Verfahren zur Herstellung eines keramischen Reibkörpers für Bremsen
oder Kupplungen Als Werkstoff für Bremsscheiben, Kupplungsbeläge od. dgl. sind in
letzter Zeit Kunststoffmischungen, Asbest-Draht-Gewebe oder Sintermetalle verwendet
worden. Nach einem bekanntgewordenen Vorschlag (USA.-Patent 2 061919) sollen Bremskörper
im wesentlichen aus Asbest und Gummi bestehen, wobei als Zuschlagsstoffe vor allem
Schwefel, Eisen- und Magnesiumoxyd, Graphit und Kaolin genannt sind. Die Verwendung
derartiger Werkstoffmischungen steht als wesentlichster Nachteil der entgegen, daß
ihr Reibwerk beim Erreichen einer Betriebstemperatur von 200 bis 300° C plötzlich
sehr stärk und auf nahezu Null abfällt. Andere Nachteile der vorstehend genannten
Stoffe sind: Empfindlichkeit des effektiven Reibwertes gegen eine Benetzung der
Bremse od. dgl. mit Wasser oder mit Schmiermitteln und gegen eine Verschmutzung
der betreffenden Teile sowie ein verhältnismäßig hoher Preis .der Rohmaterialien.Process for the production of a ceramic friction body for brakes
or clutches As a material for brake disks, clutch linings or the like
plastic mixtures, asbestos wire cloth or sintered metals have been used recently
been. According to a proposal that has become known (US Pat. No. 2 061919), brake bodies should
consist essentially of asbestos and rubber, mainly used as aggregates
Sulfur, iron and magnesium oxide, graphite and kaolin are mentioned. The usage
such mixtures of materials is the main disadvantage of the fact that
your friction mechanism suddenly when it reaches an operating temperature of 200 to 300 ° C
very strong and drops to almost zero. Other disadvantages of the above
Substances are: Sensitivity of the effective coefficient of friction against wetting of the
Brake od. The like. With water or with lubricants and against contamination
the parts concerned as well as a relatively high price of the raw materials.
Zur Vermeidung eines Teiles dieser Nachteile soll nach einem anderen
bekanngewordenen Vorschlag (schweizerisches Patent 200131) als Werkstoff für Bremsbeläge
ein gesinterter Werkstoff, vorzugsweise zerkleinerte, mit bituminösen Stoffen gebundene
und sodann gepreßte und einem Brennverfahren unterworfene Kohle verwendet werden,
wobei als Zusätze Ton, Sand oder Asbest dienen. Da jedoch Kohle in dieser Form immer
noch relativ gute Gleiteigenschaften hat, wird bei einem nach diesem Vorschlag hergestellten
Bremskörper ein Reibungskoeffizient von nur 0,2 erreicht, der für eine rasche Herabminderung
der Geschwindigkeit heutiger Verkehrsmittel einen zu niedrigen Wert darstellt.In order to avoid some of these disadvantages, consider another
Well-known proposal (Swiss patent 200131) as a material for brake linings
a sintered material, preferably crushed, bound with bituminous substances
and then pressed coal subjected to a combustion process are used,
where clay, sand or asbestos are used as additives. However, there is always coal in this form
still has relatively good sliding properties, is manufactured according to this proposal
Brake body reaches a coefficient of friction of only 0.2, which allows for a rapid reduction
the speed of today's means of transport is too low.
Die aufgezeigten Mängel haften einem Reibkörper nicht an, der aus
einem erfindungsgemäß zusammengesetzten keramischen Werkstoff besteht. Dieser ist
überwiegend aus billigen Rohstoffen zusammengesetzt, und sein Herstellungsverfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß ein trockenes Gemenge aus 20 bis 50 Gewichtsteilen
natürlicher oder künstlicher Fasern, 20 bis 50 Gewichtsteilen einer niedrig schmelzenden
Glasfritte, 10 bis 40 Gewichtsteilen eines Metallpulver- und/oder Metalloxydpulvergemisches
sowie 0 bis 15 Gewichtsteilen gepulverten Graphits und/oder eines gepulverten Sulfides
oder Nitrides plastifiziert, mit etwa 100. atü Druck zu Formkörpern verpreßt, bei
etwa 200° C getrocknet und sodann in Luft in einem zwischen 550 und 650° C liegenden
Brennintervall gebrannt wird. Ein nach diesem Verfahren hergestellter, geschliffener
Bremsbelag ist bis 500° C temperaturbeständig, sehr abriebfest, kantenfest, schlagfest,
gut wärmeleitend und weist eine meist über 0,3 liegende Reibzahl auf, die sich bei
Benetzung des Belags durch Wasser oder öl sowie mit ansteigenden Temperaturen nur
wenig ändert.The defects shown do not adhere to a friction body that is made of
a composite ceramic material according to the invention. This is
mainly composed of cheap raw materials, and its manufacturing process
is characterized in that a dry mixture of 20 to 50 parts by weight
natural or man-made fibers, 20 to 50 parts by weight of a low melting point
Glass frit, 10 to 40 parts by weight of a metal powder and / or metal oxide powder mixture
and 0 to 15 parts by weight of powdered graphite and / or a powdered sulfide
or nitrides plasticized, pressed with about 100 atmospheres pressure to form bodies
dried about 200 ° C and then in air at a temperature between 550 and 650 ° C
Firing interval. A sanded one made by this process
Brake lining is temperature-resistant up to 500 ° C, very abrasion-resistant, edge-resistant, impact-resistant,
good thermal conductivity and has a coefficient of friction usually greater than 0.3, which is at
Wetting of the covering with water or oil as well as with increasing temperatures only
little changes.
Die faserigen Anteile, die dem fertigen Körper den festen mechanischen
Zusammenhalt verleihen und maßgebend am Zustandekommen einer großen Reibzahl beteiligt
sind, können z. B. Asbest-, Schlackenwoll- oder Sillimanitwollfasem sein.The fibrous parts that give the finished body the firm mechanical
Lend cohesion and play a decisive role in the creation of a large coefficient of friction
are, e.g. B. asbestos, slag wool or Sillimanitwollfasem be.
Die Fritte kann aus Boraten, Silikaten oder Phosphaten oder auch aus
einarm Gemisch dieser oder ähnlich niedrigschmelzender Stoffe bestehen. Sie ermöglicht
die Anwendung des ehr niedrig liegenden Intervalles der Brenntemperaturen.The frit can be made from borates, silicates or phosphates or from
a poor mixture of these or similar low-melting substances exist. It enables
the use of the rather low range of firing temperatures.
Mittels der aus metallischen und/oder metalloxydischen Bestandteilen
bestehenden dritten Gruppe des Versatzes ist es möglich, die Reibzahl weitgehend
auf einen bestimmten angestrebten Wert im Bereich zwischen 0,3 bis 0,5 gegebenenfalls
noch etwas darüber, .einzustellen. Selbstverständlich erhöhen die Metall- oder Metall-Legierungs-Bestandteile
auch die Wärmeleitfähigkeit des fertigen Körpers, so daß man bei Belägen für Fahrzeuge
im allgemeinen die Metalloxydbestandteile innerhalb der genannten Gruppe nur mit
einer niedrigen anteiligen Quote hinzugeben wird, gegebenenfalls sie überhaupt fortlassen
wird, während für andere Brems- oder Kupplungszwecke, bei welchen eine gute Wärmeleitfähigkeit
nicht von entscheidender Bedeutung ist, der Anteil an Metallen oder Metall-Legierungen
innerhalb dieser Gruppe klein oder Null gewählt werden kann. Als geeignete Metalle
haben sich beispielsweise erwiesen: Eisen und Eisenmetalle, Kupfer, Bronze, Messing
und/oder Zink, als geeignete Metalloxyde: Titan-, Antimon-, Zink-, Zinn- und/oder
Bleioxyd.
Läßt man die letzte Versatzgruppe (Graphit, Sulfide usw.)
ganz fort, so erhält man ;als Reibzahl des fertigen Belags im allgemeinen eine solche,
die bei abnehmender relativer Geschwindigkeit zwischen dem Belag und seinem Gegenkörper
(Bremstrommel od. dgl.) stark ansteigt, und zwar auf Werte, die nahe bei 0,5 oder
darüber liegen können. Eine solche Zunahme während des Bremsvorganges ist bei Kraftfahrzeugen
und Flugzeugen insofern unerwünscht, als sie zu einem raschen, vom Fahrzeugführer
nicht schnell genug rückgängig zu machenden Blockieren einzelner Räder .führen kann,
welches in bekannter Weise zu Unfällen führen kann, in ungünstig gelagerten Fällen
sogar zum Überschlagen des Fahr-oder Flugzeugs. Für Bremsbeläge der soeben genannten
Anwendungsgebiete ist daher die letzte Gruppe des genannten Versatzes unerläßlich,
zumal systematische Versuche ergeben haben, daß die hier genannten Zuschläge stets
den angestrebten Erfolg hinsichtlich Ausschließung eines starken Ansteigens der
Reibzahl mit gegen 0 gehender Geschwindigkeit zeitigten, wenn nur ihr Gewichtsanteil
innerhalb des vorstehend angegebenen Bereiches lag. - Für andere Anwendungsfälle
der erfindungsgemäßen Beläge, z. B. als Bremsbeläge für rasch zu stoppende Maschinen
oder als Kupplungsbeläge, kann es erwünscht sein, wenn ein starkes Ansteigen der
Reibzahl im Verlauf des Brems- oder Kupplungsvorganges zu erzielen ist. Für derartige
Sonderanwendungsfälle wird das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend abgewandelt,
daß die letzte Versuchsgruppe zu 0 Gwichtsprozent oder nahe bei 0 gewählt wird,
wie es die nachstehenden Beispiele 3 und 4 zeigen.
Versatzbeispiele
1. 35 Gewichtsteile Asbestfasern
30 Gewichtsteile Glasfritte
20 Gewichtsteile Sintereisenpulver
13 Gewichtsteile Bronzepulver
2 Gewichtsteile Molybdänsulfid.
2. 35 Gewichtsteile Asbestfasern
40 Gewichtsteile Glasfritte
15 Gewichtsteile Titandioxyd
5 Gewichtsteile Antimonoxyd
5 Gewichtsteile Molybdänsulfid.
3. 30 Gewichtsteile Asbestfasern
40 Gewichtsteile Glasfritte
20 Gewichtsteile Eisenpulver
10 Gewichtsteile Bronzepulver.
4. 35 Gewichtsteile Asbestfasern
45 Gewichtsteile Glasfritte
15 Gewichtsteile Titandioxyd
5 Gewichtsteile Antimonoxyd.
Weitere Verarbeitung von Versätzen laut den Beispielen 1 bis 4 oder ähnlichen. Diese
erfolgt im allgemeinen nach den in der keramischen Industrie üblichen Fertigungsmethoden.
Die genannten Rohstoffe - mit Ausnahme .der Fasern - werden so fein gemahlen, daß
sie auf einem Sieb mit 400 Maschen je Quadratzentimeter rückstandsfrei bleiben.
Sodann werden die Fasern und ein übliches Plastifizierungsmittel hinzugegeben. Die
Pressung zu Formkörpern erfolgt mit einem Druck von der Größenanordnung 1000 atü.
Nach einer Vortrocknung bei etwa 200° C werden diese geformten Körper in Luft bei
einer zwischen 550 und 650° C liegenden Temperatur gebrannt und anschließend plan
geschliffen.By means of the third group of the offset, which consists of metallic and / or metal-oxide components, it is possible to set the coefficient of friction largely to a certain desired value in the range between 0.3 and 0.5, if necessary a little higher. Of course, the metal or metal alloy constituents also increase the thermal conductivity of the finished body, so that in the case of coverings for vehicles in general the metal oxide constituents within the group mentioned will only be added at a low proportion, if necessary they will be left out at all, while for other brake or clutch purposes for which good thermal conductivity is not of decisive importance, the proportion of metals or metal alloys within this group can be selected to be small or zero. Examples of suitable metals have proven to be: iron and ferrous metals, copper, bronze, brass and / or zinc, and suitable metal oxides: titanium, antimony, zinc, tin and / or lead oxide. If the last offsetting group (graphite, sulphides, etc.) is left out completely, one obtains; the coefficient of friction of the finished lining is generally one that increases sharply with decreasing relative speed between the lining and its counter body (brake drum or the like), namely to values that can be close to 0.5 or above. Such an increase during the braking process is undesirable in motor vehicles and aircraft, as it can lead to a rapid locking of individual wheels, which cannot be reversed by the vehicle driver quickly enough, which in a known manner can lead to accidents, in unfavorable cases even to Overturning the vehicle or airplane. The last group of the above-mentioned offset is therefore indispensable for brake linings in the areas of application just mentioned, especially since systematic tests have shown that the surcharges mentioned here always achieved the desired success in terms of excluding a sharp increase in the coefficient of friction with a speed approaching 0, if only their weight fraction is within of the range given above. - For other applications of the coverings according to the invention, for. B. as brake linings for machines to be stopped quickly or as clutch linings, it may be desirable if a sharp increase in the coefficient of friction is to be achieved in the course of the braking or clutching process. For such special applications, the method according to the invention is modified so that the last test group is chosen to be 0 weight percent or close to 0, as Examples 3 and 4 below show. Offset examples
1. 35 parts by weight of asbestos fibers
30 parts by weight of glass frit
20 parts by weight of sintered iron powder
13 parts by weight of bronze powder
2 parts by weight of molybdenum sulfide.
2. 35 parts by weight of asbestos fibers
40 parts by weight of glass frit
15 parts by weight of titanium dioxide
5 parts by weight of antimony oxide
5 parts by weight of molybdenum sulfide.
3. 30 parts by weight of asbestos fibers
40 parts by weight of glass frit
20 parts by weight of iron powder
10 parts by weight of bronze powder.
4. 35 parts by weight of asbestos fibers
45 parts by weight of glass frit
15 parts by weight of titanium dioxide
5 parts by weight of antimony oxide.
Further processing of offsets according to Examples 1 to 4 or similar. This is generally done according to the manufacturing methods customary in the ceramic industry. The raw materials mentioned - with the exception of the fibers - are ground so finely that they remain residue-free on a sieve with 400 meshes per square centimeter. The fibers and a conventional plasticizer are then added. The pressing to form moldings is carried out with a pressure of the order of magnitude of 1000 atmospheres. After pre-drying at around 200 ° C, these shaped bodies are fired in air at a temperature between 550 and 650 ° C and then ground flat.
Unter Umständen kann der keramische Brand ersetzt werden durch einen
Heißpreßvorgang.Under certain circumstances, the ceramic firing can be replaced by one
Hot pressing process.
Infolge einer sorgfältigen Kontrolle der Rohstoffe zwecks Ausscheidung
aller Einschlüsse oder Beimengungen mit einer Härte nach Mohs von 7 oder darüber
ergibt sich im Dauerbremsversuch mit erfindungsgemäß hergestellten Belägen von mindestens
1 Stunde keine meßbare Abnutzung der aus Qualitäts@guß bestehenden Trommel einer
Kraftwagentrommelbremse, wohingegen die Abnutzung des Bremskörpers zwar meßbar ist,
aber innerhalb erwünscht niedriger Grenzen bleibt. - Die sonstigen guten Eigenschaften
der Beläge wurden vorstehend bereits aufgezählt.As a result of careful control of the raw materials for elimination
all inclusions or admixtures with a Mohs hardness of 7 or more
results in the endurance braking test with linings produced according to the invention of at least
1 hour no measurable wear of the drum made of quality cast iron
Motor vehicle drum brake, whereas the wear of the brake body can be measured,
but remains within the desired low limits. - The other good properties
of the coverings have already been listed above.
An die Stelle des in den Beispielen 1 und 2 genannten Molybdänsulfids
können auch teilweise die Sulfide von Antimon, Blei Zinn, Zink, Cadmium, gegebenenfalls
auch Nitride, z. B. Bornitrid, treten.Instead of the molybdenum sulfide mentioned in Examples 1 and 2
can also partially contain the sulphides of antimony, lead tin, zinc, cadmium, if appropriate
also nitrides, e.g. B. boron nitride, occur.