DE1807468A1 - Reibwerkstoff - Google Patents

Description

• Reibwsrkstoff Die Erfindung betrifft einen Reibwerkstoff.
• Reibwerkstoffe werden in oberflächlichem Kontakt, in einer sogenannten "Reibpaarung", mit anderen Werkstoffen in maschinen zur Übertragung, Beschleunigung oder Abbremsung von Bewegungen, insbesonders in Kupplungen und in Bremsen, eingesetzt.
• Hierbei haben die sich einander annähernden Flächen zunächst unterschiedliche Geschwindigkeiten, so daß sich eine Gleitgeschwindigkeit der Flächen aufeinander ergibt. Beim Eintreten des Reibungsschlusses wird der Energieunterschied in Wärme umgesetzt. Übliche Reibpaarungen sind so ausgeführt, daß die hohen Beanspruchungen durch die Energieumsetzung sich nach Möglichkeit nur auf den einen Tsil der Reibpaarung, den Reibwerkstoff, auswirken.
• Bekannte Reibwerkstoffe können aus organisch oder anorganisch gebundenem Material bestehen. Qebräuchliche Cegenmaterialien der Reibpaarung sind Stahl, Stahlguß und Gußeisen, Aluminium oder Beryllium enthaltendo Legierungen.
• Organisch gebundene Reibwerkstoffe werden im allgemeinen in der Weise hergestellt, daß als Füllstoff. und Reibungeträger dienende, anorganische und auch organische Stoffe mit den organischen Bindemitteln gegebenenfalls unter Anwendung von Druck und Wärme zu mechanisch festen Körpern geformt werden. Als Bindemittel dienen vorzugsweise warmhärtende Harze, zum Beispiel PhenolharzoJund Kautschuk. Als Füllstoffe und Reibungsträger werden vor allem Asbest verwendet sowie Oxide, Silikate und Karbonate, aber auch Metalle in Form von Pulvern, Spänen und Wollen, zum Beispiel Eisenpulver, Messingepäne, Stahlrolle Die Formgebung erfolgt nach gründlichem mischen, vornehmlich durch Pressen, Walzen und Wickeln.
• Anorganisch gebundene Reibwerkstoffe oder Reibworkstoffe auf Metallbasis werden nach den Verfahren der Pulvermetallurgie aus Metalipulvern, zum Beispiel Kupfer, Messungen, Bronzen oder Eisen, unter Zusatz von Reibungsträgern und Trockenschmiermitteln hergestellt. Als Reibungeträgar kommen Oxide und Karbide infrage; als Trockenschmiermittel eignen sich Graphit und molybdändisulfid.
• Die Zusammensetzung der Reibwerkstoffe richtet sich nach dem Verwendungszweck des Reibkörpers und den Anforderungen, die an die Reibpaarung gestellt werden Diese Anforderungen sind naturgemäß sehr mannigfaltig und beziehen sich auf die unterschiedlichsten Eigenschaften wie zum Beispiel Reibwert und sein Verhalten in Abhängigkeit von der Cleitgeschwindigkeit und der Gloitflächentemperatur, Festigkeit und ElStizität, Wärmebeständigkeit und Wärmeleitvermögen, Verschleiß, Verhalten bei Anwesenheit von Flüssigkeiten zwischen den Reibflächen, Auftreten von Geräuschen beim Eingriff der Reibpaarung und andere.
• Es ist schwierig und gegebenfalls kostspielig, alle Anforderungen in gleich guter Weise durch eine entsprechende Zusammensetzung zu erfüllen. Unter Umständen ist es sogar noch erwünscht, besondere Wirkungen zu erzielen, zum Beispiel einen bestimmten Reibwertverlauf in Abhängigkeit von der Gleitgeschwindigkeit oder der Temperatur der Reibflächen. Bei solchen Anwendungsfällen bemüht man sich, bestimmte Stoffe in bestimmten Verteilungen in den Reibwerkstoff hineinzubringen.
• Eine Möglichkeit hisrzu besteht darin, beispielsweise bei der Herstellung eines organisch gebundenen Reibwerkstoffesteine Vormischung zu bereiten, die der Gesamtmlsohung nachher in Granulatform zugesetzt wird. Auf diesem Wege läßt sich die Verteilung gewisser Zusätze beeinflussen, jedoch nicht ihre Wirksamkeit.
• Eine Möglichkeit, bestimmte Bestandteile eines Reibwerkstoffes> beispielsweise bei einer bestimmten Temperatur, zur Wirkung zu bringen, besteht darin, Stoffe einzusetzen, die ihre Viskosität oder ihren Aggregatzustand bei der gewünschten Tetnparatol derart ändern, daß sie in flüssiger Form an die Oberfläche treten. Hierbei wird jedoch die Verteilung dieses Stoffes in der Volumen-Einheit gestört, weil eine Verarmung hinsichtlich seines Anteils im Inneren des Körpers auftritt.
• Als Aufgabe der Erfindunqwird die Schaffung von Ribwerkstoffen angesehen, die derart zusammengesetzt sind, daß es möglich ist, jeden gewünschten Rsibwertverlauf zu erreichen, beispielsweis auch einen konstanten oder einen solchen Reibwert, der mit steigender Gleitgeschwindigkeit oder Reibflächentemperatur ansteigt.
• Ferner soll es mit Hilfe der Erfindung ermöglicht werden, Stoffe, die reibtechnisch von Bedeutung sind, aber sich schlecht binden lassen, in einem höheren Anteil, als bisher möglich, in den Reibwerkstoff einzubringen, ohne dessen innere Festigkeit zu beinträchtigen Der erfindungsgemäße Reibwerkstoff soll dadurch gekennzeichnet sein, daß er Teilchen enthält, deren aus flüssigen oder festen Stoffen bestehender Kern derart ummantelt ist, daß das mantelmaterial bei bestimmter thermischer oder mechanischer Beanspruchung oder durch chemische Reaktion zerstörbar ist. Eine Zerstörung soll zum Beispiel also eintreten, wenn der Reibwerkstoff verschleißt oder wenn er durch Energieumsetzunghohe Temperaturen annimmt.
• Sofern es sich bei der Kernsubstanz um feste Stoffe handelt, kann es von Vorteil sein, wenn diese in pulverisierter Form vorliegen, weil hierdurch eine rascho Verteilung über die gesamte Reibfläche begünstigt wird, nachdem diese festen Stoffe durch Abrieb der Mantelsubstanz freigelegt worden sind.
• Die vorerwähnten Teilchen können beispielsweise nach bekannten Verfahren der Mikroverkapselungstechnik hergestellt werden.
• Es gibt darunter Verfahren, bei denen chemische Reaktionen ablaufen und die gewöhnlich in einem flüssigen Medium durchfuhrt werden. Hierzu gehört das 'tKoacervierungsverfahren"* Bei anderen Verfahren, die man als mechanische Verfahren bezeichnen kann, spielen nur Druck- und Temperaturänderungen eine Rolle. Hier sind Aufdampf- und Fließbettverfahren zu nennen.
• Nach diesen Verfahren lassen sich auch Teilchen erzeugen, bei denen sowohl das Kern- als auch das den Kern umhüllende Material zu der Gruppe derjenigen Materialien gehört, aus denen Reibbeläge bekannterweise zusammengesetzt sind und wie sie weiter oben bereits aufgezählt worden waren. Ist dieses der Fall, so hat man die sehr wichtige möglichkeit, daß der Reibwerkstoff völlig aus den besagten Teilchen hergestellt wird, wobei das Mantelmaterial aus dem Bindemittel besteht1 so daß die Teilchen beispielsweise nur durch Anwendung von Druck und erhöhter Temperatur oder durch Zusatz einer geringen Menge weiteren Bindemittels miteinander vereinigt werden können.
• Eine weitere wichtige möglichkeit zur Herstellung erfindungsgemäßer Reibwerketoffe ist darin zu sehen, daß die Teilchen in eine Matrixmasse aus organischen oder anorganischen Bindemitteln eingemischt und dann durch Pressen und anschließendes Härten beziehungsweise Sintern dieser Masse in diese eingeschlossen werden.
• In den erfindungsgemäßen Reibwerkstoffen gelingt es, Stoffe mit sehr unterschizdlichen, zum Teil mit untereinander unverträg-Eichen Eigenschaften dadurch näher zusammen und zum Zusammenwirken zu bringen, daß man diese einkapselt und erst durch Abrieb des Mantelmaterisls miteinander in Kontakt bringt. man kann Feststoffe und Flüssigkeiten, beziehungsweise solche Stoffe, die erst bei der Betriebstemperatur flüssig werden, zusammenbringen, wodurch Reibwert und Verschleißverhalten solcher Reibwerkstoffe eine mittelstellung zwischen dem Verhalten der Feststoffe und dem der Flüssigkeiten erreichen, was zuh eispiel erwünscht ist für einen Reibwert, der bei veränderlicher Temparatur oder Glsitgeschwindigkeit konstant sein soll, Es lassen sich auch größere mengen von Stoffen mit schlechten Bindeeigenschaften nach Uerkapsolung in Raibwsrkstoffen unterbringen, als sonst möglich wäre, da der Gehalt an schlecht bindenden Stoffen aus Gründen der Festigkeit normalerweise begrenzt sein muß.
• Da bereits nach des bekannten Verfahren Teilchen in den Grössen mit einem mittleren Durchmesser von einigen 10 m bis einigen 10-3m herstellbar sind, wobei der Kern aus einer Vielfalt von festen oder flüssigen Stoffen - bei Reibwerkstoffen kommen vorzugsweise Thermoplaste, feste oder flüssige Schmierstoffe infrage - und die Ummantelung aus durch das jeweilige Verfahren bedingten festen Stoffen - vorzugsweise Hochpolymeren, n Mitall "I Ins Metalloxydsn n Duroplsst#, Metalletund Metalloxyden - bestehen kann, ist es möglich, mit den erfindungsgemäßen Reibwerkstoffen einen weiten Bereich von Forderungen zu erfüllen, darunter auch solche, die, wie gezeigt, wegen der widwrsprüchlichen Eigenschaften der daran beteiligten Stoffkomponenten bisher nicht zu erreichen waren.
• Die ausnutzbaren Variationsmöglichkeiten sind weiter dadurch gegeben, daß man nicht nur in einem Reibwerkstoff verschiedene Tsilc Z rten einsetzen kann, sondern daß man auch durch Wahl der Kapselgrößen und Wandatärken sich unterschiedlichen Bedingungen anpassen kann.
• Soweit der Reibungskoeffizient der die besagten Teilchen enthaltenden Stoffe 80 niedrig liegt, daß man sie üblict5eise als Gleitetoffe anspricht, ist es vorteilhaft, wenn der Ummantelungsstoff für das in ihm eingeschlossene Kernmaterial, zum Beispiel ein flüssiges Schmiermittel, derart durchlässig ist, daß dieses nach und nach im Lauf der Zeit hindurchtritt.
• Dieser Schmierungseffekt läßt sich noch dadurch verbessern, daß er temperaturabhängig gemacht wird, was durch Vergrößerung der Poren im Ummantelungsstoff und Verringerung der Viskosität des Kernstoffes mit ansteigender Temperatur bei einer günstigen Zusammenstellung erfüllt ist.
• Wie bereits ausgeführt, sind Reibwerkatoffe erstens aus die Reibung fördernden Stoffen, sogenannten Reibungträgern oder Reibstützern zweitens die Gleitung fördernden Stoffen, sogenannten Gleitetützern und drittens Binde mitteln oder einer alles zusammenhaltenden, sogenannten Matrixmasse zusammengesetzt.
• Es lassen sich nun vorteilhafte Reibwerkstoffe mit Teilchen herstellen, deren Mantelmaterial Reibstützer und deren Kernmaterial Gleitstützer enthält. Die Teilchen werden zusammen mit den anderen Bestandteilen auf bekannte Weise in -ein organisches Bindemittel eingemischt; die mischung wird sodann in bekannter Weise geformt und gehärtet.
• Wegen der guten Verarbeitbarkeit der Teilchen und damit ihre gleichmäßige Verteilung.im Material gewährleistet ist, sollte die Größe der Teilchen so beschaffen sein, daß ihr mittlerer Durchmesser zwischen einigen 1016m und einigen 10 3m liegt. Als besonders günstig haben sich Teilchengrößen erwiesen mit einem mittleren Durchmesser zwischen 20 10 6m und 150 10 6m Sehr vorteilhafte Reibbelägsrnit auffallend gleichmäßiger Reibwertcherakteristik konnten mit Teilchen hergestellt werden, deren Mantelmaterial aus Metallen, Metallverbindungen oder Mineralien mit einem Schmelzpunkt vorzugsweise über 6500C und organischen Bindemitteln oder aus einem Gemisch dieser Stoffe und deren Kernmaterial in einer Teilmenge der Teilchen aus thermoplastischen Harzen, in einer anderen Teilmenge aus Metallen oder Metall-Legierungen, mit einem Schmelzpunkt vorzugsweise unter 650 0C und einer weiteren Teilmenge aus Festachmierstoffen besteht.
• In der Zeichnung ist schematisch dargestellt, wie man sich die Anordnung der Teilchen in einem erfindungsgernäßen Reibbelag vorzustellen hat. In Figur 1 erkennt man-einen Reibkörper, beispielsweise einen Teil eines Bremsklotzes oder einer Kupplungsscheibe, bei dem auf einem Träger 1 ein Reibbelag 2 befestigt ist.
• Aus dem Reibbelag 2 ist ein je nach der Zusammensetzung desselben mit A, B oder C bezeichneter Bereich in den Figuren 2,3 oder 4 vergrößert dargestellt.
• Der Reibwerkstoff der Figur 2 ist nur aus erfindungsgemäßen Teilchen 21 angefertigt. Diese Teilchen brauchen jedoch nicht von gleicher Größe und gleicher Zusammensetzung zu sein. Ihre Größe wird sich vielmehr je nach dem Herstellungsverfahren um eine bestimmte Durchschnittsgröße herum verteilen. Es ergeben sich Reibwerkstoffe gleichmäßiger Zusammensetzung bei guter Verarbeitbarkeit der Rohmasse, wenn die Durchschnittsgröße, worunter der Durchmesser einer dem Teilchen volumengleichen Kugel verstanden werden soll, zwischen 20'10'6m und 150'1 0-6, liegt. Während das Kernmaterial verschiedene materialien, sowohl Reib- als auch Gleitstützer, enthalten kann, wird das Mantelmeterial bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise aus einem oder mehreren gebräuchlichen Bindemitteln bestehen, so daß die Teilchen beim Formungsvorgang entweder ohne weiteres von selbst aneinander haften oder hierfür nur noch einen geringen Zusatz an Bindemitteln benötigen. Man erkennt, daß sich an der durch die Reibung ständig sich verändernden und erneuernden Oberfläche 22 Teilchen in den verschiedensten Zuständen der oeffnung und des Verbrauches befinden, so daß Kern- und Mantelmaterial zur Wirkung kommen. Neben den mechanischen Einflüssen, Scherung und Druck, macht sich aber auch der Einfluß der Temperaturerhöhung bei der Zerstörung der Teilchen bemerkbar. Durch die Wärme werden gegebenenfalls sogar Teilchen schon geöffnet, bevor sie durch den Abrieb der darüberliegenden Schichten an die Oberfläche gelangen.
• Bei den durch B beziehungsweise C gekennzeichneten, in den Figuren 3 und 4 schematisch in Vergrößerung dargestellten Reibwerkstoffen sind die Teilchen in eine matrixmasse eingebettet, die in der Hauptsache aus Bindemitteln besteht, aber auch noch weitere Stoffe, Reib- oder auch Gleitstützer, enthalten kann.
• Die Teilchen können dabei durch ihre Größe, das heißt durch unterschiedliche Mengen an Kernmaterial und unterschiedliche Wandstärken des Mantelmaterials, wie es in Figur 3 dargestellt ist, oder durch unterschiedliche Zusammensetzung im Kern- und Mantelmaterial und noch mengen- und Wandstärkenunterschiede in der Zusammensetzung gekennzeichnet sein, wie es in Figur 4 dargestellt ist.
• Der Reibbelag C kann gemäß der Erfindung aus den folgenden Bestandteilen zusammengesetzt sein: 5 Gewichts - Teile Asbest 2 VI Phenol - Harz 3,5 " Pb mit MgO ummantelt 4 " Polytetrafluoraethylen mit Cu ummantelt Die ummantelten Teilchen haben ein Volumenverhältnis von Kern s mantel - 5 t 1 und eine mittlere Größe von 75% der Teilchen zwischen 50 und 108'10-gm.
• Die Bestandteile werden in bekannter Weise gemischt und 8 Stunden bei 190°C ausgehärtet.

Claims (10)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1) Reibwerkstoff, d a d u r c h g G k e n n z e i c h n e t, daß er Teilchen enthält, deren aus flüssigen oder festen Stoffen bestehender Kern derart ummantelt ist, daß das Mantelmaterial hei bestimmten thermischen oder mechanischen Beanspruchungen odor durch chemische Reaktionen zustörbar ist.

2) Reibwerkstoff nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Teilchen einen mittleren Durchmesser haben, der zwischen einigen 10- 6m und einigen 10-3m liegt, vorzugsweise zwischen 20'10-6m und 150'10-6m,

3) Reibwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er völlig aus den besagten Teilchen besteht, wobei Teile des Mantelmaterials ohne zusätzliches Bindemittel mit einander verbunden sind.

4) Reibwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Teilchen in einer Matrixmasse durch Pressen und/oder Sintern dieser Masse eingeschlossen sind.

5) Reibewerkßtoff nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z s i c h n e t, daß die festen Stoffe des Kernmaterials in pulverisierter Form vorliegen.

6) Reibwerkstoff nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Mantelmaterial für das Kernmaterial derart durchlässig ist, daß das Kernmaterial hindurchdiffundieren kann.

7) Reibwerkstoff nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß des mantelmaterial aus die Reibung fördernden Stoffen, sogenannten Reibstützern, besteht.

8) Reibwerkstoff nach Anspruch 1, d a d u r c h 9 e -k e n n z e i c h n e t, daß das Mantelmaterial aus Stoffen besteht, deren Schmelzpunkt über 6500C liegt.

9) Reibwerkstoff nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k zue n n -z e i c h n e t, daß das Kernmaterial aus die Gleitung fördernden Stoffen, sogenannten Gleitstützern,besteht.

10) Reibwerkstoff nach den Ansprüchen 1, 8 und 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Mantelmaterial der Teilchen aus Metallen, Metallverbindungen oder Mineralien, organischen Bindemitteln oder aus einem Gemisch dieser Stoffe und das Kernmaterial einer Teilmenge der Teilchen aus Thermoplasten, einer anderen Teilmenge aus Metallen oder Metallegierungen'mit einem Schmelzpunkt kleiner als 6500C und einer weiteren Teilmenge aus Festechmierstoffen besteht.