DD278625A1

DD278625A1 - FRICTION LAYER FOR COUPLINGS AND BRAKES

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.The invention relates to a friction layer for clutches and brakes in mechanical engineering, vehicle and shipbuilding. With the invention, a friction layer is to be applied by spray coating with the main proportion of copper bronze and thereby at least the same friction properties of press-sintered friction linings are achieved. According to the invention contains the starting material of the friction material as a major proportion of a CuSn alloy with 8 to 20% Sn content. Metal oxide or mineral powder alone or mixed in volume proportions between 10 and 60% and as sliding component carbon and calcium fluoride in volume fractions between 10 and 60% are added to this alloy as a gripping component. The starting material is powdery in the grain sizes for the CuSn alloy 160 to 500 mm, the gripping component 20 to 45 mm and the sliding component 2 to 45 mm before.

Description

Field of application of the invention

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',.The field of application of the invention extends to the field of machine, vehicle and shipbuilding. As a special field of application are large wet-running multi-plate clutches and brakes of powershift transmissions in eccentric and crank presses into consideration ',.

Characteristic of the known state of the art

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.For applying friction linings on relatively large clutches and brakes is according to DD-PS 260111; F16D, 13/64 initially the sharing of a steel body in annulus segments required. Thereafter, press-sintered friction linings are sintered on the circular ring segments and finally welded the individual segments to form a closed circular ring. This procedure is very time and investment intensive. In addition, the size of the clutches and brakes to be produced is limited by the systems for sintering the friction linings. Furthermore, with increasing size of the friction linings and their thickness must be increased in order to ensure the dimensional stability in the handling of the friction linings during the technological process. This results in an unnecessarily high material requirement for the friction linings. The sintered friction linings consist essentially of the friction material Cu-bronze with mixtures of sliding and gripping components. In practice, it has been found that the use of Cu bronze as a friction material ensures advantageous properties in terms of bond strength, wear resistance and friction coefficients. However, these properties can be achieved so far only if the said friction material is processed by pressing sintering. It is known from research that j spraying of the friction materials used for press sintering or a powder ground out of the sintered friction lining does not result in qualitatively equivalent friction layers. As significant disadvantages of such a sprayed friction layer against one of the same friction materials press-sintered friction lining occurred; lack of adhesion of the layers on the steel body, uniform mixing of the powder components before spraying was not possible, considerable heat distortion of the steel body during coating, burning of graphite in the spray jet and lack of porosity of the spray coatings.

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.The application of the spray coating for the production of friction layers is according to DE-OS 3033139; F16 D, 69/02 and EP 0079732; F16 D, 69/02 known. According to DE-OS 3033139 a Raibschteht is applied by detonation spraying on a body of Eisenwerkstorf. The friction layer is composed of metal carbides of the metals Wo and Cr, of metals such as Ko, Cr, Ni and C. This friction is intended to achieve high wear resistance in conjunction with a counter friction surface made of organically bonded friction materials. The insert is intended for braking in motor vehicles. According to EP 0079732, a friction layer of Al, Zn and Mg alloys is flame-sprayed onto an organically bonded friction lining. This friction layer has the task to suppress the residual formation during prolonged downtime. An advantageous influence on the wear behavior of the friction pairings during operation is thus not achieved. From the solution, according to DE-OS 3033139 and EP 0079732 it can be seen that the spray technique is not used to form a friction layer, but for producing a wear protection layer on the Gegenreibfläche. The assigned friction lining consists of mixtures with organic binders.

Object of the invention

Als Ziel der Erfindung soll mit geringem konstruktiven und technologischen Aufwand eine hohe Verbundfestigkeit, ein hoher Verschleißwiderstand und hohe Reibungszahlen der Reibungsschicht erreicht werden.The aim of the invention is to be achieved with low design and technological effort, a high bond strength, high wear resistance and high friction coefficients of the friction layer.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to provide a friction layer for clutches and brakes m! T the main proportion of copper bronze as a friction material, which is applied by spray coating and thereby ensures at least the same friction properties of press-sintered friction linings.

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 gewähltAccording to the invention this is achieved in that the main starting material of the friction material contains a major proportion of a CuSn alloy with 8 to 20% Sn content. Metal oxide or mineral powder alone or mixed in volume proportions between 10 and 60% and as sliding component carbon and calcium fluoride in volume fractions between 10 and 60% are added to this alloy as gripping component. In this case, the starting material is in powder form in the particle sizes 160 to 500 pm for the CuSn alloy, 20 to 45 pm the gripping component and .H45 for the sliding component. The different particle sizes are chosen due to different melting points of the components

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.The grain size of the CuSn alloy is at 8% Sn content 160 to 250μηι, at 10% Sn content 250 to 315μιη and at> 10% Sn content> 315 pm. In order to ensure a uniform distribution of the gripping and sliding components, a much smaller particle size than that of the CuSn alloy must be present. The metal oxides such as Al ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃ + TiO ₂ , Cr ₂ Oa be added with particle sizes <32pm in volume fractions between 10 and 60%, the mineral powder of basalt, phenolite or granite with SiO ₂ content from 40 to 80% are added with particle sizes between 25 and 45μιη in volume fractions between 5 and 30%. The applied by plasma spraying friction layer of the composition of the friction materials of the invention ensures a higher bond strength, at least twice the wear resistance at the same friction numbers against a press-sintered friction lining.

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.Due to the optimization of the grain sizes and the spray parameters selected in this case, a uniform mixing of the powder components, distortion-free application of the friction material, maintenance of the required carbon content and desired porosities on the surface of the coating are achieved.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutertThe invention is explained in more detail below with reference to a preferred embodiment

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: The embodiment relates to the coating of the outer disk of a wet-running clutch with a Außendurchmesse.r of 700mm. The friction layers are applied on both sides of each blade by plasma spraying. The following properties of the friction layer were required for the use of the multi-plate clutch to be coated in an eccentric press:

- konstanter Reibwert bei Betriebstemperaturen von 40 bis 150°C,- constant coefficient of friction at operating temperatures of 40 to 150 ° C,

- Reibungszahlen Haftreibung μ₀ 0,15 bis 0,30- Friction coefficients Stiction μ ₀ 0.15 to 0.30

Gleitreibung μ 0,10 bis 0,20,Sliding friction μ 0.10 to 0.20,

- Momentenkonstanz zwischen Gleiten und Haften,- torque consistency between gliding and sticking,

- offene Porosität 30% undopen porosity 30% and

- Reibung&schichtdicke 0,8mm.- friction & layer thickness 0.8mm.

Diesen geforderten Reibungseigenschaften wurde der erfindungsgemäße Reibungswerkstoff als Ausgangswerkstoff zum Plasmaspritzen angepaßt. Die vorbereitete Mischung in Pulverform bestand aus folgender Zusammensetzung:These required friction properties, the friction material according to the invention has been adapted as a starting material for plasma spraying. The prepared mixture in powder form consisted of the following composition:

40% Volumenanteil CuSn 10 in einer Korngröße von 315 pm, 40% Volumenanteil Greifkomponenten, bestehend aus:40% by volume of CuSn 10 in a particle size of 315 μm, 40% by volume of gripping components, consisting of:

20% Volumenanteil AI₂O₃ in der Korngröße von 20 bis 25pm,20% by volume of Al ₂ O ₃ in the particle size from 20 to 25 pm,

10% Volumenanteil Cr₂O₃ in der Korngröße von 20 bis 25μηη,10% by volume Cr ₂ O ₃ in the particle size of 20 to 25μηη,

10% Volumenanteil Basalt in der Konigröße >32 bis <45μηι,10% by volume of basalt in Konigröße> 32 to <45μηι,

12% Volumenanteil Graphitpulver in der Korngröße 2 bis δμσι und 8% Volumenanteil CaF₂ in der Korngröße >32 bis <45μπι.12% volume fraction of graphite powder in the grain size 2 to δμσι and 8% volume fraction CaF ₂ in the grain size> 32 to <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:After thorough mixing of all constituents of the abovementioned starting material, the friction layer was applied to each side of the lamella in a plasma spraying system. The required friction properties were achieved. In comparison of the sprayed friction layer with a press-sintered friction lining with the same friction properties, the following values were achieved:

preßgesinterterpreßgesinterter Spritzschichtspray layer Belagcovering Hörte HB 2,5/62,5Heard HB 2.5 / 62.5 33 ±233 ± 2 83 ±383 ± 3 KugeleindringKugeleindring widerstand N/mm² resistance N / mm ² 342 ±9342 ± 9 336 ± 12336 ± 12 bleibende Eindringpermanent penetration tiefe bei Entlastung pmdeep at discharge pm 125 ±8125 ± 8 123 ±2123 ± 2 Verschleißintensität'¹ Wear intensity ' ¹ gegen Stahlagainst steel 11 0,330.33

1) Herlzsche Pressung 258 N/mm², Wälzgeschwindigkeit 2,93 m/min (Verschleißgröße des preßgesinterten Belags = 1 gesetzt)1) Herlzian pressure 258 N / mm ² , rolling speed 2.93 m / min (wear size of the press-sintered lining = 1 set)

Claims

1. Friction layer for clutches and brakes with the main proportion Cu-bronze as a friction material, characterized in that the starting material of the friction material as a major proportion contains a CuSn alloy with 8 to 20% Sn content of this alloy as a gripper component metal oxides or mineral powder alone or in C.emisch in volume fractions between 10 and 60% and as sliding component carbon and calcium fluoride in Voiumenanteilen between 10 and 60% added and the Ausgangswerkstorf powder in the grain sizes for the CuSn Legisrung 160 to 500 pm, the gripping component 20 to 45 pm and the sliding component is 2 to 4 bpm.

Second friction layer according to claim 1, characterized in that the grain size of the CuSn alloy at 8% Sn content 160 to 250pm at 10% Sn content 250 to 315pm and> 10% Sn content> 315pm.

3. friction layer according to claim 1 and 2, characterized in that the metal oxides such as Al ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃ + TiO ₂ , Cr ₂ O _{3 are added} with particle sizes <32pm in volume fractions between 10 and 60%.

4. friction layer according to claim 1 u. d 2, characterized in that the mineral powder consists of basalt, phenolite or granite with SiO ₂ content of 40 to 80%, have particle sizes between 25 and 45 pm and are added in volume fractions between 5 and 30%.