DE102007046156A1

DE102007046156A1 - Reibbelag sowie verschleißfestes Bauteil

Info

Publication number: DE102007046156A1
Application number: DE200710046156
Authority: DE
Inventors: Tim-Florian Gerbing; Frank Steinhauer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2009-04-02
Also published as: EP2203660A2; WO2009039819A2; US7897232B2; US20100209691A1; WO2009039819A3

Abstract

Um einen verschleißfesten und hochtemperaturbeständigen Reibbelag (10) insbesondere für eine Transportrolle (12) auszubilden, weist dieser eine in einer Matrix (6) eingebettete verschleißfeste Reibkomponente (8) sowie eine Zusatzkomponente auf, wobei die Zusatzkomponente derart ausgebildet ist, dass sie bei Überschreiten einer Grenztemperatur unter Energieaufnahme umgewandelt wird. Durch die endotherme Reaktion tritt ein Kühleffekt auf, durch den der Reibbelag (10) geschützt wird. Als Reibkomponente (8) wird insbesondere eine so genannte PBO-Faser eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibbelag sowie ein verschleißfestes Bauteil.
In vielen technischen Bereichen finden Bauteile Einsatz, die sowohl im Hinblick auf die Reibbelastung als auch im Hinblick auf die thermische Belastung hohen Anforderungen standhalten müssen. So bestehen beispielsweise für Transportanwendungen in Produktionsanlagen, z. B. für Transportrollen zum Fördern von noch warmen oder heißen Halbzeugen oder Produkten, oftmals derartige hohe Anforderungen.
Neben einem metallischen Reibbelag für Transportmittel werden auch Reibbeläge auf Kunststoff-Basis vorgesehen, insbesondere zum Transport von Produkten/Halbzeugen, bei denen es auf eine hohe Oberflächengüte ankommt. Mit derartigen Kunststoff-Reibbelägen ist ein zerstörungs- und beschädigungsfreier Transport beispielsweise von Produkten der Aluminium- oder Glasindustrie gewährleistet. Zur Verbesserung der Reibeigenschaften können in den Kunst stoff verschleißfeste Reibkomponenten, wie beispielsweise Aramidfasern, eingebettet sein.
Allerdings besteht aufgrund einer hohen Temperaturbelastung beispielsweise durch das noch warme oder heiße Produkt die Gefahr einer thermischen Schädigung des Reibbelags.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hochtemperaturfesten Reibbelag sowie ein verschleißfestes Bauteil anzugeben.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen hochtemperaturfesten Reibbelag, umfassend eine Matrix mit einer darin eingebetteten verschleißfesten Reibkomponente sowie mit einer Zusatzkomponente, wobei die Zusatzkomponente derart ausgebildet ist, dass sie sich bei Überschreiten einer Grenztemperatur unter Energieaufnahme umwandelt.
Unter „hochtemperaturfest" wird hierbei insbesondere ein Reibbelag verstanden, der bei Temperaturen insbesondere auch oberhalb von 150°C temperaturbeständig ist und nicht thermisch geschädigt wird.
Der besondere Vorteil des Reibbelags ist in der Zusatzkomponente zu sehen, da diese bei Überschreiten einer Grenztemperatur quasi kühlend wirkt, da sie der Umgebung thermische Energie entzieht. Die Grenztemperatur ist beispielsweise eine fest definierte Temperatur, ab der eine chemische oder auch physikalische Umwandlung der Zusatzkomponente oder des Zusatzstoffes aufgrund der thermischen Energie initiiert wird. Die Grenztemperatur kann aber auch ein Temperaturbereich sein, beispielsweise wie bei einer chemischen Gleichgewichtsreaktion, bei der sich in Abhängigkeit von der Temperatur das Gleichgewicht verschiebt.
Der Reibbelag ist vorzugsweise nach Art einer Beschichtung ausgebildet und auf einen Grundkörper aufgebracht. Alternativ hierzu wird durch den Reibbelag ein massiver Körper ausgebildet, der zugleich das verschleißfeste Bauteil bildet.
Zweckdienlicherweise ist die Zusatzkomponente derart ausgebildet, dass sie bei Überschreiten der Grenztemperatur eine endotherme chemische Reaktion ,0eingeht. Eine derartige endotherme chemische Reaktion ist beispielsweise das Abspalten von Teilkomponenten, wie beispielsweise Kristallwasser. Alternativ zu der endothermen chemischen Reaktion kann die Zusatzkomponente auch derart ausgebildet sein, dass ein endothermer physikalischer Phasenübergang vonstatten geht.
Vorzugsweise ist die Zusatzkomponente hierbei ein Hydroxid, beispielsweise ein Metallhydroxid. Als Hydroxide werden bevorzugt Aluminiumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid eingesetzt. In beiden Fällen erfolgt bei Temperaturen oberhalb einer definierten Grenztemperatur eine Zersetzung zum Aluminium- bzw. Magnesiumoxid unter Abspaltung von Wasser. Bei Magnesiumhydroxid geschieht dies beispielsweise bei Temperaturen von oberhalb etwa 350°C. Durch den thermischen Energieverbrauch bei dieser Zersetzung wird der Reibbelag insgesamt effektiv gekühlt.
Ein weiterer besonderer Vorteil bei der Verwendung von Aluminiumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid ist in deren hoher Oberfläche zu sehen. Dadurch können eventuell entstehende Verbrennungsprodukte wie beispielsweise Ruß durch Adsorption gebunden werden.
Alternativ zu der Verwendung von Hydroxiden können auch Salze, insbesondere anorganische Salze oder Metallsalze, eingesetzt werden. Beispielsweise werden Borste eingesetzt.
Sowohl Aluminiumhydroxid wie auch Magnesiumhydroxid oder die Borste sind Mittel, die auch als Flammschutzmittel eingesetzt werden.
Um eine möglichst wenig abrasive Oberfläche des Reibbelags zu gewährleisten, ist die Matrix in einer zweckdienlichen Ausgestaltung eine Kunststoffmatrix und insbesondere ein duroplastisches Kunstharz, vorzugsweise auf Phenolharzbasis.
Zur Verbesserung der Reibbeständigkeit ist als Reibkomponente in zweckdienlicher Ausgestaltung eine verschleißfeste Faser vorgesehen. Vorzugsweise ist dies eine Kunststofffaser, wie beispielsweise eine Aramidfaser, insbesondere eine so genannte para-Aramidfaser (p-Aramidfaser).
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer so genannten PBO-Faser erwiesen, die vorzugsweise als verschleißfeste Faser eingesetzt wird. PBO ist hierbei die chemische Bezeichnung für p-Phenylen-2.6-Benzobisoxazo. Der besondere Vorteil der PBO-Faser ist in ihrer deutlich höheren Hitzebeständigkeit beispielsweise im Vergleich zu der p-Aramidfaser zu sehen. Sie weist eine hohe Widerstandsfähigkeit beim Erhitzen, einen hohen Flammenwiderstand sowie darüber hinaus auch verbesserte mechanische Eigenschaften gegenüber der p-Aramidfaser auf. Insgesamt eignet sich daher die PBO-Faser in besonders vorteilhafter Weise für einen hochtemperaturfesten und verschleißfesten Reibbelag. Insbesondere in Verbindung mit der endotherm reagierenden Zusatzkomponente ist ein derart ausgebildeter Reibbelag von besonderer Bedeutung.
Im Hinblick auf eine möglichst einfache Herstellung ist die Faser vorzugsweise in Kunstharz getränkt. Die einzelne Faser ist daher jeweils von Kunstharz umgeben. Zur Ausbildung des Reibbelags werden beispielsweise in Kunstharz getränkte Fasern, Faserbündel oder Garne auf einen metallischen Grundkörper aufgewickelt. Alternativ können auch Fasermatten, Netze oder einzelne nur wenige Millimeter oder Zentimeter lange Fasern in Kunstharz eingebettet werden.
Ein derartiger Reibbelag wird zweckdienlicherweise für ein Transportbauteil, insbesondere eine Transportrolle, eingesetzt. Der Reibbelag kann hierbei als Beschichtung auf einen Grundkörper des Bauteils aufgebracht sein oder alternativ auch ein eigenständiges massives Bauteil bilden.
Der Reibbelag kann neben Transportbauteilen auch für Bauteile aus anderen technischen Bereichen in anderen Bereichen, beispielsweise für Reibbeläge wie bei Bremseinrichtungen, eingesetzt werden, bei denen hohe Temperaturen im Betrieb entstehen können.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein verschleißfestes Bauteil, insbesondere Transportbauteil und vorzugsweise Transportrolle mit einem derartigen Reibbelag. Die im Hinblick auf den Reibbelag angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Bauteil zu übertragen.
Die einzige Figur zeigt beispielhaft eine ausschnittsweise dargestellte Wicklungsvorrichtung zur Herstellung einer Transportrolle.
Auf einer rotierbaren Spindel 2 wird ein hier nicht näher zu erkennender walzenförmiger Grundkörper aufgesteckt, der während des Wickelvorgangs rotiert. Aus einer Zuführeinrichtung 4 wird ein in Kunstharz 6 getränkter PBO-Faserstrang 8 zugeführt und auf den Grundkörper nach Art einer Kreuzwicklung aufgewickelt, so dass auf dem Grundkörper ein Reibbelag 10 ausgebildet wird. Der Grundkörper mit dem darauf aufgebrachten Reibbelag 10 bildet die Transportrolle 12. Die Höhe des Reibbelags beträgt beispielsweise einige Zentimeter.
In die Kunstharz-Matrix 6 ist in hier nicht näher dargestellter Weise als Zusatzkomponente Aluminiumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid eingebracht. Der Anteil dieser Hydroxide im gesamten Reibbelag (also der Anteil bezogen auf Kunstharz 6 und Faser 8) liegt im Bereich von 18 bis 48 Vol.-% und vorzugsweise bei etwa 33 Vol.-%.
Im Ausführungsbeispiel wird ein PBO-Faserstrang 8 verwendet, der aus einer Vielzahl von beispielsweise miteinander verdrillten oder verseilten Einzel-PBO-Fasern besteht.
Ein derartiger Reibbelag, der insbesondere in Kombination die PBO-Faser als verschleißfeste und hochtemperaturbeständige Reibkomponente aufweist und ergänzend als Zusatzkomponente Aluminiumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid, weist eine sehr gute thermische Widerstandsfähigkeit auf. Insgesamt weist hierbei die Transportrolle eine Temperaturbeständigkeit von etwa bis zu 500 bis 600°C auf. Kommt die Transportrolle mit höheren Temperaturen kurzzeitig in Kontakt, so führt dies nicht zu einer Beschädigung des Reibbelags 10. Vielmehr erfolgt hierbei eine „Aktivierung" der Zusatzkomponente, so dass diese kühlend auf ihre Umgebung einwirkt. Dieser Kühleffekt wird bei Aluminiumhydroxid oder Magnesiumhydroxid durch die Abspaltung von Wasser erzielt.
Von besonderer Bedeutung bei diesem Reibbelag ist daher die Verwendung der Zusatzkomponente, und zwar allgemein eine Zusatzkomponente, die auf den Reibbelag kühlend wirkt, wenn eine bestimmte Temperatur oder ein bestimmter Temperaturbereich erreicht oder überschritten wird.

2: Spindel
4: Zuführeinrichtung
6: Kunstharz
8: Faserstrang
10: Reibbelag
12: Transportrolle

Claims

Reibbelag (10) umfassend eine Matrix (6) mit einer darin eingebetteten verschleißfesten Reibkomponente (8) sowie mit einer Zusatzkomponente, wobei die Zusatzkomponente derart ausgebildet ist, dass sie sich bei Überschreiten einer Grenztemperatur unter Energieaufnahme umwandelt.
Reibbelag (10) nach Anspruch 1, bei dem die Zusatzkomponente derart ausgebildet ist, dass sie bei Überschreiten der Grenztemperatur eine endotherme chemische Reaktion eingeht.
Reibbelag (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zusatzkomponente ein Hydroxid ist.
Reibbelag (10) nach Anspruch 2, bei dem die Zusatzkomponente Aluminiumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid ist.
Reibbelag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Matrix (6) eine Kunststoffmatrix ist.
Reibbelag (10) nach Anspruch 5, bei dem die Matrix (6) ein duroplastischer Kunstharz ist.
Reibbelag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Reibkomponente eine verschleißfeste Faser (8) vorgesehen ist.
Reibbelag (10) nach Anspruch 7, bei dem als Faser (8) eine PBO-Faser eingesetzt ist.
Reibbelag (10) nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Faser (8) in Kunstharz (6) getränkt ist.
Reibbelag (10) nach einem der vorhergehender Ansprüche, der durch Wicklung ein oder mehrerer Fasern (8) ausgebildet ist.
Reibbelag (10) nach einem der vorhergehender Ansprüche, der auf einem Transportbauteil (12) aufgebracht ist oder dieses bildet.
Verschleißfestes Bauteil, insbesondere Transportrolle (12), mit einem Reibbelag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.