DE1704440C3

DE1704440C3 - Verfahren zur Herstellung von Reibelementen

Info

Publication number: DE1704440C3
Application number: DE1704440A
Authority: DE
Inventors: Arvon M. Valley Cottage N.Y. Griffith (V.St.A.)
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1966-12-06
Filing date: 1967-12-05
Publication date: 1975-10-02
Also published as: DE1704440A1; US3404832A; DE1704440B2

Description

kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unmittelbar praktisch bis auf die rechnerisch mögliche Dichte verdichtet werden. Vorzugsweise wird das Gemisch auf eine Dichte von etwa 95 ⁰Z₀ der theoretischen Enddichte verdichtet Diese Verdichtung erfolgt bei der Erfindung innerhalb einer Minute oder sogar noch kürzerer Zeit, während sich die mit gleichzsitigem Lösungsmittelentzug verbundene Verdichtung gemäß dem Stand der Technik bis zu Stunden hinzog und auch kompliziertere Vorrichtungen erforderlich machte.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsart des Verfahrens ist das wärmehärtbare Harz entweder Phenolformaldehyd oder Kaschu-Nußschalen-Flüssigpolymer oder eine Mischung daraus, und die Mischung enthält Asbest und Gußeisenteilchen.

Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung an Hand von Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung, welche für das Verfahren verwendet werden kann;

Fig, 2 ist eine teilweise gebrochene Seitenansicht eines fertigen Eisenbahnbremsschuhs, und

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines Gesenks, welches zur Fertigung des in F i g. 2 dargestellten Bremsschuhs eingesetzt wurde.

Es werden zunächst zwei Ausgangsmischungen angeführt, mit denen sich das Verfahren zur Herstellung von Reibelementen durchführen läßt.

Material

Bindemittel (A)

Weißguß-Eisenteilchen ...

Gebrannter Kyanit

Bleisulfid

Blei

Gebrannter ölkoks

Asbest (Grad 4 K)

Aloxit

} irtungsmittel

Kristallinisches Bleioxyd
Zinkoxyd

Naphtha (Lösungsmittel) .

Bindemittel A

Beispiel (Gewichtsleile) 1. I 2.

15 10,0 10.0 19,5 4,6 21,6 10.8

3.4 5,1

4,0

12,2

13,0

22,5

5,6

39,3

0,8

2,7 4,2

4,0

Bestandteil

Buna-S (23,5⁰Zo Styrol)

Kaschu-Nußschalen-Flüssigpolymer (Zwischenstufe des Wärmezuwachses)

Gummi-Härter:

Schwefel

Benzothiazol Disulfid

Kupfer Dimethyl-Dithiokarbanat ... Hexamethylentetramin

Gewichtsteile

44,0 44,0

0,91 0,46 1,83

Das Bindemittel besteht primär aus einen", wärmehärtbaren Material wie geradkettiges Phenolharz, modifiziertes Phenolharz oder Kaschu-Harz, vermischt mit GummL Die Härte eines ger&dkettigen Phenolharz-Binders kann mit weicheren, wärmehärtbaren Harzen modifiziert werden, so beispielsweise mit ölmodifizierten Phenolharzen oder flüssigen Kaschu-Harzen. Das ist auch mit einem thermoplastischen Elastomer, beispielsweise mit natürlichem oder synthetischem Gummi oder passenden Elastomer-Materialien möglich. In jedem Fall enthalten die Bindemittel Zusätze,

ίο gewöhnlich feste Partikeln, wie teilweise ausgehärtetes Phenolformaldehydharz, teilweise ausgehärtete Kaschu-Harz-Polymerfestteilchen und unvulkanisiertes Dienkautschuk wie Butadien-Styrol oder Butadien-Akrylnitril-Mischpolymerisatteilchen, welche auf

herkömmliche Weise mit einem Lösungsmittel gemischt werden, um genügend Fließvermögen zu erzielen. Dadurch wird das unter Hitze aushärtbare Bindemittel im übrigen Gemisch, welches durch die hitzewiderstandsfähigen, abriebfesten, verstärkenden, die

ao Reibung vergrößernden und modifizierenden Füllerteilchen gebildet ist, gleichförmig verteilt.

Es können verschiedene Füllstoffe verwendet werden, was von der zu erzielenden Reibungs- und Abnutzungseigenschaft des Körpers abhängt. Beispiels-

weise weisen die Füllkörper gewöhnlich einen hitzewiderstandsfähigen Verstärkungskörper, wie Asbest und zusätzliche metallische Teilchen auf, wie Gußeisenteilchen und/oder Mineralien zum Verbessern des Reibungswertes. Es werden auch gewöhnlich andere Stoffe zur Verbesserung des Reibungswertes zugesetzt, wie Polymerisate aus Kaschu-Nußöl. Ls werden auch Müdifikatoren für die Reibungswerte, wie verschiedene Formen von Graphit und/oder Bleisulfid beigegeben.

Asbest dient gleichzeitig als Füllmittel und als Festiger; Blei, Bleisulfid, Graphit und Koks dienen als Füller, um vorteilhafte Reibungs- und Oberflächeneffekte des fertigen Gegenstandes zu erzielen, wenn dieser in beabsichtigter Weise in einer Bremse eingebaut wird.

Bei der Herstellung der Reibuneselemente nach Maßgabe der Beispiele ! und 2, welche mit dem Bindemittel (A) abgebunden sind, werden der Gummi und das flüssige Kaschu-Nuß-Polymer in einem ersten bzw. ungehärteten Zustand in einer Mühle eng miteinander vermischt. Danach werden die zum Vulkanisieren, Abhärten und Absetzen des Binders und zum Entwickeln des flüssigen Polymers benötigten Bestandteile zugegeben. Das Gemisch wird dann zu einem Schaufelmischer weitergeleitet. Das Naphtha-Lösungsmittel wird daraufhin den die Verbindung bildenden Zusätzen beigegeben; das Gemisch wird bis zur Bildung einer Paste umgerührt, woraufhin die Füllstoffe einschließlich der Gußeisenteilchen, des gebrannten Kyanits. des Reibungsveredlers und/oder Verstärkers und einschließlich des Asbestes zugesetzt werden, wenn sie zur Verstärkung des Korpers dienen sollen. Das Mischen wird fortgeführt, bis eine gleichförmige Verbindung erzielt worden ist.

Das mit dem Lösungsmittel (bis 4 Gewichtsprozent) in der oben beschriebenen Weise vorbereitete Gemisch kann bis auf die Enddichte gepreßt werden, ohne dabei Lösungsmittel zu entfernen. Unter Berücksichtigung der Verdunstungsverluste soll der Lösungsmittelanteil während des Verdichtungsvorganges nicht weniger als 2 Gewichtsprozent betragen. Das der Pressung unterworfene Gemisch enthält

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vollkommen plastische Teilchen und hat genügend Klebe- und Verbindungskraft, um bei der Pressung eine bleibende Formgebung und einen sicheren Zusammenhalt zu erzielen. Der gepreßte Körper dehnt sich während der anschließenden Nachhärtung trotz der dabei auftretenden chemischen Reaktionen und Gasfreisetzungen nicht aus. Erst während der thermischen Nachhärtung außerhalb der Presse geht die Verbindung vollständig in eine kontinuierliche Masse über. Dabei reichen die auf Grund des klebrigen Zustandes der Mischungsbestandteile bestehenden Adhäsionskräfte des bei Raumtemperatur gepreßten Körpers aus, um diesen formbeständig zusammenzuhalten. Erstaunlicherweise ist das der Fall, obwohl im Innern der Masse Gase mit hohem Dampfdruck entstehen können.

In Fig. 1 ist eine Presse 40 mit einem Stempel 41 und einer Matrize 42 dargestellt. Der Gesenk- bzw. Matrizenhohlraum 42C ist entsprechend der gewünschten Form eines Reibungselementes bemessen, so beispielsweise in Form eines Eisenbahnbremsschuhes, welcher nach der vorliegenden Erfindung gefertigt wird. Eine bestimmte Menge des Gemisches A (Fig. 1), welches nicht weniger als 2 Gewichtsprozent des Lösungsmittels enthält, wird in den Gesenkraum 42 C eingefüllt. Dieses Material wird mit Hilfe des Stempels 41 bei Raumtemperatur auf etwa 95 bis 98% theoretische Dichte zusammengedrückt. Im Zusammenhang mit der durch die Presse durchgeführten Verdichtung sei erwähnt, daß das Produkt mit einem Verdichtungsgrad von 4 :1 bis 5 : 1 verdichtet wird. Diesen Wert erzielt man bei einem Druck von bis zu 4,7 kp/mm² in der Presse.

Die in der Presse verdichteten und aus ihr entnommenen Teile werden schnell abgehärtet, um das Bindemittel seinen endgültigen, thermisch ausgehärteten Zustand annehmen zu lassen. Dabei werden die flüchtigen Produkte frei, welche die chemische Reaktion während des Aushärtens der Verbindung kennzeichnen. Dies kann im reinen Ofenverfahren durchgeführt werden. Das Verfahren wird während einer halben bis zu einer Stunde bei einer Temperatur von 176,7 bis 232,2° C durchgeführt, was je von der Dicke abhängt. Dabei ist kein Druck erforder-Hch, um die Dichte während des Aushaltens beizubehalten. Es kann jedoch ein mäßiger Druck (1,4 kp/cm²) angelegt werden, um während des Aushärtens ein Verwerfen des Körpers zu vermeiden.
Der in F i g. 2 in fertiger Form dargestellte Eisenbahnbremsschuh 50 besteht aus einem Stahlhaltekörper 51 und dem Reibungselement 52. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, kann ein solcher Körper gefertigt werden, indem man zunächst den getrennten Haltekörper auf ein Gegenlager bzw. auf ein festes Gesenk 54 der Presse 55 auflegt, über den Haltekörpcr wird das Gemisch 52 A der oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Zusammensetzung aufgefüllt. Das Gesenk ist der Gestalt des Haltekörpers entsprechend ausgebildet. Nachdem der Haltekörper

»5 eingelegt ist, wird der Stempel bzw. das bewegbare Gesenk 56 auf das Gemisch 52 Λ mit genügend großem Druck abgesenkt, um die gewünschte Enddichte zu erzielen. Auch in diesem Falle wird während des Preßvorganges keine Hitze angelegt; das Bindemittel verfügt über genügend Klebekraft, um das Reibungselement am Haltekörper abzubinden. Nachdem der Bremsschuh in der Presse 55 gefertigt wurde, wird er herausgenommen und nachgehärtet, um den in Fig. 2 dargestellten fertigen Bremsschuh zu erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Reibelemen-

partikeln mit einem Bindemittel, welches aus einer organischen Verbindung aus Gummi und einem wärmehärtbaren Harz gewonnen ist, wobei die homogene Mischung unter Verwendung eines Lösungsmittels so zubereitet wird, daß sich das Bindemittel in unvollständig ausgehärtetem Zustand gleichförmig in den FüUerpartikeln verteilt, dann das Lösungsmittel enthaltende Gemisch in einer Presse auf seine Enddichte verdichtet und

Bekannt ist auch bereits ein Verfahren zur Herstellung von Bremsschuhen (US-PS 2452 284), bei dem ein Asbestfasern und wärmehärtbares Harz enthaltendes Gemisch mittels eines Kolbens unter sehr hohen Drücken in eine mit speziellen Dichtungen, Verschleißplatten usw. ausgestattete Form eingespritzt wird. Dabei soll der Gehalt an einem in dem Gemisch enthaltenes Lösungsmittel möglichst gering sein. Er ist jedoch so hoch, daß das Gemisch unter den hohen

ίο Einspritzdrücken fließfähig wird. Unter Benutzung einer Hochfrequenzheizung wird dann in einem besonderen Arbeitsschritt das Lösungsmittel restlos verdampft, wobei keine Härtung des Gemisches erfolgt. Dabei muß das aufgespritzte Gemisch zur Erzeugung

einer Presse auf seine Enddichte verdichtet und gp gg

dann das verdichtete Gemisch aus der Presse ent- i5 eines Verdichtungsdruckes mit einem federbelasteten

Sbd f d Besschh eßt d

nommen und bei erhöhter Temperatur thermisch nachgehäriet wird, dadurch «ekennzeichnet, daß der Lösungsmittelgehalt nicht mehr als etwa 2 bis 4 Gewichtsprozent der Mischung beträgt, die Verdichtung des das Lösungsmittel enthaltenden Gemisches auf seine Enddichte bei Raumtemperatur erfolgt und die Nachhärtung drucklos vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

f i Dih

Spannband auf den Bremsschuh gepreßt werden. Auch bei diesem bekannten Verfahren werden also bei der Beseitigung <sos Lösungsmittels gleichzeitig Wärme und Druck aufgewendet. Es folgen drei Verfahrensschritte aufeinander, nämlich erstens die Einspritzung des Gemisches für das Reibungsmateriai mit Hochdruck in eine Form, zweitens die Anwendung von Wärme und Druck zur Beseitigung des Lösungsmittels und zur weiteren Verdichtung und

schalen-Flüssigpolymer oder eine Mischung daraus ist und daß die Mischung Asbest und Gußeisenteilchen enthält.

kennzeichnet, daß das Gemisch auf eine Dichte »5 drittens der Aushärtungsschritt für das vom Lösungsvon etwa 95 · ο der theoretischen Enddichte ver- mittel befreite Material bei hoher Temperatur unter dichtet wird. ^dem Druck des Spannbandes.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den

kennzeichnet, daß das wärmehärtbare Harz ent- Herstellungsgang weiter zu vereinfachen und zu beweder Phenolforrr.aldehyd oder Kaschu-Nuß-3° schleunigen. Ausgehend von einem Verfahren der

eingangs vorausgesetzten Art wird zur Lösung der Aufgabe derart vorgegangen, daß der Lösungsmittelgehalt nicht mehr als etwa 2 bis 4 Gewichtsprozent der Mischung beträgt, die Verdichtung des das Lösungsmittel enthaltenden Gemisches auf seine End-

, dichte bei Raumtemperatur erfolgt und die Nach

härtung drucklos vorgenommen wird.

Dabei ist der Lösungsmittelgehalt ausreichend gewählt, um das organische Bindemittel plastisch zu

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- 4° machen und den bei Raumtemperatur verdichteten lung von Reibelementen aus einem homogenen Ge- Körper zusammenzuhalten. Dabei ergibt sich erstaunmisch fester Füllerpartikeln mit einem Bindemittel, licherweise auch während der nachfolgenden Wärmeweiches aus einer organischen Verbindung aus härtung der Reibelemente kein unerwünschtes AufGummi und einem wärmehärtbaren Harz gewonnen gehen oder Ausdehnen derselben, obwohl während ist, wobei die homogene Mischung unter Verwendung 45 des ersten Verfahrensschrittes, nämlich der bei Raumeines Lösungsmittels so zubereitet wird, daß sich das temperatur erfolgenden Verdichtung, keine ausBindemittel in unvollständig ausgehärtetem Zustand reichende Härtung des Bindemittels erfolgt, um merkgleichförmig in den Füllerpartikeln verteilt, dann das lieh flüchtige Stoffe entweichen zu lassen. Der Verdas Lösungsmittel enthaltende Gemisch in einer zieht auf eine Lösungsmittelverflüchtigung während Presse auf seine Enddichte verdichtet und dann das 5<> des ersten Verfahrensschrittes wiederum hat den Vorverdichtete Gemisch aus der Presse entnommen und teil, daß keine Schwierigkeiten hinsichtlich der richtigen Verflüchtigungszeit in dem ersten Vciialucn>schritt auftreten und die Verdichtungszeit so kurz wie möglich gehalten werden kann. Die Einsatzzeit

bei erhöhter Temperatur thermisch nachgehärtet
wird.
Während man ursprünglich bei der Herstellung

derartiger Reibelemente die Ausgangsmischung in 55 der für die Verdichtung verwendeten Gesenke wird einer zum Entweichenlassen des Lösungsmittels damit erheblich verkürzt. Es können aber darüber wiedtiii^i geöffnenten For;n während einiger Stun- hinaus auch weniger kostspielige Gesenke und Presden in einer Presse hat aushärten lassen, ist es später sen angewendet werden, weil ja keinerlei Vorkehrundann auch bereits bekanntgeworden, die Zeit der gen getroffen zu sein brauchen, um bei dem Verdichunter Druck in der Presse erfolgenden Warmhärtung 6o tungsschritt das Entweichen von gasförmigen Stoffen zu verkürzen, so daß nur eine Anhärtung erfolgt, zu ermöglichen. Auch ein chemischer Angriff der

Gesenke durch ausgeschiedene gasförmige Stoffe tritt also nicht auf. Man braucht während der Verdichtung

...._- keinerlei Rücksicht auf chemische Reaktionsvorgänge

verfugbar machen, hat es aber nach wie vor für er- 6_{5 zu} nehmen. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahforderheh gehalten, zunächst unter gleichzeitiger An- ren angewendete Lösungsmittelmenge reicht aus, um wendung von Wärme und Druck eine Anhärtung dem Gemisch ein für die bleibende Fonnpressung vorzunehmen. ausreichendes Fließvermögen zu geben. Das Gemisch

woraufhin dann der Formkörper außerhalb der Form
in der Wärme, z. B. in einem Ofen, fertiggehärtet
wird. Man wollte damit die Formen wieder früher