DE1274026B - Reibmaterial aus festem, hitzebestaendigem Materialgefuege - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b -11/20

P 12 74 026.0-45 (B 60368)

6. Dezember 1960

25. Juli 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Reibmaterial aus einem festen, hitzebeständigen Materialgefüge aus ungefähr 40 bis 85% gesintertem, pulverisiertem Metall oder Metallen, wie Kupfer, Antimon, Eisen, Nickel und Legierungen dieser Metalle, die 2 bis 40% eines keramischen Materials, bezogen auf das Gesamtgewicht, enthalten, das im ganzen Metallgefüge verteilt ist.

Es hat sich herausgestellt, daß die bekannten Reibmaterialien, die bei eine hohe kinetische Energie aufnehmenden Beanspruchungen zufriedenstellend arbeiten, für bestimmte Anwendungsfälle geringer Energie nicht geeignet sind. Die Gründe hierfür schließen Unterschiede in den Betriebsverhältnissen ein. Gewisse Umwandlungen, die bei höheren Temperaturen unter Anwendung höherer Leistung stattfinden, treten bei geringer Leistung nicht ein.

Andere Faktoren, wie z.B. Eingriffsdauer, Anwendungsdruck und Geschwindigkeit, sind wichtige Faktoren, die die Auswahl eines geeigneten Reibmaterials und die Eigenschaften, die das Material besitzen muß, beeinflussen. Diese zusätzlichen Faktoren erklären möglicherweise, warum die eine höhere Leistung aufnehmenden Reibmaterialien für Anwendungsfälle, bei denen eine geringere kinetische Energie aufgenommen wird, nicht geeignet sind.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem aus gesinterten, pulverförmigen Materialien bestehenden Reibmaterial einen Verschleißverzögerer aus Antimon, Wismut und/oder Kadmium zu verwenden.

Ziel vorliegender Erfindung ist es, eine hohe kinetische Energie aufnehmende Reibbeläge für Anwendungsfälle, bei denen eine geringere kinetische Energie aufgenommen wird, brauchbar zu machen, so daß die vorteilhaften Eigenschaften der Wirksamkeit (Reibungskoeffizient), der Verschleißfestigkeit und der Temperaturbeständigkeit beibehalten werden, daß aber auch ein Arbeiten unter ganz verschiedenen Betriebsbedingungen möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Reibmaterial ungefähr 1 bis 20% Gewichtsanteile eines Materials der Gruppe der Oxyde und leicht oydierbare Verbindungen von Wismut, Antimon und Kadmium enthält. Vorzugsweise sind dem Reibmaterial 4 bis 15% Gewichtsanteile Graphit beigegeben. Nach einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält das Reibmaterial des weiteren Blei oder Bleioxyd.

Das erfindungsgemäße Reibmaterial weist eine verringerte Abriebwirkung auf der entgegengesetzten Oberfläche, mit welchem es in Eingriff kommt, auf, ferner ist es weniger empfindlich gegenüber Erschüt-Reibmaterial aus festem,
hitzebeständigem Materialgefüge

Anmelder:

The Bendix Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Begrich, Patentanwalt,

8400 Regensburg, Lessingstr. 10

Als Erfinder benannt:
Roy Edward Bickelhaupt, Urbana, JlL;
James Floyd Masterson, South Bend, Ind.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Dezember 1959
(862950)

terungen und einer Aggressivität, die sich aus einer momentanen Erzeugung eines Drehmomentes durch Eingriff des Reibgegenstandes mit der entgegengesetzten Fläche ergibt.

Die Erfindung wird in folgendem in Anwendung auf metallkeramische Reibmaterialien beschrieben, sie ist aber nicht auf diese Art von Reibmaterialien beschränkt. Metallkeramische Reibmaterialien bestehen aus einem festen, hitzebeständigen, ausdehnungsfähigen metallischen Gefüge, welches die anderen Reibmaterialbestandteile während der Verwendung an Ort und Stelle festhält, einem keramisehen Material und einem kohlenstoffhaltigen Schmierstoff, der in Form von Graphitflocken im Gefüge verteilt sein kann, und in manchen Fällen aus einem metallischen Schmierstoff, wie beispielsweise Blei.

Das Gefüge besteht aus feinzerkleinerten metallischen Bestandteilen, die sinterfähig sind, so daß sie eine fortlaufende metallische Phase bilden. Gefüge, die sich als brauchbar erwiesen haben, enthalten Kupfer, Antimon, Eisen, Nickel und Legierungen dieser Metalle. Diesen Metallen kann Zinn oder/und Zink beigefügt werden. Beispielsweise kann das Gefüge aus einer Kupfer-Zinn-Zink-Kombination zu-

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sammengesetzt sein. Aber für höhere Temperaturen kann dies in ein ganz oder vorwiegend aus Eisen bestehendes Gefüge abgeändert werden.

Das bevorzugte keramische Material besteht aus Mullit. Es können die meisten keramischen Materialien verwendet werden, obgleich alle oder zumindest viele von ihnen einen größeren Verschleiß an der gegenüberliegenden Fläche als Mullit ergeben. Als Beispiel für andere keramische Materialien, die verwendet werden können, seien Aluminium, Silizium, Magnesium und Rohkyanit genannt.

Der Anteil an Metall in dem Gefüge kann von 40 bis zu ungefähr 85% schwanken, und der Anteil an keramischem Material kann sich von ungefähr 2 auf 40% Gewichtsanteilen bei dem Reibmaterial ändern.

Das kohlenstoffhaltige Material kann in Form von Graphitflocken zugegeben werden. Die Graphitflockengröße kann sich erheblich ändern; als besonders zweckmäßige Größe hat sich jedoch eine Normgröße von weniger als 0,044 mm herausgestellt. Es hat sich ferner gezeigt, daß der Graphitschmierstoff am besten wirkt, wenn er mit dem Gefiige anstatt mit dem keramischen Material kombiniert wird. Das verteilte Graphit hat sich in der Größenordnung von etwa 4 bis 15 Gewichtsanteilen als zweckmäßig erwiesen.

Die Beigabe von Blei hilft der Neigung zu einer übermäßigen Aggressivität des Belages ab, da Blei den Reibungskoeffizienten des Belages verkleinert. Die Bleizugabe hat einen weiteren vorteilhaften Effekt, indem die Neigung des Belages zur Nuten- oder Kerbbildung auf der entgegengesetzten Fläche herabgesetzt wird. Blei in seinen kombinierten Formen zeigt diese verbessernde Wirkung ebenfalls. Bleioxyd beispielsweise wird als Äquivalent für Blei in seiner elementaren Form verwendet.

Es hat sich herausgestellt, daß die das Grundmetallgefüge bei eine niedrigere kinetische Energie absorbierenden Anwendungsfällen zu schnell verschleißen würde. Eine erhebliche Verringerung der Verschleißgeschwindigkeit kann durch Beifügung eines Verschleißverzögerers erreicht werden, der aus Oxyden oder leicht oxydierbaren Verbindungen von Wismut, Antimon oder Kadmium besteht. Unter dem Ausdruck »leicht oxydierbare Verbindungen« werden Verbindungen verstanden, die die Oxyde während des Sinterns und/oder der Benutzung verwandeln.

Das einen Verschleiß verhindernde Material kann auf die schleifenden Reibflächen in geeigneter Weise,

ao wie beispielsweise durch Schleifen eines Materialblockes auf einer der Oberflächen während der Benutzung aufgebracht werden; dieses Aufbringen aber kann am besten durch gleichmäßige Verteilung durch das gesinterte, pulverförmige Reibmaterial gesteuert werden.

Die Oxyde und leicht oxydierbaren Formen von Wismut, Antimon oder Kadmium werden erheblich wirksamer, wenn ihr Anteil auf ungefähr 3 bis 5% erhöht wird. Darüber erscheint ihre Wirksamkeit geringer, kann sich aber erhöhen, bis sie ungefähr

Versuch Nr.	Kupfer	Kyanit	Zusammensetzung	Graphit	Verschleißverhinderer	Durchschnittsverschleiß je Oberfläche je Abbremsung • 105 in Zentimeter	315° C
	80	20	Zinn			940C	1,56
1	80	12		8		3,43	380
2	76	12		8		162	108
3	80		4	20		29,6	7,55
4	70	20			10 Bi2O3	1740	2,48
5	70	12		8	10Bi2O3	1,12	10,55
6	71,2	12		8	5Bi2O3	2,48	17,4
7	65		3,8	20	15 Bi2O3	2,88	4,73
8	80	12		8		2,0	275
9	71,2	12		8	8,8 CdO	16,3	36,4
10	73,2	12		8	6,8 Sb2O3	18,4	65,6
11	80	12		8		10,8	353
12	75	12		8	5Sb2S3	156,5	34,5
13	75	12		8	5Sb2S3	16,8	44,0
14				15,2

15 bis 20% des gesinterten Reibmaterials enthält. Man kann infolgedessen sagen, daß die Oxyde und die leicht oxydierbaren Verbindungen von Wismut, Antimon und Kadmium, wie beispielsweise die Sulfide, Karbonate, Oxalate usw., in Mengen von etwa 1 bis 20% wirksam sind. Für die meisten Fälle ergibt sich praktisch ein Optimum zwischen 3 und 10%.

Der Verschleißverhinderer fördert die Geschwindigkeit der Bildung einer Glasur an der Reiboberfläche des Reibmaterials bei niedrigeren Betriebstemperaturen, die überwiegend aus Eisenoxyd in den niedrigen und mittleren Valenzformen FeO, Fe₃O₄ besteht. Wenn die Betriebstemperaturen genügend hoch wären, beispielsweise 315° C, würde sich selbst dann die Eisenoxydbildung ergeben, wenn ein Ver-Schleißverhinderer fehlt. Der Eisenoxydüberzug wird, so nimmt man an, von der gegenüberliegenden Reiboberfläche gebildet, die im allgemeinen aus eisenhaltigem Material besteht. Die Eisenoxydglasur oder der -überzug scheint eine Auswirkung auf die Verschleißgeschwindigkeit des Reibmaterials auszuüben.

Bei metallkeramischen Reibmaterialien besteht eine Beziehung zwischen dem Gehalt an Verschleißverhinderer und dem Gehalt an Graphit, da der erstere die Bildung einer Glasur fördert und der letztere das Ausmaß der Glasurbildung steuert, um einen bevorzugten Verschleiß und Wirkungsgrad sowie einen Schliff für den Belag zu erhalten. Während Beigaben von Graphit die Wirkung der Erhöhung der Verschleißgeschwindigkeit des Belages haben, wird dieses in gleicher Weise durch Beigaben von Verschleißverhinderern ausgeglichen.

Die Zugabe von Oxyden und leicht oxydierbaren Formen von Wismut Antimon oder Kadmium hat den weiteren Vorteil, daß Kratz- oder Kerbeinwirkungen auf der gegenüberliegenden Oberfläche verringert werden.

Die Reibmaterialien gemäß der Erfindung werden in an sich bekannter Weise durch Sintern eines pulverförmigen Gemisches aus den verschiedenen Bestandteilen hergestellt.

Die folgende Tabelle zeigt einige Versuchsergebnisse, welche mit Reibmaterialien bekannter Art und mit Reibmaterialien entsprechend der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden sind, um die Vorteile und überlegenen Eigenschaften des Materials nach der Erfindung besser herauszustellen. Die Materialien der Versuche Nr. 5 bis 11 und 13 sowie 14 wurden in einer Stickstoffatmosphäre anstatt einer reduzierenden Atmosphäre gesintert. Auch wurde das Material des Versuchs Nr. 11 bei 650° C und die Materialien der Versuche Nr. 10 und 12 bei 540° C anstatt bei 860° C gesintert. Die Zahlen in der Tabelle, die sich auf die Zusammensetzung der Materialien beziehen, sind in Gewichtsanteilen angegeben. In den Spalten betreffend die Kerbbildung bezeichnet Nr. 1 den unterdurchschnittlichen Rotorverschleiß, Nr. 2 den durchschnittlichen Rotorverschleiß und Nr. 3 den überdurchschnittlichen Rotorverschleiß.

	Dynamischer 94° C	Re	ibungskoefflzient 315° C	stabilisiert	94° C	Kerbbildung	3150C
anfänglich			anfänglich |	0,27	2		2
0,49			0,49		2
0,52			0,58		2
0,46			0,45		1		1
0,44			0,19	0,30	2		3
0,23			0,42	0,31	2		2
0,18			0,25	0,36	2		3
0,18			0,23	0,14	1		1
0,10			0,13	0,50	1		1
0,54			0,54	0,40	1		3
0,50			0,48	0,43	1		2
0,46			0,39	0,50	2		2
0,60			0,56	0,38	1		2
0,41			0,46	0,38	2		2
0,46			0,43
stabilisiert
0,25
0,40
0,36
0,30
0,36
0,12
0,50
0,43
0,39
0,50
0,40
0,37

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Reibmaterial aus einem festen, hitzebeständigen Materialgefüge aus ungefähr 40 bis 85% gesintertem, pulverisiertem Metall oder Metallen, wie Kupfer, Antimon, Eisen, Nickel und Legierungen dieser Metalle, die 2 bis 40% eines keramischen Materials, bezogen auf das Gesamtgewicht, enthalten, das im ganzen Metallgefüge verteilt ist, dadurch gekennzeichnet,

daß es ungefähr 1 bis 20% Gewichtsanteile eines Materials der Gruppe der Oxyde und leicht oxydierbare Verbindungen von Wismut, Antimon und Kadmium enthält.

2. Reibmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 4 bis 15% Gewichtsanteile Graphit enthält.

3. Reibmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Blei oder Bleioxyd enthält.

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