DE1198997B

DE1198997B - Reibwerkstoff

Info

Publication number: DE1198997B
Application number: DEJ23341A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Paul Kraft
Original assignee: Jurid Werke GmbH
Current assignee: Federal Mogul Bremsbelag GmbH
Priority date: 1963-03-13
Filing date: 1963-03-13
Publication date: 1965-08-19

Description

Reibwerkstoff Organische Reibwerkstoffe bestehen aus als Reibungsträger dienenden Füllstoffen, wie Asbest, Metalloxyde, Graphit, und organischen Bindc m z. B. hitzehärtenden Kunstharzen, Phenol- oder Kresolharz oder aus Kunstkautschuken oder aus einem Gemisch derselben. Bei aus diesem bekannten Material, das im nachfolgenden als »organisches Material« bezeichnet werden soll, hergestellten Reibbelägen ergeben sich im allgemeinen günstige Reibeigenschaften, die jedoch bei extrem hohen Temperaturen, sehr hohen Gleitgeschwindigkeiten und/oder hohen Flächenpressungen ganz oder teilweise nicht mehr befriedigen.
Man kennt daneben auch Reibwerkstoffe, die auf der Basis von Metallpulvern hergestellt sind. Bei diesen Reibwerkstoffen erreicht man zusammen mit die Reibung und Gleiteigenschaften fördernden Zusätzen naturgemäß eine hohe Wärmebeständigkeit, auch eine geringe Abhängigkeit des Reibwertes von der Gleitgeschwindigkeit, jedoch wird bei derartigen Sinterreibwerkstoffen im Vergleich mit aus organischem Material hergestellten Reibbelägen unter gewissen Beanspruchungen der Verschleiß relativ hoch. Außerdem neigt Sintermaterial, insbesondere bei hohen Flächendrücken, wie sie beispielsweise bei Reibbelägen von Scheibenbremsen auftreten, zum Ausbröckeln an den Kanten und zu Geräuschbildung.
Nun kann zwar als Füllstoff zusammen mit organischen Bindemitteln Metallpulver verwendet werden, jedoch lassen sich auf diese Weise die Reibeigenschaften des organischen Materials nicht wesentlich verändern, man erreicht bestenfalls höhere Wärmebeständigkeit.
Es ist auch schon bekannt, Reibwerkstoffe dadurch herzustellen, daß man zerkleinerten, gesinterten Eisenschwamm und sonstige Metalle, wie Aluminium, Kupfer, Bronze, Stahl oder auch deren Gemisch, mit organischen Bindemitteln verpreßt und den Preßkörper nach dem Verpressen sintert, wobei sorgfältig jede Zersetzung des organischen Bindemittels verhindert werden muß. Dabei entsteht ein Reibwerkstoff, der ein in sich stabiles und zusammenhängendes Metallskelett hat, dessen innere Oberflächen mit dem organischen Bindemittel beschichtet sind. Der organische Anteil wirkt jedoch praktisch nicht mehr als eigentliche Bindung, sondern bildet vielmehr eine Art Schmiermittel innerhalb der in sich zusammenhängenden Vollmetallmasse, so daß ein aus diesem Reibwerkstoff hergestellter Belag im wesentlichen die Eigenschaften eines Vollmetallbelages aufweist.
Erfindungsgegenstand ist ein Reibwerkstoff, bestehend aus für Reibwerkstoffe üblichen organischen Bindemitteln und für Reibwerkstoffe üblichen Füllstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem 10 bis 70 Gewichtsprozent eines üblichen anorganischen Sinterreibwerkstoffes enthält, der nach der Sinterung auf Korngröße von 0,1 bis 5 mm aufgebrochen worden ist.
Man muß also, um zu dem erfindungsgemäßen Reibwerkstoff zu gelangen, das anorganische Reibmaterial zunächst üblicherweise für sich bei hohen Temperaturen sintern und diesen so vorbereiteten und auf die genannte Korngröße zerkleinerten üblichen Sinterreibwerkstoff mit den Füllstoffen und dem organischen Binder bei niedrigerer Temperatur nach bekannten Methoden zusammen verarbeiten. Der erfindungsgemäße Reibwerkstoff besteht demgemäß aus einer innigen Mischung von zerkleinertem Sinterreibwerkstoff, Füllstoffen und organischen Bindemitteln.
Als technisch interessant und vorteilhaft und die Reibeigenschaften des fertigen Belages auffallend verbessernd wurde ein Reibstoff erkannt, dessen Gehalt an Sinterreibwerkstoff 10 bis 70 Gewichtsprozent, vorzugsweise 30 bis 45 Gewichtsprozent, beträgt.
Je gleichmäßiger die Mischung der Bestandteile ist, desto gleichmäßiger sind die Reibeigenschaften des fertigen Belages. Der Sinterreibwerkstoff muß erfindungsgemäß in einer Körnung von 0,1 bis 5 mm vorliegen.
Es kann jeder gebräuchliche Sinterreibwerkstoff, auch mit keramischen Zusätzen verwendet werden; als Füllstoffe und als organische Bindemittel sind grundsätzlich alle für diese Zwecke bekannten Materialien einsatzfähig.
Der erfindungsgemäße Reibwerkstoff wird üblicherweise derart hergestellt, daß man Mischungen von Metallpulvern, wie Kupfer, Blei, Zinn oder Eisen, gegebenenfalls mit oxydischen oder keramischen Zusätzen, Naturgraphit und/oder Molybdändisulfid nach bekannten Methoden in Form von Platten, Blöcken, Bändern zusammensintert, dann in Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 0,1 bis 5 mm wieder zerkleinert, mit den Füllstoffen innig vermischt, anschließend das Bindemittel zumischt, die Masse kalt oder unter Hitzeeinwirkung in Formen preßt und dann einer -weiteren Temperaturbehandlung, gegebenenfalls unter Druck, unterzieht.
Die erfindungsgemäßen Reibwerkstoffe weisen eine hohe Festigkeit und hohe Druckbeständigkeit auf. Beläge aus reinem Sintermaterial besitzen zwar an sich bereits vorteilhafte Eigenschaften, wie gute Wärmebeständigkeit, gute Erholeigenschaften des Reibungskoeffizienten nach hoher Temperaturbeanspruchung und gute Wärmeleitfähigkeit. Jedoch ist beispielsweise gerade eine hohe Wärmeleitfähigkeit nicht für alle Anwendungszwecke erwünscht und stellt sogar einen Nachteil dar, wenn z. B. Bremsbetätigungskolben, Bremsmanschetten und die Bremsflüssigkeit bei hohen Bremsbelagtemperaturen unzulässig hoch aufgeheizt werden und dadurch die Funktion der Bremse in Frage gestellt wird.
Beim erfindungsgemäßen Reibwerkstoff stellt sich durch die Beigabe von 20 bis 25 Gewichtsprozent des organischen Bindemittels die Wärmeleitfähigkeit auf einen günstigen Wert ein. Man hat es ferner durch die Wahl geeigneter Mischungsverhältnisse in der Hand, Reibungskoeffizienten zu erreichen, die höher liegen als die üblicherweise mit reinem Sinterreibwerkstoff erreichbaren Reibwerte, die maximal bei 0,4 bis 0,5 liegen. Die erfindungsgemäße Kombination hat darüber hinaus den Vorteil, daß man den Reibungskoeffizienten von organischem Reibmaterial durch die Beimischung von Sintermaterial ebenfalls anheben kann. Es hat sich ferner gezeigt, daß beim erfindungsgemäßen Reibwerkstoff, der bei hohen Druckbelastungen relativ hohe Verschleiß des Sinterreibwerkstoffs herabgesetzt wird. Der erfindungsgemäße Reibwerkstoff hat sehr gute Erholeigenschaften nach starker Wärmebeanspruchung d. h., die Reibeigenschaften haben sich nach Heißfahrten nicht verschlechtert. Beim Einlaufen und bei kalter Bremse zeigt sich die volle Höhe des Reibungskoeffizienten. Dies ist besonders wichtig und vorteilhaft bei der Verwendung für Scheibenbremsbelägen, die bei organischen Reibwerkstoffen ohne Zusatz von Sinterreibwerkstoffen erst nach einem langen Einlaufvorgang, d. h. nach Ausbildung einer über der Reibfläche geschlossenen Schicht von Reibkohle konstante Werte und die endgültige Höhe des Reibungskoeffizienten ergeben.
In den Figuren ist der Verlauf der Reibungskoeffizienten von einigen erfindungsgemäßen Reibwerkstoffen beispielsweise veranschaulicht und den unter denselben Bedingungen gemessenen Werten der entsprechenden reinen organischen und reinen gesinterten Reibwerkstoffe gegenübergestellt.
Die aufgezeichneten Reibungskoeffizienten sind Mittelwerte, gemessen an einer Scheibenbremse vor und nach Warmbeanspruchung von 500° C.
In F i g.1 ist die Abhängigkeit des Reibwertes bei verschiedenen Mischungsverhältnissen von Sinterreibwerkstoff und organischem Material, aufgetragen über der Geschwindigkeit bei einer konstanten Flächenpressung von 60 atü, veranschaulicht. Man erkennt aus dieser Darstellung, daß nicht nur der durchschnittliche Wert des Reibungskoeffizienten als solcher gegenüber dem des reinen organischen Materials wesentlich erhöht wird, sondern auch die Konstanz des Reibungskoeffizienten bei Geschwindigkeiten zwischen 0 und 140 km/Std. beim erfindungsgemäßen Reibwerkstoff gegenüber dem des reinen Sintermaterials erheblich verbessert ist.
Aus F i g. 2, in der der Reibungskoeffizient -unter Berücksichtigung verschiedener Mischungsverhältnisse zwischen organischem und Sintennaterial -in Abhängigkeit von der Flächenpressung bei einer konstanten Geschwindigkeit von 80 km/Std. dargestellt ist, erkennt man ebenfalls, wie sich der Reibungskoeffizient durch die erfindungsgemäße Mischung von organischem und gesintertem Material verbessert.

Beispiel Die Ausgangsmaterialien haben folgende Bestandteile: -

Organisches Material

Teile

Phenol-Formaldehyd-Kondensations-

produkt ........................... 1,0

Asbest, kurzfaserig .................... 2,0

Reibungsfördernde Zusätze . . . ......... 1,3

Metalloxyde .......................... 1,1

Graphit .............................. 0,38

Sinterreibwerkstoff

Kupfer ............................... 3,0

Zinn ................................. 0,8

Blei ............................... 0,4

Graphit .............................. 0,6

MoS2 ................................ 0,46

Si02 ................................. 0,45

Die für die Versuche benutzten Proben hatten folgende Zusammensetzung:

Probe Sintermaterial ( Organisches Material
Nr.
Anteil in Gewichtsprozent
1 0 100,00
2 13,02 86,98
3 23,04 76,96
4 33,30 66,70
5 42,90 57,10
6 100,00 0

Der erfindungsgemäße Reibwerkstoff ist verwendbar für hochbeanspruchte Brems- und Kupplungsbeläge.

Während bisher in der Fachwelt je nach Einsatzzweck entweder ein als organisches Material bezeichneter Reibwerkstoff, bei dem nur die üblichen Füllstoffe, Schmiermittel u. dgl. mit dem organischen Bindemittel gemischt und verpreßt oder eine in sich zusammenhängende Vollmetallmasse aus gesinterten Metallen bzw. Metallgemischen eingesetzt wurde, hat der Erfinder entgegen dieser allgemeinen Übung den fertigen Sinterreibwerkstoff zerkleinert und als zusätzliche Komponente dem üblichen Gemisch für die organischen Reibwerkstoffe vor dem Verpressen zugegeben. Er hat damit, wie aus den vorstehend an Hand der Zeichnung beschriebenen Ergebnisse ersichtlich, einen vollständig neuen und gegenüber den bisher bekannten Reibwerkstoffen verbesserte Eigenschaften aufweisenden Reibwerkstoff gefunden, was insoweit überraschend war, als nicht vorausgesehen werden konnte, daß sich z. B. durch Zugabe von organischem Material die Gebrauchseigenschaften eines Sinterreibwerkstoffes verbessern oder durch Zugabe von Sinterreibwerkstoffen die Eigenschaftswerte von üblichem organischem Reibmaterial erhöhen ließen.

Claims

Patentanspruch: Reibwerkstoff, bestehend aus für Reibwerkstoffe üblichen organischen Bindemitteln und für Reibwerkstoffe üblichen Füllstoffen, d a d u r c h gekennzeichnet, daß er außerdem 10 bis 70 Gewichtsprozent eines üblichen anorganischen Sinterreibwerkstoffes enthält, der nach der Sinterung auf Korngröße von 0,1 bis 5 mm aufgebrochen worden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 698105, 916 609.