DE10342520A1

DE10342520A1 - Reibbelag zur Ausrüstung einer Trockenreibungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Reibbelags sowie mit einem derartigen Reibbelag ausgerüstete Reibungsscheibe

Info

Publication number: DE10342520A1
Application number: DE2003142520
Authority: DE
Inventors: Loic Adamczak; Daniel Benoit; Thierry Kanengieser; Cécile Rommeru
Original assignee: Valeo Materiaux de Friction SAS
Current assignee: Valeo Materiaux de Friction SAS
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2004-04-01
Also published as: FR2844565A1; FR2844565B1; BR0302752A; JP2004099902A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reibbelag zur Ausrüstung einer Trockenreibungsvorrichtung, umfassend Fasern, wenigstens ein Bindemittel und wenigstens einen Füllstoff, wobei die Fasern sogenannte Basalt-Endlosfasern in einer gewichtsbezogenen Menge zwischen 5 und 70 Prozent des Gesamtgewichts des Reibbelags enthalten. DOLLAR A Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Reibbelags sowie eine Reibungsscheibe, wie etwa eine rotierende Reibungskupplungsscheibe, die mit Trockenreibung arbeitet und mit einem derartigen Reibbelag ausgerüstet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reibbelag zur Ausrüstung einer Trockenreibungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, beispielsweise mit allgemein flacher Ringform.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Reibbelags sowie eine Reibungsscheibe, wie etwa eine rotierende Reibungskupplungsscheibe, die mit Trockenreibung arbeitet.
Es sind insbesondere zahlreiche Beispiele von derartigen ringförmigen Reibbelägen bekannt, die in Form eines flachen Rings ausgeführt sind und zur Ausrüstung einer Kupplungsscheibe oder einer Bremsscheibe verwendet werden, die mit Trockenreibung arbeiten.
Jeder Reibbelag ist in Form eines Vorformlings ausgeführt, der einen abschließenden Brennvorgang durchläuft, um eine Polymerisierung einiger seiner Bestandteile herbeizuführen, woraufhin gegebenenfalls ein Nachhärtevorgang stattfindet.
Der flache ringförmige Vorformling kann nach verschiedenen bekannten Techniken beispielsweise aus mit einem Duroplast imprägnierten Fäden bestehen, wobei der Vorformling in einem Formwerkzeug vorgeformt wird.
Er kann auch auf der Basis von imprägnierten und geflochtenen Fäden gebildet sein.
Der Vorformling kann aus gewebten und imprägnierten Fäden bestehen, um ein Gewebeband herzustellen.
Der Vorformling kann aus imprägnierten Vliesstoffen bestehen, die in Streifen geschnitten und anschließend auf einem Wickeldorn auf den Innendurchmesser des Vorformlings gewickelt werden, um flache ringförmige Vorformlinge anzufertigen.
Darüber hinaus kann der Vorformling aus imprägnierten Fäden hergestellt werden, die mit Überlagerung von Profilen entsprechend dem Außendurchmesser des Vorformlings aufgewickelt werden.
Anschließend wird der Vorformling durch Warmpressen geformt. Der so gebildete Reibbelag durchläuft dann verschiedene Härtungs- und Bearbeitungsvorgänge.
Die Fasern werden aus der Gruppe der Baumwoll-, Viskose-, Leinen-, Polyacrylnitril-, voroxidierten Polyacrylnitril-, Paraaramid-, Metaaramidfasern, der Mineralfasern: E-C-R-Glas, Steinwolle, Keramik ausgewählt.
Es werden pulverförmige Füllstoffe eingebracht; sie umfassen alle oder einen Teil der folgenden Elemente oder Verbindungen: Kupfer, Steinwolle, pulverförmigen Nitrilkautschuk, Carbon Black, Hexamethylentetramin, Gilsonit, Lithargyrum, Melaminharz, Phenolharz, Schwefel, Cardolit, Zirkoniumsilikat, Eisensulfid, Aluminiumoxid, Latex, zu Pulver verarbeitete gebrauchte Kupplungsbeläge, Schleifstäube aus dem Schleifen von Reibbelägen, Zinkoxid.
Die vorliegende Erfindung betrifft vor allem einen aus Fasern, Bindemitteln und Füllstoffen bestehenden Reibbelag, der insbesondere zur Ausrüstung einer Kupplung für Kraftfahrzeuge, Bremsen oder ähnliches bestimmt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen derartigen Reibbelag so zu verbessern, dass er eine sehr gute Langzeit-Temperaturfestigkeit, einen geringen Verschleiß, einen stabilen Reibungskoeffizienten und eine geringe Neigung zur Verursachung von Vibrationen und Geräuschen aufweist.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Prozess zur Herstellung eines derartigen Reibbelags derart zu optimieren, dass die Hygienebedingungen verbessert und die Kosten verringert werden, wobei gleichzeitig die mechanischen Leistungen des so ausgeführten Reibbelags, wie vor allem die Fliehkraftbeständigkeit, gesteigert werden sollen.
Diese Aufgaben werden durch einen Reibbelag nach Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren nach Anspruch 9 oder 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Reibbelag ist es, dass die Fasern sogenannte Basalt-Endlosfasern in einer gewichtsbezogenen Menge zwischen 5 und 70 Prozent des Gesamtgewichts des Reibbelags enthalten.
Der Hauptvorteil liegt dabei darin, dass ein Reibbelag geschaffen wird, der eine sehr gute Langzeit-Temperaturfestigkeit, einen geringen Ver schleiß, einen stabilen Reibungskoeffizienten und eine geringe Neigung zur Verursachung von Vibrationen und Geräuschen aufweist.
In der Vergangenheit konnte der Nutzen von Basaltfasern im Hinblick auf das Reibungsverhalten insbesondere in der Patentschrift US 3 896 075 nachgewiesen werden.
Leider existierten diese Fasern nur in Form von Stapelfasern, wobei sie entsprechende Gerätschaften zur Herstellung eines Fadens oder Garns erforderten, und zwar, angesichts der allergenen Eigenschaften dieser Faser, unter schlechten Hygienebedingungen.
Die vorliegende Erfindung hat einen Reibbelag ohne diese Nachteile zum Gegenstand.
Erfindungsgemäß ist ein Reibbelag zur Ausrüstung einer Trockenreibungsvorrichtung, der Fasern, wenigstens ein Bindemittel und wenigstens einen Füllstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern sogenannte Basalt-Endlosfasern in einer gewichtsbezogenen Menge zwischen 5 und 70 Prozent des Gesamtgewichts des Reibbelags enthalten.
Unter Endlosfasern sind hier zusammengefügte Glasfaserstränge (oder Rovings) zu verstehen, die durch die Zusammenfügung mehrerer Fasern mit identischer Basis oder Glasstapelfasern (Silionne) hergestellt werden, die ihrerseits durch die Zusammenfügung von auf einer Wickelmaschine gestreckten Endlosfasern oder Filamenten angefertigt werden.
Die gewichtsbezogene Menge der sogenannten Basalt-Endlosfasern liegt vorzugsweise zwischen 20 und 50 Prozent des Gesamtgewichts des Reibbelags.
Die sonstigen Fasern, bei denen es sich nicht um die sogenannten Basalt-Endlosfasern handelt, enthalten vorteilhafterweise Acrylfasern.
Die sonstigen Fasern, bei denen es sich nicht um die sogenannten Basalt-Endlosfasern handelt, enthalten vorzugsweise Vikosefasern.
Die sonstigen Fasern, bei denen es sich nicht um die sogenannten Basalt-Endlosfasern handelt, enthalten vorteilhafterweise Glasfasern.
Die sonstigen Fasern, bei denen es sich nicht um die sogenannten Basalt-Endlosfasern handelt, enthalten vorzugsweise Metallfasern.
Bei den Metallfasern handelt es sich vorteilhafterweise um Kupferfasern.
Der Reibbelag enthält vorzugsweise einen oder mehrere Bestandteile der Gruppe, die durch Phenolharz, Melaminharz, Kautschuk, Carbon Black, Bariumsulfat, Graphit, Schwefel, Zirkonium gebildet wird.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags der vorgenannten Art, das die Arbeitsschritte umfasst, die darin bestehen:

a) mit einem Kitt, der aus dem (oder den) Bindemittel(n) und dem (o der den) Füllstoff(en) besteht, ein Garn aus Basalt-Endlosfasern und anderen Fäden, wie etwa organischen oder Metallfäden, zu imprägnieren;
b) zu formen;
c) zu pressen;
d) zu härten;
e) durch Bearbeitung auf Dicke zu bringen.

Das Formen bei Arbeitsschritt b) ist vorteilhafterweise ein Profilieren.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Belags besteht darin:

a) Fasern in einem Mischer zu mischen;
b) das Gemisch zu krempeln, um ein Krempelvlies zu bilden;
c) pulverförmige Füllstoffe auf dem Krempelvlies aufzustäuben;
d) das Krempelvlies auszubreiten, wobei Glas darin eingebracht wird;
e) die Matte zu verdichten;
f) die Matte auf Dicke zu bringen;
g) die Matte in Streifen zu schneiden;
h) die Streifen und die Basalt-Endlosfasern aufzuwickeln, um einen Vorformling zu bilden;
i) den Vorformling unter Druck zu brennen.

Der Hauptvorteil bei den erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines derartigen Reibbelags besteht darin, dass die Hygienebedingungen verbessert und die Kosten verringert werden, wobei gleichzeitig die mechanischen Leistungen des so ausgeführten Reibbelags, wie vor allem die Fliehkraftbeständigkeit, gesteigert wird.
Außerdem hat die vorliegende Erfindung eine Reibungsscheibe zum Gegenstand, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mit einem Belag der vorgenannten Art bestückt ist.
Bei der Reibungsscheibe handelt es sich vorteilhafterweise um eine Reibungskupplungsscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Die Verwendung von Basalt-Endlosfasern ermöglicht eine deutliche Verbesserung der Hygienebedingungen im Vergleich zur Basalt-Stapelfaser, wobei sich gleichzeitig die Herstellungskosten verringern und die Zentrifugierleistungen verbessern. Dies ist durch die bessere mechanische Festigkeit dieser Fasern zu erklären. Verglichen mit Endlos-Glasfasern des Typs E, die üblicherweise in Reibbelägen verwendet werden, leisten die Endlos-Basaltfasern außerdem eine weitere Verbesserung.
Ein erfindungsgemäßer Reibbelag enthält Mineralfasern oder -fäden, organische Fasern oder Fäden, Metallfasern oder -fäden, Füllstoffe und organische Bindemittel.
Es sind in üblicher Weise zwei Kupplungsreibbeläge mittels eines aus Mineral-, Metall- und organischen Fasern bestehenden Garns angefertigt worden, das mit einem aus Füllstoffen und organischen Bindemitteln bestehenden Kitt imprägniert war. In dem als Referenz verwendeten ersten Reibbelag besteht das Garn aus einer E-Glasfaser, einer organischen Faser und einem Kupferfaden. In dem erfindungsgemäßen zweiten Reibbelag besteht das Garn aus Endlos-Basaltfasern, einer organischen Faser und einem Kupferfaden. Diese beiden Garne sind mit dem gleichen Kitt imprägniert worden, und es wurden Reibbeläge nach einem herkömmlichen Prozess hergestellt, das heißt Formen durch Profilieren, Druckbrennen, Härten, Dickeneinstellung durch Bearbeitung und Bohren.
Die einzige Figur zeigt die Ausführung des Vorformlings durch Profilieren.
Die gewichtsbezogenen Zusammensetzungen der beiden Reibbeläge stellen sich wie folgt dar:
Es sind keine besonderen Probleme bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Reibbelags festgestellt worden, im Gegensatz zu den Ausführungen anhand von Basalt-Stapelfasern aufgrund der allergenen Eigenschaften dieser Stapelfasern. Es handelt sich dabei um eine kostengünstigere Herstellung, da die Basalt-Stapelfasern direkt in der Zwirnphase verwendet werden können.
Für Reibbeläge mit einem Außen- und Innendurchmesser von 200 bzw. 137 mm, deren Dicke 3,2 mm betrug, führte der Referenzbelag zu einer Zentrifugier- oder Fliehkraftbeständigkeit von 11.530 Umdrehungen/Minute, während der erfindungsgemäße Reibbelag zu einer Fliehkraftbeständigkeit von 12.100 Umdrehungen/Minute führte.
Nach einer anderen Ausführungsart wird ein flacher ringförmiger Reibbelag oder zumindest sein Vorformling vor den abschließenden Brennvorgängen durch Schneiden eines Reibmaterialbands und anschließendes Aufwickeln auf einem Wickeldorn mit verstellbarem Durchmesser hergestellt.
Dazu werden Fasern, insbesondere mit einer mittleren Länge unter 120 mm, in einem Mischer gemischt. Das Gemisch wird, vorteilhafterweise mit einer Krempel des Typs Wollkrempel, gekrempelt, um ein Krempelvlies zu erhalten. Auf das Krempelvlies werden pulverförmige Füllstoffe aufgestäubt. Das Krempelvlies wird ausgebreitet. Bei der Ausbreitung wird Glas in das Krempelvlies eingebracht. Die Matte wird verdichtet. Die Matte wird zwischen zwei Heizplatten, vorzugsweise mit einer Temperatur zwischen 50°C und 100°C, bei einem Druck von 1 bis 10 bar auf Dicke gebracht. Die Matte wird in einer Formmaschine vorgeformt. Die Mattenbänder werden in Streifen geschnitten und anschließend, zugleich mit sogenannten Basalt-Endlosfasern, auf einer Wi ckelmaschine aufgewickelt, um Vorformlinge zu bilden, die in einem Formwerkzeug unter Druck gebrannt werden, was bei einer Temperatur beispielsweise zwischen 150 und 250°C und unter einem Druck zum Beispiel in einer Größenordnung von 20 bis 300 bar erfolgt.

Claims

Reibbelag zur Ausrüstung einer Trockenreibungsvorrichtung, umfassend Fasern, wenigstens ein Bindemittel und wenigstens einen Füllstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern sogenannte Basalt-Endlosfasern in einer gewichtsbezogenen Menge zwischen 5 und 70 Prozent des Gesamtgewichts des Reibbelags enthalten.
Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der sogenannten Basalt-Endlosfasern gewichtsbezogen zwischen 20 und 50 Prozent des Gesamtgewichts des Reibbelags liegt.
Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sonstigen Fasern, bei denen es sich nicht um die sogenannten Basalt-Endlosfasern handelt, Acrylfasern enthalten.
Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sonstigen Fasern, bei denen es sich nicht um die sogenannten Basalt-Endlosfasern handelt, Viskosefasern enthalten.
Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sonstigen Fasern, bei denen es sich nicht um die sogenannten Basalt-Endlosfasern handelt, Glasfasern enthalten.
Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sonstigen Fasern, bei denen es sich nicht um die sogenannten Basalt-Endlosfasern handelt, Metallfasern enthalten.
Reibbelag nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfasern Kupferfasern enthalten.
Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er einen oder mehrere Bestandteile der Gruppe enthält, die durch Phenolharz, Melaminharz, Kautschuk, Carbon Black, Bariumsulfat, Graphit, Schwefel, Zirkonium gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das die Arbeitsschritte umfasst, die darin bestehen: a) mit einem Kitt, der aus dem (oder den) Bindemittel(n) und dem (oder den) Füllstoff(en) besteht, ein Garn aus Basalt-Endlosfasern und anderen Fäden, wie etwa organischen oder Metallfäden, zu imprägnieren; b) zu formen; c) zu pressen; d) zu härten; e) durch Bearbeitung auf Dicke zu bringen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Formen bei Arbeitsschritt b) ein Profilieren ist.
Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das die Arbeitsschritte umfasst, die darin bestehen: a) Fasern in einem Mischer zu mischen; b) das Gemisch zu krempeln, um ein Krempelvlies zu bilden; c) pulverförmige Füllstoffe auf dem Krempelvlies aufzustäuben; d) das Krempelvlies auszubreiten, wobei Glas darin eingebracht wird; e) die Matte zu verdichten; f) die Matte auf Dicke zu bringen; g) die Matte in Streifen zu schneiden; h) die Streifen und die sogenannten Basalt-Endlosfasern aufzuwickeln um einen Vorformling zu bilden; i) den Vorformling unter Druck zu brennen.
Reibungsscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Belag nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bestückt ist.
Reibungsscheibe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Reibungskupplungsscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, handelt.