zugeordete Reibbelag besteht dabei aus Mischungen mit organischen Bindemitteln.

Ziel der Erfindung

Als Ziel der Erfindung soll mit geringem konstruktiven und technologischen Aufwand eine hohe Verbundfestigkeit, ein hoher Verschleißwiderstand und hohe Reibungszahlen der Reibungsschicht erreicht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reibungsschicht für Kupplungen und Bremsen m!t dem Hauptanteil Cu-Bronze als Reibungswerkstoff zu schaffen, die durch Spritzbeschichten aufgebracht wird und dabei mindestens die gleichen Reibungseigenschaften preßgesinterter Reibbeläge gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Hauptausgangswerkstoff des Reibungswerkstoffes als Hauptanteil eine CuSn-Legierung mit 8 bis 20% Sn-Anteil enthält. Dieser Legierung werden als Greifkomponente Metalloxide oder mineralische Pulver allein oder im Gemisch in Volumenanteilen zwischen 10 und 60% und als Gleitkomponente Kohlenstoff und Calciumfluorid in Volumenanteilen zwischen 10 und 60% zugesetzt. Dabei liegt der Ausgangswerkstoff pulverförmig in den Korngrößen 160 bis 500 pm für die CuSn-Legierung, 20 bis 45 pm die Greifkomponente und.;his45|im für die Gleitkomponente vor. Die unterschiedlichen Korngrößen werden aufgrund unterschiedlicher Schmelzpunkte der Komponenten gewählt

Die Korngröße der CuSn-Legierung beträgt bei 8% Sn-Anteil 160 bis 250μηι, bei 10% Sn-Anteil 250 bis 315μιη und bei > 10% Sn-Anteil > 315 pm. Um eine gleichmäßige Verteilung der Greif-und Gleitkomponenten zu sichern, muß eine wesentlich kleinere Korngröße als die der CuSn-Legierung vorhander, sein. Die Metalloxide wie AI₂O₃, AI₂O₃ + TiO₂, Cr₂Oa werden mit Korngrößen <32pm in Volumenanteilen zwischen 10 und 60% zugesetzt, die mineralischen Pulver aus Basalt, Phenolit oder Granit mit SiO₂-Anteilen von 40 bis 80% werden mit Korngrößen zwischen 25 und 45μιη in Volumenanteilen zwischen 5 und 30% zugesetzt. Die durch Plasmaspritzen aufgebrachte Reibungsschicht aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung der Reibungswerkstoffe gewährleistet eine höhere Verbundfestigkeit, mindestens den doppelten Verschleißwiderstand bei gleichen Reibungszahlen gegenüber eines preßgesinterten Reibbelages.

Aufgrund der Optimierung der Korngrößen und der dabei gewählten Spritzparameter werden eine gleichmäßige Vermischung der Pulverbestandteile, ein verzugsfreies Aufbringen des Reibungswei kstoffes, die Aufrechterhaltung des erforderlichen Kohlenstoffanteiles und gewünschte Porositäten an der Schichtoberfläohe erreicht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf das Beschichten der Außenlamellen einer Naßlaufkupplung mit einem Außendurchmesse.r von 700mm. Die Reibungsschichten sind dabei beidseitig jeder Lamelle durch Plasmaspritzen aufzutragen. Für den Einsatz der zu beschichtenden Lamellenkupplung in einer Exzenterpresse waren folgende Eigenschaften an die Reibungsschicht gefordert:

- konstanter Reibwert bei Betriebstemperaturen von 40 bis 150°C,

- Reibungszahlen Haftreibung μ₀ 0,15 bis 0,30

Gleitreibung μ 0,10 bis 0,20,

- Momentenkonstanz zwischen Gleiten und Haften,

- offene Porosität 30% und

- Reibung&schichtdicke 0,8mm.

Diesen geforderten Reibungseigenschaften wurde der erfindungsgemäße Reibungswerkstoff als Ausgangswerkstoff zum Plasmaspritzen angepaßt. Die vorbereitete Mischung in Pulverform bestand aus folgender Zusammensetzung:

40% Volumenanteil CuSn 10 in einer Korngröße von 315 pm, 40% Volumenanteil Greifkomponenten, bestehend aus:

20% Volumenanteil AI₂O₃ in der Korngröße von 20 bis 25pm,

10% Volumenanteil Cr₂O₃ in der Korngröße von 20 bis 25μηη,

10% Volumenanteil Basalt in der Konigröße >32 bis <45μηι,

12% Volumenanteil Graphitpulver in der Korngröße 2 bis δμσι und 8% Volumenanteil CaF₂ in der Korngröße >32 bis <45μπι.

Nach gründlichem Mischen aller Bestandteile des genannten Ausgangswerkstoffes erfolgte das Auftragen der Reibungsschicht auf jeder Lamellenseite in einer Plasmaspritzanlage. Dabei wurden die geforderten Reibungseigenschaften erreicht. Im Vergleich der gespritzten Reibungsschicht mit einem preßgesinterten Reibbelag mit gleichen Reibungseigenschaften wurden folgende Werte erreicht:

	preßgesinterter	Spritzschicht
	Belag
Hörte HB 2,5/62,5	33 ±2	83 ±3
Kugeleindring
widerstand N/mm²	342 ±9	336 ± 12
bleibende Eindring
tiefe bei Entlastung pm	125 ±8	123 ±2
Verschleißintensität'¹
gegen Stahl	1	0,33

1) Herlzsche Pressung 258 N/mm², Wälzgeschwindigkeit 2,93 m/min (Verschleißgröße des preßgesinterten Belags = 1 gesetzt)

Claims

1. Reibungsschicht für Kupplungen und Bremsen mit dem Hauptanteil Cu-ßronze als Reibungswerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswerkstoff des Reibungswerkstoffes als Hauptanteil eine CuSn-Legierung mit 8 bis 20% Sn-Anteil enthält, dieser Legierung als Greiferkomponente Metalloxide oder mineralische Pulver allein oder im C.emisch in Volumenanteilen zwischen 10 und 60% und als Gleitkomponente Kohlenstoff und Calciumfluorid in Voiumenanteilen zwischen 10 und 60% zugesetzt ist und der Ausgangswerkstorf pulverförmig in den Korngrößen für die CuSn-Legisrung 160 bis 500 pm, die Greif komponente 20 bis 45 pm und die Gleitkomponente 2 bis4bpm vorliegt.

2. Reibungsschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der CuSn-Legierung bei 8% Sn-Anteil 160 bis 250pm, bei 10% Sn-Anteil 250 bis 315pm und bei > 10% Sn-Anteil >315pm beträgt.

3. Reibungsschicht nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxide wie AI₂O₃, AI₂O₃ + TiO₂, Cr₂O₃ mit Korngrößen <32pm in Volumenanteilen zwischen 10 und 60% zugesetzt werden.

4. Reibungsschicht nach Anspruch 1 u. d 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mineralischen Pulver aus Basalt, Phenolit oder Granit mit SiO₂-Anteilen von 40 bis 80% bestehen, Korngrößen zwischen 25 und 45 pm aufweisen und in Volumenanteilen zwischen 5 und 30% zugesetzt werden.