DE1016183B - Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Reibbelages aus Eisen, Graphit und Molybdaendisulfid - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf poröse, gesinterte Reibbeläge und insbesondere auf eisenhaltige Reibbeläge zur Verwendung in Kupplungen oder Bremsen. Erfindungsgemäß wird ein derartiges Element aus einer zusammengedrückten pulvrigen Mischung aus Eisen, Graphit und Molybdändisulfid durch Sinterung hergestellt.

Vorzugsweise enthält die Mischung zwischen 20 und 25 Gewichtsprozent Graphit und zwischen 2 und 6 Gewichtsprozent Molybdändisulfid und als Rest Eisen und Verunreinigungen. Vorteilhaft enthält die Mischung 22 Gewichtsprozent Graphit und 4 Gewichtsprozent Molybdändisulfid.

Der Umfang der Erfindung ergibt sich aus den Ansprächen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand der Zeichnungen erläutert. In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Bremsschuhes mit einem Reibbelag nach der Erfindung,

Fig. 2 und 3 perspektivische Ansichten von Kupplungsscheiben mit Reibbelägen nach der Erfindung und

Fig. 4 und 5 graphische Darstellungen, in denen der für eine konstante Verzögerung erforderliche Druck über der Zahl von Bremsvorgängen in Minutenabstand aufgetragen ist.

Der Reibbelag ist ein poröser, gesinterter, eisenhaltiger Körper, der aus einer zusammengedrückten pulvrigen Mischung aus Eisen, Graphit und Molybdändisulfid besteht. Wegen des hohen Anteils an Graphit hat der Körper keine hohe Elastizität und ist nicht leicht biegbar. Daher ist der Körper vorteilhaft auf einem festen Metallträger, ζ. Β. aus Stahl, befestigt, mit dem er in die Bremse oder Kupplung eingebaut werden kann. Im einzelnen enthält die pulvrige Mischung zwischen 20 und 25 Gewichtsprozent Graphit und zwischen 2 und 6 Gewichtsprozent Molybdändisulfid, während der Rest Eisen ist. Die Bestandteile befinden sich in fein verteilter Form; so hat z. B. das Eisenpulver eine Korngröße von 0,34 bis 0,5 mm entsprechend einem Sieb mit 144 bis 324 Maschen nach DIN 1171. Die Mischung wird dann in die gewünschte Form zusammengedrückt oder brikettiert. Dies erfolgt in einer Brikettierpresse bei einem Druck zwischen 2810 und 7030 kg/cm².

Die Briketts werden dann für 45 Minuten bei einer Temperatur zwischen 1065 und 1120° C in nicht oxydierender Atmosphäre, wie entwässertem, unvollständig verbranntem Erdgas, gekracktem Ammoniak oder Wasserstoff gesintert. Der erzeugte Körper hat sehr gute Reibeigenschaften, widersteht hohen Temperaturen, behält seine Reibeigenschaften in einem weiten Temperaturbereich, hat hohe Verschleißfestigkeit und ist beim Betrieb geräuscharm.

Verfahren zur Herstellung

eines gesinterten Reibbelages aus Eisen,

Graphit und Molybdändisulfid

Anmelder:

General Motors Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Vorwerk und Dipl.-Ing. K. Walther,
Patentanwälte, Berlin-Charlottenburg 9, Bolivarallee 9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Oktober 1955

Thomas Gene Ankeney, John William Arnett,

Dayton, Ohio,

und Paul Jacob Shipe, Xenia, Ohio (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Um einen mit einem Metallträger verbindbaren Reibbelag zu erhalten, wird ein Brikett auf eine Stahlunterlage gelegt, die zuvor dünn mit Kupfer bekleidet wird. Eine Anzahl von Briketts und Trägern werden unter Zwischenlage von Abstandsstücken übereinandergeschichtet, worauf der Stapel unter Druck in einem einzigen Arbeitsgang gesintert und verbunden wird.

Das Sintern und Verbinden könnte auch nacheinander vorgenommen werden. In diesem Falle werden die Briketts zunächst zwischen Blättern graphitischen Werkstoffs oder aus Metall mit einem nichthaftenden, feuerfesten Überzug gesintert.

Ein anderer Weg ist der, die Pulverbriketts bei einer Temperatur zwischen 870 und 1065° C für 30 bis 45 Minuten vorzusintern. Diese teilweise Sinterung der Briketts erleichtert ihre Handhabung. Die vorgesinterten Briketts werden dann mit dem Träger zusammengesetzt und unter Druck einer Temperatur von etwa 955° C für 30 Minuten zwecks Verbindung ausgesetzt. Während des Verbindens werden die Briketts fertiggesintert.

Die Temperatur zum Verbinden kann zwischen 955 und 1150° C liegen und die Behandlungszeit im umgekehrten Verhältnis zwischen 20 und 45 Minuten.

70Ϊ 697/370

Diese Unterschiede sind nicht ausschlaggebend, solange nur eine gute Sinterung und Bindung erfolgt. Bei einem bevorzugten Beispiel der Erfindung wird eine pulvrige Mischung von 22% Graphit, 4% Molybdändisulfid mit einer Korngröße < 0,6 mm, entsprechend einem 100-Maschen-Sieb nach DIN 1171, 74% reduziertes Eisenoxydpulver mit einer Korngröße <0,4mm, entsprechend einem 256-Maschen-Sieb nach DIN 1172, bei 5625 kg/cm² brikettiert und die Bri-

Ivörper Rosten oder Oxydation eintreten, das unter Umständen die Wirksamkeit und die Lebensdauer des Belages beeinträchtigt.

Um jegliche Zerstörung in einem Belag, dessen Poren dem Angriff für die Lebensdauer und Wirkung des Belages schädlicher Stoffe ausgesetzt sind, zu verhindern, können gewisse hitzebeständige Werkstoffe in die Poren imprägniert werden, die einen Überzug über die ganze poröse Oberfläche bilden und

ketts auf eine Stahlunterlage, die mit einer dünnen io die Korrosion des Werkstoffes des Belages mit schäd-Kupferplattierung versehen ist, für etwa 45 Minuten liehen Flüssigkeiten hemmen oder verhindern, unter Druck bei 1120° C gesintert. Diese Mischung Die Imprägnierung kann die Poren im wesentlichen

bildet eine hartgesinterte Schicht, die mit dem Träger ausfüllen oder über diesen einen Schutzüberzug verbunden ist. bilden. Es ist wichtig, daß die Imprägnierung die

Ein Bremsschuh 20 (Fig. 1) hat einen porösen, ge- 15 Reibeigenschaften des Belages nicht ändert und daß, sinterten, eisenhaltigen Reibbelag 22 und einen Me- falls der Belag eine genügend hohe Temperatur antallträger 24. Der Schuh wird hergestellt, indem nimmt, bei der die Imprägnierung zerstört wird, Briketts der beschriebenen Mischung auf die Träger deren Rückstände den Schutz der porösen Oberfläche 24 aufgelegt werden, worauf die Briketts und Träger gegen den Angriff der Flüssigkeiten übernehmen und unter Druck aufeinandergestapelt in einem Ofen ge- 20 auch die Reibeigenschaften des Belages nicht ändern, sintert und miteinander verbunden werden. Eine geeignete Imprägnierung ist ein Harzwerk

stoff eines organischen Kondensationsproduktes in der Form eines unschmelzbaren Furfurol-Keton-Reaktionsproduktes hoher Temperaturstabilität. Dieser Werkstoff kann unter Vakuum imprägniert und bei verhältnismäßig niedriger Temperatur ausgehärtet und dadurch in den unschmelzbaren Zustand übergeführt werden, wonach der damit imprägnierte Werkstoff im wesentlichen dicht gegen Feuchtigkeit oder andere schädliche Flüssigkeiten ist. Dieser besondere Werkstoff hat die zusätzliche Eigenschaft, bei hohen Temperaturen (über etwa 400° C) im wesentlichen in reinen Kohlenstoff zu zerfallen. Die Kohlenstoffrückstände verbleiben in den Poren des

Eine Kupplungsscheibe 26 (Fig. 2) hat eine genutete Nabe 28, eine stählerne Tragplatte 30 und einen porösen, gesinterten Reibbelag 32, der auf dieser befestigt ist. Eine ringförmige Kupplungsscheibe 34 (Fig. 3) besteht aus einem ringförmigen Stahlträger 36 und einem porösen, gesinterten Reibbelag 38, der an einer oder beiden Seiten befestigt ist. Die Scheibe kann am Außenumfang oder am Innenumfang mit Nuten 40 bzw. 42 versehen sein.

Die drei Kurven der Fig. 4 wurden ermittelt, indem
mit einer Minute Abstand Abbremsungen mit einem
üblichen, nichtmetallischen Belag bei 80,5 km/'h,
96,6 km/h und 112,7 km/h vorgenommen wurden und
hierbei eine konstante Verzögerung von 4,6 m/sec 35 Bremsbelages und decken diese völlig zu. Sie verhin-

eingehalten wurde. Die »Schwundcharakteristik« des Belages ergibt sich aus dem steigenden hydraulischen Druck, der erforderlich war, diese konstante Verzögerung einzuhalten. So ändert sich bei 80,5 km/h Geschwindigkeit der erforderliche Druck zur Beibehaltung dieser Verzögerung von etwa 34,5 kg/cm² bei der ersten Abbremsung auf 60,1 kg/cm² bei der zehnten Abbremsung. Bei 96,6 km/h Geschwindigkeit betragen die entsprechenden Werte 39,4 kg/cm² bzw.

dem, wie zahlreiche Versuche bewiesen haben, die Oxydation der inneren Flächen des Belages. Die Imprägnierung ist ein unschmelzbares Kondensat der Umsetzung der Furfurol-Keton-Masse.

Als besonderes Beispiel für eine geeignete Imprägnierung sei angegeben: 100 Teile Furfurol werden mit 7 Teilen eines Beschleunigers, vorzugsweise neutralem Diäthylsulfat, gemischt. Diese Mischung wird in einen Autoklav gebracht und die zu imprägnie-

80,5 kg/cm², und bei 112,7 km/h Geschwindigkeit ver- 45 renden Teile in die Mischung bei einer Temperatur sagte der Belag nach der sechsten Abbremsung. zwischen 21 und 38° C eingetaucht. Der Autoklav

Zum Vergleich zeigen die drei Kurven der Fig. 5 wird unter Vakuum gesetzt, um alle Luft aus den die Werte, die mit porösen, gesinterten Reibbelägen Poren des porösen Teils zu entfernen, dann wird er nach der Erfindung bei Verwendung als Bremsbelag unter Druck gesetzt, um die Imprägnierung in die erzielt wurden. Die erforderlichen Drücke für die 50 entlüfteten Poren des porösen Metallteiles zu drücken. Abbremsungen blieben im wesentlichen konstant und Sind die Teile einwandfrei imprägniert, so werden lagen niedriger als die in Fig. 4 eingetragenen. Aus- sie aus dem Autoklav entfernt und in einem Ofen fälle traten nicht ein. Alle Versuche wurden mit bei etwa 70° C für 24 Stunden getrocknet, wonach gleicher Ausrüstung und gleichen Bremselementen für weitere 2 Stunden die Temperatur auf 150° C erdurchgeführt, mit Ausnahme des Bremsbelagwerk- 55 höht wird.

Während der ersten Beheizungsstufe kann die Temperatur zwischen 65,5 und 100° C und während der zweiten Stufe zwischen 135 und 165° C bei ähnlichen Behandlungszeiten angewandt werden. Wird die Bein machen Fällen können poröse, gesinterte Reib- 60 handlungszeit geändert, so muß die Temperatur entbeläge wegen ihrer porösen Struktur und Zusammen- sprechend gewählt werden; wesentliche Voraussetzung unter besonderen Feuchtigkeitsbedingungen Setzung ist, daß der Werkstoff einwandfrei polymeridurch die Luft oxydieren. siert wird. Der Anteil des Beschleunigers kann

Wird ein Belag z. B. bei einem Kraftfahrzeug be- entsprechend der Temperatur und der Behandlungsnutzt und ist dort dem Einfluß von Wasser aus- 65 zeit geändert werden, jedoch ist das Verhältnis von

Teilen Beschleuniger auf 100 Teile vorzuziehen. Eine andere geeignete Imprägnierung ist ein Silikonharz, vorzugsweise ein Harz des Methyl-Phenyl-Polysiloxan-Typs, bei dem der Stoff in einem Lösungs

stoffes selbst. Die untersuchten handelsüblichen Beläge hatten eine,Fläche von 263,2cm², während die porösen, gesinterten, eisenhaltigen Beläge lediglich eine Fläche von 232,5 cm² hatten.

gesetzt, so absorbiert er dieses infolge seiner porösen Eigenschaften. Wird der Belag häufig benutzt, so treibt die dabei entstehende Wärme die Feuchtigkeit aus. Wird er jedoch nicht häufig benutzt, bleibt also

beachtliche Zeit unbenutzt, so kann in dem porösen 70 mittel gelöst ist, wie z. B. Xylol, Trichloräthylen oder

Toluol. Eine derartige Imprägnierung ist hochhitzebeständig und zerfällt bei Temperaturen oberhalb von etwa 345° C im wesentlichen in reine Kohle und Kieselsäure, die die Poren des Belages schützen und bedecken. Für die Imprägnierung eines porösen Teils aus Metall mit Siloxan in einem flüchtigen Lösungsmittel wird das Metallteil bei Raumtemperatur während 4 bis 6 Stunden getränkt, danach aus dem Imprägniermittel entfernt und schwach bei etwas höherer als Raumtemperatur erwärmt, um das Lösungsmittel auszutreiben, wonach die ganze poröse Oberfläche des Teils mit Siloxan bedeckt ist.

Die Siloxanharze können mit Alkydharzen oder mit Furfurol-Keton-Derivaten gemischt werden. In solchen Mischungen bilden die Siloxanharze 50 bis 75%, während die anderen Harze den Rest ausmachen.

Eine andere geeignete Imprägnierung ist eine Phosphorsäure-Mangansulfat-Lösung. Beim Eintauchen eines Belages in eine solche Lösung bildet sich ein Niederschlag von Eisen-Mangan-Phosphat. Diese Behandlung ist unter dem Namen »Parkerisierung« bekannt. Die Phosphorsäure und das Mangansulfat werden als wäßrige Lösungen benutzt, in die das zu imprägnierende Teil für 10 bis 15 Minuten eingetaucht wird, wobei das Bad auf einer Temperatur zwischen 96,1 und 97,7° C gehalten wird. Nach Entfernen aus dem Bad hat die gesamte poröse Oberfläche des Teils eine sie bedeckende Phosphatschicht.

Alle diese Imprägnierungen ergeben in den Poren des Teils Überzüge, die die Oxydation des Teils hemmen oder verhindern. Bei Verwendung der Furfurol-Keton-Harze sind die Poren im wesentlichen von der Imprägnierung verschlossen. Im Falle der Siloxanharze sind die Poren wegen des flüchtigen Lösungsmittels teilweise verschlossen, jedoch sind alle Oberflächen des Werkstoffs mit der Imprägnierung bedeckt. Bei Verwendung der Phosphatüberzüge sind lediglich die Oberflächen der Poren mit dem Phosphatüberzug versehen. In jedem Fall ist aber die gesamte poröse Oberfläche des Teils gegen Berührung mit der Außenluft oder schädliche Flüssigkeiten, die sie berühren könnten, geschützt.

Wenn die Imprägnierung infolge übermäßiger Temperatur zerfällt, bildet sie einen im wesentlichen reaktionsfreien Rückstand innerhalb der Poren, der das Teil einwandfrei schützt und den Reibeigenschaften nicht abträglich ist. Reibelemente der beschriebenen Art überdauern bei Verwendung in Scheibenoder Backenbremsen mehrfach nichtmetallische Reibbelagwerkstoffe und werden nicht durch ungewöhnliche Temperaturen schädlich beeinflußt, wie sie bei häufig wiederholten Abbremsungen bei hoher Geschwindigkeit auftreten. Abnutzungsversuche haben bewiesen, daß Reibbeläge nach der Erfindung bei gleichen Betriebsbedingungen mehrere Sätze üblicher nichtmetallischer Reibbeläge überdauern. Die metallischen Reibbeläge zeigen keinen Schwund der Reibeigenschaften, wie dies bei nichtmetallischen Werkstoffen der Fall ist, wenn sie übermäßigen Temperaturen ausgesetzt werden. Bei üblichen Straßenbedingungen arbeiten die Reibbeläge nach der Erfindung weich und geräuschlos auch bei häufiger Benutzung. Im besonderen arbeiteten sie gut bei Versuchen mit zehn aufeinanderfolgenden Abbremsungen von einer Höchstgeschwindigkeit von 160 km/h, während übliche nichtmetallische Beläge bei gleichen Versuchsbedingungen nach der vierten Abbremsung versagten.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines porösen, gesinterten, metallischen Reibbelages, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer zusammengedrückten pulvrigen Mischung aus Eisen, Graphit und Molybdändisulfid durch Sinterung hergestellt wird.

2. Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus 20 bis 25 Gewichtsprozent Graphit, 2 bis 6 Gewichtsprozent Molybdändisulfid und Eisen und Verunreinigungen als Rest besteht.

3. Reibbelag nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 22 Gewichtsprozent Graphit und 4% Molybdändisulfid enthält.

4. Reibbelag nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Oberfläche des Belages mit einem hitzebeständigen Werkstoff imprägniert ist, der die Reaktion des Werkstoffes des Belages mit schädlichen Flüssigkeiten hemmt.

5. Reibbelag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag mit einem organischen Kondensationsprodukt imprägniert ist.

6. Reibbelag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag mit einem unschmelzbaren Furfurol-Keton-Reaktionsprodukt imprägniert ist.

7. Reibbelag nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Furfurol-Keton-Derivat in den unschmelzbaren Zustand nach der Imprägnierung übergeführt wird.

8. Reibbelag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag mit einem Siloxanharz imprägniert ist.

9. Reibbelag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Oberfläche des Belages mit einer Schicht des Reaktionsproduktes einer Phosphorsäure-Mangansulfat-Lösung und dem Eisen des Belages bedeckt ist.

10. Reibbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er auf einem Metallträger befestigt ist.

11. Verwendung eines Reibbelages nach Anspruch 10 zur Herstellung eines Bremsschuhes.

12. Verwendung eines Reibbelages nach Anspruch 10 zur Herstellung einer Kupplungsscheibe.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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