-
Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen für Bremsen oder Kupplungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen, wie sie insbesondere
für Bremsen, Reibungskupplungen od. dgl. in Frage kommen.
-
Es ist bekannt, derartige Reibbeläge in der Weise herzustellen, daß
geeignete, meist anorganische Reibstoffe mit vorzugsweise organischen Bindemitteln
vermischt und dann zu den gewünschten Formteilen verpreßt oder gewalzt werden.
-
Als Reibstoffe werden dabei wasserunlösliche anorganische Verbindungen
verwendet, so insbesondere Metalloxyde, wie z. B. Aluminium-, Kupfer-, Chrom-und
Eisenoxyde oder auch Mischoxyde, wie z. B. vom Spinelltyp, weiterhin auch Carbonate
und Sulfate, so z. B. Calciumcarbonat und Schwerspat und ähnliche Verbindungen.
Ferner sind auch Kohlenstoff und Metallpulver dafür vorgeschlagen worden.
-
Die Erfahrung hat nun gezeigt, daß sich bei derartigen Reibbelägen
die organischen, beispielsweise aus Kautschuk oder Kunstharzen bestehenden Bindemittel
bei höheren Temperaturen, wie sie bei Fahrzeugbremsen nicht selten auftreten, zersetzen.
Dabei wird nicht nur Kohlenstoff ausgeschieden, sondern auch das Bindemittel zu
insbesondere solchen niedermolekularen Verbindungen zersetzt, die zumindest bei
diesen hohen Temperaturen flüssig sind und infolgedessen den Reibwert des Reibbelages
mehr oder weniger stark herabsetzen.
-
Dieser Vorgang hat vor allem aber auch eine Lokkerung des ursprünglichen
Gefüges zur Folge, wobei die meist kugelförmigen, in dem Bindemittel eingebetteten
Reibstoffteilchen ihre Verankerung verlieren, was wiederum zu einem starken Verschleiß
des Reibbelages führt.
-
Um diese Nachteile zu vermindern, ist man dazu übergegangen, als Reibstoffe
solche von faserförmiger Struktur, wie z. B. Asbestgewebe, Asbestfasern, Metallspäne
od. dgl. anzuwenden. Die Verbindung von Reibstoff und Bindemittel ist in diesen
Fällen beständiger, jedoch steht der Anwendung solcher Beläge in der Praxis der
Nachteil eines verhältnismäßig niedrigen Reibwertes gegenüber Eisen und Stahl entgegen.
Derartige Reibpaarungen, wie Asbest-Eisen, sind technisch jedoch besonders wichtig
und werden gerade bei Bremsen und Kupplungen verwendet.
-
Es wurde nun gefunden, daß sich die Eigenschaften derartiger Reibbeläge
überraschenderweise ganz erheblich verbessern lassen, wenn man sich bei der Herstellung
eines ganz bestimmten Verfahrens, wie es nachstehend beschrieben wird, bedient.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen u.
dgl. besteht darin, daß die Reibstoffe auf chemischem Wege unmittelbar auf einem
Trägermaterial erzeugt und dabei darauf niedergeschlagen werden. Die so erhaltenen
Körper bzw. Massen können dann gegebenenfalls in an sich bekannter Weise weiterverarbeitet
werden, d. h. weiterhin mit einem organischen Bindemittel imprägniert und verformt
werden. In manchen Fällen jedoch, wie noch weiter unten ausgeführt ist, ist eine
derartige Weiterverarbeitung ganz oder zum Teil nicht erforderlich.
-
Als Trägermaterial eignen sich wasserunlösliche Stoffe bzw. Verbindungen,
die adsorptive Eigenschaften besitzen, wobei häufig denen der Vorzug zu geben ist,
die an sich als Reibstoffe bekannt sind. In manchen Fällen hat es sich dabei als
besonders geeignet erwiesen, als Trägermaterial Stoffe, die eine Faden-oder faserförmige
Struktur wie Asbest aufweisen oder in Form eines Gewebes vorliegen, zu verwenden.
Für die Erzeugung der Reibstoffe auf dem Trägermaterial verwendet man zweckmäßigerweise
Lösungen von solchen Ausgangsprodukten, aus denen durch chemische Umsetzung der
Reibstoff gebildet werden kann. Dies kann in verschiedener Weise erfolgen.
-
Eine Möglichkeit besteht z. B. darin, das Trägermaterial mit einer
Lösung einer Verbindung, wie z. B. Kupfersulfat, zu tränken, die sich bei anschließender
thermischer Behandlung - im angegebenen Falle zu Kupferoxyd - zersetzt.
-
Um feinverteiltes Metall als Reibstoff zu erhalten, kann man in ähnlicher
Weise vorgehen, indem im Anschluß an die thermische Behandlung eine Reduktion der
Metalloxyde, z. B. mit Wasserstoff, zu Metall vorgenommen wird.
-
Zu einem ähnlichen Ergebnis gelangt man aber auch, wenn ein Trägermaterial
zunächts mit einer
.e:letallsalzlösung und anschließend mit einer
das Salz zum Metall reduzierenden Lösung behandelt wird. Weiterhin können die Reibstoffe
auf dem Trägermaterial durch Hydrolyse von Metallsalzen, die mit Hilfe einer Lösung
aufgebracht wurden, erzeugt und auf dem Trägermaterial niedergeschlagen werden.
-
Schließlich ist jede einfache oder doppelte chemische Umsetzung von
Ausgangsstoffen, die sich dadurch in die bekannten Reibstoffe überführen lassen,
in der oben angegebenen oder ähnlichen Weise an-«,-endbar.
-
In manchen Fällen kommen dabei als Ausgangsprodukte nicht nur anorganische
Verbindungen, sondern auch organische Verbindungen in Frage, letztere zwecks Überführung
in Kohlenstoff. Kombination einzelner oder aller Verfahrenswege sind natürlich ebenfalls
im Rahmen des Gesamtverfahrens möglich. So kann man beispielsweise bei geeigneter
Wahl der Ausgangsprodukte verschiedene Reibstoffe gleichzeitig auf dem Trägermaterial
erzeugen, so z. B. Metall-bzw. Metallpulver und Kohlenstoff, wenn man ammoniakalische
kohlehydrathaltige Kupfersalzlösungen verwendet und das damit behandelte Trägermaterial
anschließend erhitzt.
-
Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Arbeitsweise werden die auf chemischem
Wege auf dem Trägermaterial erzeugten Reibstoffe bei feiner, gleichmäßiger Verteilung
in eine innige Verbindung mit dem Trägermaterial gebracht. Hierdurch wird weiterhin
auch eine gute Festigkeit zwischen Trägermaterial und Reibstoff erzielt, wobei adsorptive
Kräfte eine Rolle spielen. Sofern eine übliche nachfolgende Kunstharzimprägnierung
vorgenommen wird, hat dies den Vorteil, daß nur geringe Mengen angewandt zu werden
brauchen. Wenn Asbestgewebe oder ähnlich aufgebautes Trägermaterial verwendet wird,
kann nach der Erzeugung des Reibstoffs auf dem Trägermaterial wenn die Festigkeit
dieses Gewebes für den Verwendungszweck ausreicht, auf die sonst übliche Kunstharzimprägnierung
verzichtet werden. In solchen Fällen ist im allgemeinen eine Verformung ebenfalls
nicht erforderlich.
-
Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich seines
wesentlichen Verfahrensschrittes, nämlich der unmittelbaren chemischen Erzeugung
des Reibstoffs auf dem Trägermaterial, weiterhin nochmals an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele
erläutert.
-
1. Ein Trägermaterial, welches beispielsweise aus Asbestfasern oder
Asbestgewebe besteht, wird mit einer Lösung von C 6H12 0s (Glucose) getränkt und
dann erhitzt. Dabei scheidet sich der Reibstoff in Form von Kohlenstoff ab nach
der Reaktionsgleichung
| C6 H12 06 ---> 6 C + 6 H20 |
Die Reaktion verläuft nicht allein nach dieser Gleichung, sondern es bilden sich
auch geringe Mengen von anderen Zersetzungsprodukten. Diese benetzen das Trägermaterial
und machen es, wie sich gezeigt hat, für eine folgende Kunstharzimprägnierung besonders
geeignet.
-
2. In ähnlicher Weise erhält man aus Metallsalzlösungen entsprechende
Metalloxyde oder Metallkarbonate als Reibstoffe. Zwei Beispiele hierfür sind
| CU S 0a -> CU O + S 03 |
| oder |
| Ca (C H3 C00)2 a Ca C03 + CH3COCH3 |
3. Fein verteilte Metallpulver können ebenfalls als Reibstoffe dienen und lassen
sich auf folgende Art auf dem Trägermaterial herstellen: a) durch nachfolgende Reduktion
der nach dem Verfahren wie unter 2 angegeben erhaltenen Metalloxyde mit Wasserstoff;
b) durch Kombination der beiden erstgenannten Verfahrenswege z. B. in der Weise,
daß der Reibstoffträger mit ammoniakalischen und kohlehydrathaltigen Kupfersalzlösungen
getränkt und erhitzt wird; hierbei wird zunächst das komplexe Kupferion bei Temperaturen
von 90 bis 100° C von der Aldehydgruppe der Glucose reduziert; bei weiterer Erhitzung
auf etwa 250° C wird außerdem Kohlenstoff abgeschieden, so daß nicht nur Metallpulver,
sondern auch.Kohlenstoff als Reibstoff auf dem Trägermaterial niedergeschlagen wird;
c) durch Eintauchen des mit ammoniakalischer Metallsalzlösung getränkten Trägermaterials
in siedende Formaldehydlösung.
-
4. Geeignete Reibstoffe lassen sich auch durch Hydrolyse gewinnen,
wie z. B. nach den folgenden Gleichungen.:
| 2 A1 C13+3 H20->3 H C1+2 Al (O H)3->2Al O (O H) |
| Si F4+4 H2 0@4 HF +H4Si 04 |
5. Andere schwerlösliche, als Reibstoffe geeignete Niederschläge erhält man durch
einfache oder doppelte chemische Umsetzung, indem das Trägermaterial beispielsweise
mit. folgenden Chemikalien getränkt wird, wobei die Umsetzung beschrieben werden
kann nach
| a) Ale (S O4)3 +'3 Ba (OH) 2 ->. 3 Ba S 04 |
| + 2A1 (OH )3 bzw. 2 AI O (OH) + H20 |
| b) H2S'O4 + Ba (0H)2-> BaS04 + H20 |
Alle die genannten Verfahrenswege, zu denen im Rahmen der Erfindung-wie bereits
eingangs ausgeführt - noch eine große Anzahl weiterer hinzugefügt werden kann, lassen
sich in kontinuierlicher und daher sehr wirtschaftlicher Weise durchführen. Die
auf diese Weise hergestellten Reibbeläge- besitzen eine gute Festigkeit und ein
ausgezeichnetes Reibverhalten.