DE1205708B - Herstellung von Reibbelaegen auf Eisenbasis fuer Bremsen und Kupplungen auf pulvermetallurgischem Wege - Google Patents

Description

• Herstellung von Reibbelägen auf Eisenbasis für Bremsen und Kupplungen auf pulvermetallurgischem Wege Bekanntlich werden die Reibbeläge für Bremsen der Straßenfahrzeuge vorzugsweise aus Werkstoffen hergestellt, die aus gummi- oder kunstharzgebundenen Asbestfasern bestehen. Solche Werkstoffe sind meist noch von einem Drahtnetz durchzogen, um den Zusammenhalt zu verbessern. Es ist auch bekannt, solchen Belagmassen zur Erhöhung des Reibungskoeffizienten und der Lebensdauer Metallpulver, insbesondere Eisenpulver, beizumischen.
• Der große Nachteil dieser Werkstoffe ist bekanntermaßer# eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit und sehr geringe Warmfestigkeit. Außerdem besteht bei Dauerbremsungen die Gefahr, daß sich die entstehende Reibungswärme staut und den Belagwerkstoff auf eine Temperatur erwärmt, bei der die verwendeten Bindemittel verbrennen.
• Bei schweren Schienenfahrzeugen verwendet man deshalb schon seit altersher metallische Bremsklötze, insbesondere solche aus Grauguß. Dieser Werkstoff hat aber die unangenehme Eigenschaft, daß sein Reibungskoeffizient gegen Ende der Bremsung stark und plötzlich zunimmt. Die Kurve der Bremswirkung, in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit aufgetragen, steigt plötzlich gegen ihr Ende zu stark an. Dies führt insbesondere bei Schnellbremsungen zu einem Blockieren der gebremsten Räder, was auch bei Schienenfahrzeugen schon als sehr nachteilig empfunden wird. Für Straßenfahrzeuge sind solche Bremsbeläge unbrauchbar.
• Es wurde schon vielfach vorgeschlagen, bei Schienenfahrzeugen auf pulvermetallurgischem Wege hergestellte, metallische Reibbeläge an Stelle der Graugußbremsklötze einzuführen. Bei der Herstellung solcher Sinterbeläge ging man von Legierungen aus, die der Zusammensetzung des Graugusses sehr nahe kommen. Solche Beläge zeigen,, die vorerwähnten Nachteile des Graugusses nicht. Ihre Einführung scheiterte bisher an den zu hohen Herstellungskosten.
• Aufbauend auf Erfahrungen, die man bei der Herstellung von Paketbremsen im Fahrwerk von Flugzeugen gemacht hatte, wurden zuerst in Amerika auch Kupplungs- und Bremsbeläge für schwere Straßenfahrzeuge mit Erfolg aus gesinterten, metallischen Werkstoffen hergestellt. Dieselben sind vorzugsweise auf NE-Metallbasis aufgebaut. Beispielsweise werden folgende Legierungen verwendet: 73 % Cu, 14ain Pb, 70/0 Sn, 6 % C oder 62 O !o Cu, 12 0!o Pb, 7 0, IG Sn, 8 0/0 Fe, 7 % C, 4 0!o Si02. Wegen der starken Sprödigkeit der eigentlichen Belagwerkstoffe werden die Beläge auf Stahlstützbleche aufgelötet. Die Herstellung verhältnismäßig dünner Beläge, die in ebener Form gefertigt und in kaltem Zustande in die endgültige Form gebracht werden können, macht kaum Schwierigkeiten. Dagegen ist die Fabrikation stärkerer Beläge, die in gebogener Form brikettiert und im Drucksinterverfahren fertiggestellt werden müssen, schwierig und sehr teuer. Trotz ihrer hervorragenden technischen Eigenschaften werden deshalb solche Beläge schon aus Preisgründen nur dort verwandt, wo sich ihr Einsatz aus Sicherheitsgründen nicht umgehen läßt.
• Wie bereits früher erwähnt, wurde auch bereits vorgeschlagen, Reibwerkstoffe auf pulvermetallurgischem Wege auf Eisenbasis herzustellen. Man ging dabei zunächst von Legierungen aus, die in ihrer Zusammensetzung dem zur Herstellung von Bremsklötzen verwendeten Gußeisen weitgehend entsprachen. Es wurde auch bereits bekannt, solchen Legierungen zur Verringerung der Schweißneigung und Regulierung des Reibungskoeffizienten Bronzepulver und Si02 Pulver beizumischen. Die technischen Eigenschaften auf diese Weise hergestellter Bremsbeläge genügen für die Bestückung von Bremsaggregaten von Schienenfahrzeugen. Bei Straßenfahrzeugen konnten sie sich noch nicht durchsetzen. Dagegen finden derartige Werkstoffe schon weitgehend Verwendung bei der Herstellung von Kupplungsbelägen. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Reibbeläge auf Eisenbasis mit Zusätzen von bis zu 50 0!0 Graphitpulver zu fertigen. Der Einsatz solcher Beläge als Bremsbeläge scheiterte in der Praxis bisher wegen zu geringer Festigkeitseigenschaften.
• Es ist auch bereits bekannt, daß man den festigkeitsmindernden Einfluß von mehr oder minder körnigem Sioz bei der pulvermetallurgischen Herstellung von Kupplungsbelägen auf Eisenbasis dadurch weitgehend ausschalten kann, daß man das SiO,., in hochdisperser Form der Pulvermischung zusetzt. Außerdem gibt die Zugabe von SiO.., in dieser Form die Möglichkeit, mit wesentlich geringeren Zugabemengen auszukommen. Dieser bekannte Kupplungswerkstoff enthält bis 1,9 0.'o Si0, und außerdem bis 0,8 0 o Graphit und wird bei 1Ö50 bis 1200 C gesintert und warm nachverdichtet.
• Mit der vorliegenden Erfindung wird nun das Ziel verfolgt, metallische Reibbeläge, insbesondere auch für schwere Straßenfahrzeuge, unter weitgehender Verwendung von Eisenpulver als Grundwerkstoff auf pulvermetallurgischem Wege so wirtschaftlich herzustellen, daß sie einmal allen technischen Anforderungen genügen und ihr weitgehender Einsatz nicht mehr an der Preisfrage scheitern kann. Dadurch kann ein nicht unwesentlicher Beitrag zur Steigerung der Verkehrssicherheit geleistet werden.
• Erfindungsgemäß wird zur Herstellung eine Pulvermischung folgender Zusammensetzung verwendet: 1 bis 30!o Blei, 1,2 bis 2,511l0 Zinn, 3 bis 4% Kohlenstoff in Form von Graphitpulver, 0,3 bis 0,9 0!o hochdisperses Si0.,- Pulver, 12 bis 25 0 a Kupfer, Rest Eisenpulver mit einer Maximalkorngröße von 0,15 mm. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, mindestens 60l0 Kupfer dadurch in die Pulvermischung einzubringen, daß man das Eisenpulver mit Cu in bekannter Weise chemisch oder elektrolytisch ummantelt. Noch besser ist es, das Eisenpulver zunächst mit Pb und dann in einer zweiten Ummantelungsoperation mit Cu zu ummanteln. Das restliche Cu wird dann der Mischung in Pulverform beigegeben. Um Entmischungserscheinungen beim Brikettieren zu vermeiden, werden der Pulvermischung vor der Weiterverarbeitung noch etwa 0,05 bis 0,1 0i0 Öl beigemischt. Das Brikettieren selbst erfolgt bei einem spezifischen Druck von etwa 5 t/cm' in bekannter Weise. Die Preßlinge werden dann bei einer Temperatur von 1000 bis 1.050° C gesintert und bei einer Temperatur von 800 bis 900' C auf eine Mindestdichte von 7,5 glcmwarm verdichtet. Man kann eine besondere Erwärmung vor der Warmverdichtung einsparen, indem man die Teile aus der Abkühlzone des Sinterofens bei der genannten Schmiedetemperatur entnimmt und möglichst noch unter Schutzgas bis an die der Nachverdichtung dienende Maschine heranführt. Nach der Warmverdichtung werden die Teile bei etwa 11.00° C etwa 15 Minuten lang geglüht, auf etwa 950' C abgekühlt, in Öl oder im Warmbad abgeschreckt und bei etwa 500° C angelassen. Die Formgebung der Beläge in der vertikalen Dimension kann. nachdem sie vorteilhafterweise zunächst eben gefertigt wurden, sowohl 'während des Warmverdichtungsprozesses als auch danach in kaltem Zustande erfolgen.
• Weiterhin ist es möglich, im Rahmen des vorher beschriebenen Erfindungsgedankens zunächst Halbzeuge in Blech- oder Bandform herzustellen, die dann zu Belägen in der üblichen Art weiterverarbeitet werden. Zunächst wird in einfachen, z. B. Blechformen das lose Pulver mittels Hoehfrequenzsehwingungen auf eine Wichte verdichtet, die mindestens 500 r'0 der theoretischen Wichte beträgt. Die so entstandenen Pulverkörper werden nun bei 1000 bis 1050"' C gesintert und dann bei 800 bis 900 C warm oder bei dünnen Abmessungen kalt in der Presse bzw. im Walzwerk weiterverdichtet. Die Weiterverarbeitung zu Halbzeug für die Belagfertigung wird wie vorher beschrieben vorgenommen. Die Fertigung der Beläge selbst aus dem Halbzeug erfolgt in üblicher Weise.
• Die erfindungsgemäß hergestellten Reibbeläge. deren Reibungskoeffizient durch Variation der Werkstoffzusammensetzung innerhalb der oben genannten Grenzen entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck eingestellt werden kann, haben ausreichende Festigkeitseigenschaften, eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, sind korrosionsbeständig und weit weniger spröde, als alle metallischen Reibbeläge, die nach bisher bekannten Verfahren auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt werden. Das Auflöten derselben auf Stahlstützbleche kann deshalb entfallen. Die Fabrikation kann so wirtschaftlich gestaltet werden, daß die allein werkstoffbedingten Mehrkosten gegenüber den bisher allgemein verwendeten Belägen aus nichtmetallischen Werkstoffen durch die höhere Lebensdauer mehr als ausgeglichen werden.
• Nach dem vorgeschlagenen Verfahren können natürlich außer allen Bremsbelägen auch Kupplungsbeläge und Kupplungslamellen, sowie Bremsklötze für Schienenfahrzeuge hergestellt werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche: l.. Verfahren zur Herstellung metallischer Reibbeläge für Bremsen und Kupplungen, von Brems-und Kupplungslamellen sowie Bremsklötzen auf pulvermetallurgischem Wege unter Verwendung einer Pulvermischung auf Eisenbasis mit Zusätzen von Graphit, Si0, und t31, Sintern und Nachverdichten in der Wärme, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß eine Pulvermischung, bestehend aus 1 bis 30 o Blei, 1,2 bis 2,50o Zinn, 3 bis 40 0 Graphit, 0,3 bis 0,9 0.'o SiO2 in hochdisperser Form, 12 bis 25 0i0 Kupfer, Rest Eisenpulver mit einer Maximalkorngröße von 0,15 mm mit 0,05 bis 0,10t'0 Öl intensiv gemischt, mit einem spezifischen Druck von etwa 5 ttcm' brikettiert und bei 1000 bis 1050° C gesintert wird, worauf die Teile bei einer Temperatur von 800 bis 900' C warm auf eine Dichte von 7,5 glcm3 und höher nachverdichtet, bei 1100' C etwa 15 Minuten geglüht, auf etwa 950' C abgekühlt, in t51 oder im Warmbad abgeschreckt, bei etwa 500° C angelassen und danach in üblicher Weise fertiggestellt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 6 0.`o Kupfer durch Ummantelung des Eisenpulvers auf chemischem oder elektrolytischem Wege der Legierung zugeführt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenpulver zuerst mit dem Blei und dann mit mindestens 6 0!o Kupfer ummantelt wird.
4. 4. Abänderung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1. bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung blech- oder bandförmiger Halbzeuge, aus denen Reibbeläge gefertigt werden, das Brikettieren des Pulvers ersetzt ist durch eine Verdichtung des losen Pulvers in einer geeigneten Form auf mindestens 501 %o der theoretischen Wichte mittels Hochfrequenzschwingungen, worauf bei 1000 bis 1050° C gesintert und bei 800 bis 900° C warm oder bei dünnen Abmessungen kalt in der Presse bzw. im Walzwerk weiterverdichtet wird, worauf die Weiterverarbeitung zu Halbzeug für die Belagfertigung, wie in Anspruch 1 angegeben, erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 919 473; Die Technik, 1957, S. 819 bis 824; Materials in Design Ergineering, November 1957. S. 134 bis 137.