DE102006013540A1 - Elastomerbauteil für eine Bremsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elastomerbauteil für eine Bremsvorrichtung, basierend auf einer Ethylen-Propylen-Dienkautschuk enthaltenden Kautschukmischung. Für eine verlängerte Funktionsfähigkeit enthält die Kautschukmischung ein Flammschutzmittel.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Elastomerbauteil für eine Bremsvorrichtung, basierend auf einer Ethylen-Propylen-Dienkautschuk enthaltenden Kautschukmischung.
• In Bremsvorrichtungen (Bremsaggregaten) werden unterschiedliche Elastomerbauteile verwendet. So weisen beispielsweise Scheibenbremsen an verschiedenen Bauteilen Dichtungsringe, Schutzkappen (Manschettendichtungen) und Schutzstopfen (Dichtstopfen) aus elastomerem Material auf, um die Bremsflüssigkeit im System zu halten und die Bauteile vor dem Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit zu schützen. Derartige Schutzkappen sind z. B. aus der DE 33 26 482 C2 , der DE 36 10 018 A1 , der DE 38 14 695 A1 und der DE 41 27 830 A1 bekannt.
• An die Kautschukmischungen, aus denen die Elastomerbauteile für Bremsvorrichtungen hergestellt werden, werden hohe Anforderungen hinsichtlich der Eigenschaften der Vulkanisate gestellt. So müssen die Vulkanisate eine hohe Wärme- und Alterungsbeständigkeit aufweisen, eine gute Kälteflexibilität zeigen und eine besonders hohe Chemikalienbeständigkeit, insbesondere im Hinblick auf die Bremsflüssigkeit, aufweisen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, verwendet man für die Elastomerbauteile für Bremsvorrichtungen häufig Kautschukmischungen auf der Basis von Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), ggf. im Verschnitt mit geringen Mengen an Butylkautschuk, mit üblichen Zuschlagstoffen. Die bekannten Elastomerbauteile können jedoch den Nachteil aufweisen, dass nach einer gewissen Betriebsdauer ein Löchrigwerden oder eine Zerstörung der Bauteile auftritt und sie dadurch ihre Funktion nur noch eingeschränkt oder gar nicht mehr erfüllen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elastomerbauteil der Eingangs genannten Art für Bremsvorrichtungen bereitzustellen, das sich durch eine verlängerte Funktionsfähigkeit auszeichnet.
• Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Kautschukmischung, auf der das Elastomerbauteil basiert, ein Flammschutzmittel enthält.
• Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass festgestellt wurde, dass das Löchrigwerden und die Zerstörung der Bauteile durch Funkenschlag beim Betrieb der Bremse hervorgerufen wird. Durch den Zusatz von Flammschutzmittel in der Kautschukmischung widersteht das aus der Mischung hergestellte Produkt einer Flammeinwirkung bzw. einem Funkenschlag wesentlich länger und die Funktionsfähigkeit, z. B. hinsichtlich der Abdichtung gegen Verschmutzung, ist für einen längeren Zeitraum gewährleistet.
• Als Flammschutzmittel können alle für Kautschukmischungen üblichen Chemikalien eingesetzt werden, die flammhemmend wirken, d. h. die zu einer erhöhten Widerstandsfähigkeit von Polymeren gegen Entflammung bei Einwirkung von Zündquellen führen. So können beispielsweise Aluminiumhydroxid, Antimontrioxid, Zinkborat, Ammoniumpolyphosphorsäuren, Magnesiumcarbonat, Phosphorsäureester oder bromierte Phosphate eingesetzt werden.
• Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird als Flammschutzmittel jedoch Magnesiumhydroxid eingesetzt, dessen Wirkung auf einer thermischen Zersetzung basiert und dabei keine toxischen oder korrosiven Gase freisetzt.
• Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Magnesiumhydroxid mit einem Vinylsilan gecoatet (beschichtet) ist. Das Flammschutzmittel wird dadurch besser in die Mischung eingebunden und erhöht die Verträglichkeit des Füllstoffs mit der Polymermatrix. Gleichzeitig nimmt der Druckverformungsrest der Vulkanisate aus den Mischungen ab, der Modul als Maß für die Anbindung der Polymermatrix an das Flammschutzmittel nimmt zu und die Weiterreißfestigkeit und die Reißdehnung verschlechtern sich nicht. Ein geringer Druckverformungsrest ist für die Elastomerbauteile von Vorteil, da dann ein Schutz gegen bleibende Verformung vorliegt und die Bauteile dadurch einen gesicherten Sitz aufweisen. Insbesondere Schutzkappen und speziell deren Montagewulst unterliegen einer ständiger Verformung in der Einklemmnut bei gleichzeitig hoher thermischer Beanspruchung, so dass ein geringer Druckverformungsrest zu einem sicheren Sitz der montierten Schutzkappe beiträgt.
• Die Kautschukmischung für das Elastomerbauteil enthält bevorzugt 20 bis 150 phr Magnesiumhydroxid und/oder gecoatetes Magnesiumhydroxid.
• Die in dieser Schrift verwendete Angabe phr (parts per hundred parts of rubber by weight) ist dabei die in der Kautschukindustrie übliche Mengenangabe für Mischungsrezepturen. Die Dosierung der Gewichtsteile der einzelnen Substanzen wird dabei stets auf 100 Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen Kautschuke bezogen.
• Eine besonders hohe Flammwidrigkeit bei gleichzeitig guten Vulkanisateigenschaften kann erzielt werden, wenn die Mischung 80 bis 120 phr Magnesiumhydroxid und/oder gecoatetes Magnesiumhydroxid enthält.
• Damit die Elastomerbauteile, z. B. Schutzkappen, gut und einfach an der Bremsvorrichtung montiert werden können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Kautschukmischung für das Elastomerbauteil 0,5 bis 5 phr zumindest eines Gleitmittels zudosiert werden. Als Gleitmittel können z. B. Zinksalze von Fettsäuren, Seifen oder Fettsäureamide eingesetzt werden.
• Neben den genannten Zuschlagstoffen kann die Kautschukmischung für das Elastomerbauteil noch weitere übliche Zuschlagstoffe, wie z. B. Ruß, andere Füllstoff, Weichmacher, Alterungsschutzmittel, Aktivatoren, Wachse, Harze und Mastikationshilfsmittel, enthalten. Die Zuschlagstoffe werden in üblichen Mengen eingesetzt. Die Vulkanisation der EPDM-Mischung erfolgt vorzugsweise mit Peroxid und Co-Vernetzern unter üblichen Bedingungen.
• Bei dem Elastomerbauteil für die Bremsvorrichtung kann es sich um unterschiedlichste Dichtringe, Dichtmanschetten und Dichtstopfen handeln. Besonders vorteilhaft wirkt sich die Verwendung von Flammschutzmittel allerdings bei Bauteilen aus, die besonders hohem Funkenschlag durch die Bremsung ausgesetzt sind. Ein derartiges Bauteil ist beispielsweise eine ringförmige Schutzkappe für den Bremszylinder einer Scheibenbremse.
• Anhand eines Vergleichsbeispiels und mehrerer Ausführungsbeispiele, die in der Tabelle 1 dargestellt sind, soll die Erfindung zusammen mit der einzigen Zeichnungsfigur 1 näher erläutert werden. Dabei zeigt 1 schematisch einen Teilschnitt einer Scheibenbremse im Bereich von Bremskolben und Gehäuse.
• Der in 1 dargestellte Teilschnitt zeigt einen Ausschnitt aus einem Scheibenbremsaggregat 1. Der Bremskolben 2 ist geschlossen dargestellt, während das Gehäuse 3 nebst Dichtring 4 entlang der Zylinderachse bis zum Bremskolben 2 geschnitten ist. Am Übergang zwischen Bremskolben 2 und Gehäuse 3 ist eine ringförmige Schutzkappe 5 angeordnet, die ebenfalls im Schnitt entlang der Zylinderachse dargestellt ist. Die Schutzkappe 5 schützt den Bereich zwischen Bremskolben 2 und Gehäuse 3 vor dem Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit. Die Schutzkappe 5 ist gemäß der Erfindung aus einer auf EPDM basierenden Mischung mit einem Flammschutzmittel hergestellt.
• Für die Verwendung bei der Schutzkappe 5 wurden unterschiedliche Mischungen getestet. Bei der mit (V) gekennzeichneten Mischung der Tabelle 1 handelt es sich um eine herkömmliche Mischung für Scheibenbremsschutzkappen ohne Flammschutzmittel. Die mit (E) gekennzeichneten Mischungen geben die erfindungsgemäßen Mischungen mit unterschiedlichen Mengen an zwei verschiedenen Flammschutzmitteln wieder. Bei den Mischungen mit Flammschutzmittel wurde die Menge an Ruß reduziert, um einen zu hohen Härteanstieg zu vermeiden.
• Die Mischungsherstellung erfolgte unter üblichen Bedingungen in zwei Stufen in einem Labortangentialmischer. Aus sämtlichen Mischungen wurden Prüfkörper durch optimale Vulkanisation unter Druck bei 180°C hergestellt und mit diesen Prüfkörpern für die Kautschukindustrie typische Materialeigenschaften bestimmt, die in der Tabelle 1 aufgelistet sind. Die Ergebnisse des Flammtestes sind gesondert aufgeführt. Für die Tests an Prüfkörpern wurden folgende Testverfahren angewandt:
• Härte (Shore A): DIN 53 505 (bei Raumtemperatur)
• Dichte: DIN 53479
• Reißfestigkeit: DIN 53 504 (bei Raumtemperatur)
• Reißdehnung: DIN 53 504 (bei Raumtemperatur)
• Spannungswert: DIN 53 504 (bei Raumtemperatur und 100% Dehnung)
• Weiterreißwiderstand: DIN 53 507, DIN ISO 34-1 A
• Druckverformungsrest: DIN 53 517 nach 24 h bei 150°C und 25% Verformung
• Flammtest: analog IEC 60695-11 (10 s Beflammung, dann Stopp des Brenners)
Tabelle 1

• ^a Magnifin^®, H-10, Albemarle Corporation
• ^b Magnifin^®, H-10 A, Albemarle Corporation
• Ergebnisse des Flammtests:

1(V):

schnelle Entzündung, die Probe brennt auf

2(E):

etwas langsamere Entzündung, die Probe brennt auf

3(E):

etwas langsamere Entzündung als 2(E), die Probe brennt auf

4(E):

Entzündung erst nach ca. 9 s, die Probe brennt auf

5(E):

die Probe brennt erst nach dem 2. Beflammen auf

6(E):

fängt nach ca. 4 s an zu glimmen, nach 10 s ist eine Flamme vorhanden, die Probe brennt auf

7(E):

fängt nach ca. 7–8 s an zu glimmen, nach 10 s ist eine Flamme vorhanden, die Probe brennt langsamer als 6(E) auf

8(E):

fängt nach ca. 10 s an zu glimmen, Probe brennt danach sehr langsam auf

9(E):

kein Glimmen oder Brennen beim ersten Beflammen über 10 s, Probe fängt erst beim zweiten Beflammen an zu brennen

• Aus den Flammtests wird ersichtlich, dass die Zudosierung von Flammschutzmittel zu der Mischung für die Scheibenbremsschutzkappe das Entflammungsverhalten positiv beeinflusst, so dass die aus der Mischung gefertigte Scheibenbremsschutzkappe einer Flammeinwirkung bzw. einem Funkenschlag wesentlich länger widerstehen kann und die Funktionsfähigkeit gewährleistet ist.
• Bei höherer Dosierung des Flammschutzmittels in Mengen von 100 phr können die besten Ergebnisse hinsichtlich des Flammschutzes erzielt werden. Der Tabelle 1 kann man ferner entnehmen, dass bei Verwendung von gecoatetem Magnesiumhydroxid (Mischungen 6(E) bis 9(E)) im Vergleich zur Verwendung von nicht-gecoatetem Magnesiumhydroxid (Mischungen 2(E) bis 5(E)) keine Einbußen in den Vulkanisateigenschaften Reißdehnung und Weiterreißfestigkeit hingenommen werden müssen und gleichzeitig der Druckverformungsrest in positiver Weise ab- und der Spannungswert bei 100% Dehnung zunimmt. Durch den verringerten Druckverformungsrest ist gewährleistet, dass die Scheibenbremsschutzkappe sicher an der montierten Stelle verbleibt.
• Zusätzlich wurden von den Mischungen 1(V) und 9(E) die Glasumwandlungstemperaturen T_g mittels DSC bestimmt, dabei ergab sich für die Mischung 1(V) ein T_g von –52.9°C und für die Mischung 9(E) ein T_g von –53,9°C. Daraus ergibt sich, dass die Kälteeigenschaften der Mischung trotz hoher Mengen an Flammschutzmittel in vorteilhafter Weise auf dem gleichen Niveau verbleiben.

Claims (7)

1. Elastomerbauteil für eine Bremsvorrichtung, basierend auf einer Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) enthaltenden Kautschukmischung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung ein Flammschutzmittel enthält.
2. Elastomerbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung als Flammschutzmittel Magnesiumhydroxid enthält.
3. Elastomerbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnesiumhydroxid mit einem Vinylsilan gecoatet ist.
4. Elastomerbauteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung 20 bis 150 phr Magnesiumhydroxid und/oder gecoatetes Magnesiumhydroxid enthält.
5. Elastomerbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung 80 bis 120 phr Magnesiumhydroxid und/oder gecoatetes Magnesiumhydroxid enthält.
6. Elastomerbauteil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung 0,5 bis 5 phr zumindest eines Gleitmittels enthält.
7. Elastomerbauteil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine ringförmige Schutzkappe (5) für den Bremszylinder einer Scheibenbremse (1) ist.