DE1905118A1

DE1905118A1 - Friktionskoerper,insbesondere Kupplungsbelag,sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE1905118A1
Application number: DE19691905118
Authority: DE
Inventors: Hilton Harold Clifford; Bentz Lloyd Oscar
Original assignee: Raybestos Manhattan Inc
Current assignee: Raybestos Manhattan Inc
Priority date: 1968-02-08
Filing date: 1969-02-03
Publication date: 1969-10-16
Also published as: FR2001563A1; DE1905118B2; US3526306A; GB1207087A

Description

Dr. ing. E. BERKENFELD · Dipl.-1-ng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 27. Januar I969 Sch+ Named. Anm. Raybestos-Manhattan, Inc.

Friktionskörper-, insbesondere Kupplungsbelag, sowie Verfahren zu dessen Herstellung.

Kurz zusammengefaßt betrifft die vorliegende Erfindung einen Friktionskörper, insbesondere einen Kupplungsbelag, der aus einer spiralförmig aufgewickelten, komprimierten Spule aus einem Stoff mit V-förmigem Querschnitt besteht, wobei die vorspringenden Teile des Stoffes in den zurückspringenden Teilen der benachbarten Wickellagen liegen; der Stoff ist mit einem wärmehärtenden Binder imprägniert, der ein Elastomer enthält. Der Friktionskörper bzw. der Kupplungsbelag ist durch eine spiralförmig aufgewickelte Spule verstärkt, die aus einem Bündel im wesentlichen paralleler, fortlaufender Glasfasern besteht, wobei die einzelnen Wiokellagen zwischen benachbarten Wickellagen des Stoffes am Scheitel der zurückspringenden Teile desselben liegen; die Glasfasern haben eine Oberfläche, die geeignet ist, eine feste Bindung mit einem Elastomer einzugehen; ferner ist das Glasfaserbündel mit einem Elastomer imprägniert, das hinsichtlich seiner Vulkanisierbarkeit mit dem Elastomer im Stoffbinder verträglich ist.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Kupplungsbeläge, die aus einem spiralförmig.aufgewickelten Werkstoffband gebildet sind, gegen ein Bersten unter der Zentrifugalkraft dadurch zu verstärken, daß man an einer Seite des Kupplungsbelages ein Metallblech gleicher Größe oder eine Fasermaterialunterlagsschicht aus Filz oder gewebtem Material befestigt« Ein wesentlicher Nachteil dieser Verwendung eines Metallbleches ist die große Trägheit, die eine größere Kraft zur Drehung der Kupplung erforderlich macht. Weitere Nachteile· eines Metallverstärkungsbleches

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sind die erhöhten Kosten und die Schwierigkeit, ein im wesentlichen flaches Blech zu erhalten* das den Bemessungstoleranzen von Kupplungsanordnungaigerecht wird« MitFasermaterialunterlagsschichten verstärkte Kupplungsbeläge, wie sie beispielsweise im USA-Patent 2 640 795 beschrieben sind, sind zwar verhältnismäßig billig herzusteilen und weisen eine erhöhte Berst= festigkeit auf, die durch die Fasermaterialunterlagsschicht erzeugte erhöhte Berstfestigkeit reicht jedoch für die sehr hohen · Drehgeschwindigkeiten nicht aus, denen Kupplungsbeläge in moder-■"■ nen Motorfahrzeugen unterworfen sind.

Die vorliegende Erfindung soll neue, verstärkte Friktionskörper, insbesondere Kupplungsbeläge der oben beschriebenen Art schaffen^ die verhältnismäßig preiswert herstellbar sind und dennoch eine erheblieh höhere Berstfestigkeit aufweisen.

Weitere Aufgaben, Merkmale und "Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispie-Ie, in der auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigt: . ■ . " -

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen verstärkten Kupplungsbelag" gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig.2 eine Seitenansicht des Kupplungsbeiages gemäß der ". Erfindung, ■

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Fig. 3 in vergrößerter Darstellung eine Teilseitenansicht des Kupplungsbelages gemäß Fig. 2, wobei zur Darstellung eines bevorzugten inneren Aufbaus ein Teil . : .weggebrochen ist,

Fig. Λ in vergrößerter Darstellung eine Ausführungsform eines Asbestfasergewebes, das in den Kupplungsbelagen gemäß der Erfindung verwendbar ist und

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung einen Teil, des in Fig. Λ gezeigten Bandes, bei dem sich die Glasfaserfäden in Längsrichtung des Bandes erstrecken und durch Kettstiche an Ort und Stelle gehalten werden.

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In den Zeichnungen besteht ein Kupplungsbelag 10 gemäß der Erfindung aus einem aufgespulten Gewebeband 11, wobei wenigstens einem Teil der Stränge des Gewebebandes Metalldrähte zugeordnet sind. Die verschiedenen Lagen, des Gewebebandes 11 sind mit einem Binder verbunden, der ein wärmehärtendes Harz, ein vulkanisierbares Elastomer und einen Friktionsmaterialfüller aufweist und mit dem das Band imprägniert ist.

Gemäß der Darstellung in Fig. 3 ist das Gewebeband in Längsrichtung derart gefaltet, daß es einen V-förmigen Querschnitt hat, wobei die benachbarten Wickellagen passend ineinander liegen, wie es im USA-Patent 2 O96 692 beschrieben ist. Selbstverständlich kann das Gewebeband statt der dargestellten V-förmigen Querschnittsform auch eine entsprechende andere Querschnittsform haben und beispielsweise im Querschnitt W-förmig oder bogenförmig gestaltet sein.

In Längsrichtung des Gewebebandes 11 erstrecken sich zahlreiche Glasfaserfäden 1J. Diese Glasfaserfäden liegen vorzugsweise in einer Ebene, die sich rechtwinklig zur Achse des Kupplungsbeiages in gleichmäßigem Abstand von den Kanten des Gewebes erstreckt. Gemäß der Darstellung in Fig. J liegen die Glasfaserfäden vorzugsweise im eingezogenen Teil des Gewebes etwa im Scheitel des V-förmigen Querschnittes.

Um die Glasfaserfäden während der Herstellung des Kupplungsbelages an Ort und Stelle zu halten, kann man sie am Gewebeband durch eine Kettnaht 17 oder eine geeignete andere. Naht festnähen (s. Fig. 5). ..' ; , ■;-.

Die in den Kupplungsbelägen gemäß der Erfindung verwendeten Glasfaserfäden werden weiter unten noch ausführlich beschrieben.

Die Kupplungsbeläge sind mit Nietenlöchern ."1.4 mit einer Senkkopfbohrung 15 versehen, welche beispielsweise in die Kupplungsbeläge eingebohrt sind.und zur Aufnahme von Befestigungsnieten zur Befestigung der Kupplungsbeläge an einer geeigneten, nicht dargestellten Kupplungsscheibe dienen.

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Zur Herstellung des Gevö>ebandes 11 kann man reine Asbestfaserfäden oder auch Fäden aus Mischungen von Asbestfasern mit anderen Pasern verwenden, etwa mit Baumwoll-, WoIl-, Rayon-, Leinenoder Jutefasern. Beim Weben des Gewebebandes 11 kann man Verstärkungsfaden oder Verstärkungsstränge aus irgendeinem der obigen Pasermaterialien benutzen.

Die Fäden bestehen vorzugsweise aus Asbestfasern oder Mischungen von Asbestfasern mit anderen Fasern, wie etwa Baumwollfasern, und sind mit dünnen Metalldrähten aus Messing, Kupfer, Zink, Blei oder einem anderen Metall verstärkt. Diese Art gewebten Stoffes ist in Fig. 4 dargestellt, wo das Stoffä)bnd 11 aus Asbestkettfe fäden und Asbestschußfäden besteht, die mit Messingdrähten 12 verstärkt sind.

Ein Beispiel, für ein besonders brauchbares Gewebe ist ein Gewebe mit Kett- und Schußfäden aus einem Gemisch aus etwa 75 Gew.-% versponnenen Asbestfasern und 25 Gew. ■-% organischen Fasern, wie. etwa Baumwollfasern, wobei die Fäden mit einem Messingdraht von etwa 0,20^ mm Durchmesser verstärkt sind.

Das Gewebeband wird mit einem Binder imprägniert, der ein wärmehärtendes Harz, ein vulkanisierbares Elastomer und einen Friktionsmaterialfüller enthält. .

W Das wärmehärtende Harz kann ein Phenolharz, etwa ein Phenolaldehyd und insbesondere ein Phenolformalaldehyd, sein, das nach Wunsch durch Reaktion mit Leinsamen- oder Nierenbaumkernöl öllöslich gemacht sein kann. -

Das vulkanisierbare Elastomer des Binders kann natürliches Gummi oder auch ein synthetisches Elastomer sein, wie etwa Neopren, Polychloropren, Butadienstyrol, But&dienacrylonitril, Isopren, die'in jüngerer Zelt entwickelten Kohlenwasserstoffelastomere, WJs etwa diejenigen, die enthalten ein Mischpolymerisat des Äthylens, Propylens und ein drittes Monomer, wie etwa Dicyclopentadien, das die fehlende Sättigung zur Härtung liefert, und dergleichen und insbesondere kann es sich dabei' um diejenigen e'lastomeren Materialien handeln, die durch Peroxid oder durch Schwefel-

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bindungen zu einem festen Zustand härtbar oder vulkHanisierbar sind. Der ein Elastomer enthaltende Binder enthält selbstverständlich auch bekannte Vulkanisierungs- und Stabilisierungsmittel. Der Binder enthält vorzugsweise einen Friktionsmaterialfüller. Derartige Füller enthalten gewöhnltöi anorganische Materialien, wie etwa Bleioxid und Barit, oder organische Füller, wie etwa Partikel, die aus polymerisiertem Nierenbaumkernöl gebildet sind.

Typische Binder, die sich insbesondere zum Imprägnieren des Gewebebandes 11 der Kupplungsbeläge gemäß der Erfindung eignen, haben folgende Zusammensetzung:

5 -	15 Gew	.-Teile
0,05 -	0,5	Il
1 -	12	I!
30 -	50	ti
10 -	40	Il
0,5-	10	Il
5 -	25	Il

Vulkanisierbares Elastomer Beschleuniger Schwefel Baryt Bleioxid Graphit Wärmehärtendes Harz

Der Binder eiShält vorzugsweise etwa 25 - 75$ vulkanisierbare, elastomere Feststoffe und etwa 75 - 2|»$ wärmehärtende Harzfeststoffe bezogen auf das Gesamtgewicht der beiden.

Zur Imprägnierung des Gewebebandes 11 mit dem Binder kann man diesen durch eine Lösung des Binders in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel führen und dann mit irgendwelchen geeigneten Mitteln, beispielsweise mit Quetschwalzen, den Überschuß entfernen. Das Gewebe wird dann auf eine Temperatur erhitzt, bei der das Lösungsmittel verdampft, die jedoch unter der Härtungstemperatur des Harzes und des Elastomers liegt.

Statt den Kupplungsbelag aus einer einzigen Stoffart der oben beschriebenen Art herzustellen, kann man ihn auch aus einem spiralförmig aufgewickelten Band bJLden, das zwei oder mehr Schichten aus verschiedenem Stoff aufweist. Ein geeigneter Schichtstoff, der zur Herstellung der Kupplungsbeläge gemäß der Erfindung benutzt werden kann, ist In der USA-Patentanmeldung Serial Number 499 329 vom 21. Oktober I965 (Anmelder Robert W. Stormfeltz) be-

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schrieben. Gemäß dieser Patentanmeldung wird ein Ringkörper aus einem spiralförmig aufgewickelten, mehrschichtigen Band gebildete das wenigstens eine Schicht aus einem Gewebe aufweist, bei dem wenigstens einigen der Stränge oder Fäden Metalldrähte zugeordnet sind, und eine oder mehrere Schichten aus dünnem, flexiblem, verfestigtem und verdichtetem, trockenkardiertem, versponnenem Asbestbandmaterial von verhältnismäßig hoher Porosität, wobei die Pasern miteinander verbunden sind« Das Asbestfaserbandmaterial ist vorzugsweise durch ein offenmaseiliges Glasfasergevöoe verstärkt. ,

Die wesentlich verbesserte Berstfestigkeit der Kupplungsbeläge gemäß der Erfindung wird auf Grund der neuen Konstruktion derselben unter Benutzung einer besonderen Art einer verstärkenden Glasfaseranordnung erreicht.

In der Vorliegenden Besehreibung und.den Ansprüchen wird als "Glasfaser" eine im wesentlichen fortlaufende einzelnen Glasfaser bezeichnet.

Als "Strang" wird andererseits eine Sammlung oder Zusammenstellung einer großen .Anzahl im wesentlichen paralleler Einzelfasern bezeichnet. So kann ein Strang 100 - 2000 Einzelfasern enthalten, die auf eine in der Glasfaserverarbeitungstechnik bekannte Weise zusammengefaßt sind. Ein "Faden" besteht aus zahlreichen Strängen, beispielsweise aus 2 - J>0 oder sogar bis zu 50 Strängen, die kontinuierlich vereinigt oder gefacht sind. Sowohl die Stränge als auch die Fäden können in der einen oder anderen Richtung verdrillt sein oder kuch keine Verdrillung aufweisen. ;

Wie oben bereits erwähnt wurde, ist eine Anordnung kontinuierlicher Glasfasern, die die Gestalt eines oder mehrerer Stränge oder Fäden haben kann, mit dem Gewebeband 11 oder einem zusammengesetzten Gewebeband aus mehreren Schichten desgleic hen oder verschiedenen Gewebes vereinet. Die Anordnung von Glasfasern erstreckt sich in Längsrichtung des Gewebes (oder zusammengesetzten Gewebes), so daß, wenn das Gewebe zur Bildung eines ringförmigen Kupplungsbelages spiralförmig aufgewickelt wird,

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die einzelnen Wi'ckellagen der Anordnung von Glasfasern zwischen benachbarten Wickellagen des Gewebes liegen, wie es insbesondere in Pig. 3 dargestellt ist. Darüberhinaus soll die Anordnung von Glasfasern in den zurückspringenden Teilen des Gewebes liegen. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 liegen die Fäden 13 in den zurückspringenden Teilen des Gewebebandes 11 etwa am Scheitel der V-förmigen Querschnittsform. .

Die bei der Herstellung der Stränge und Fäden benutzten Einzelfasern haben vorzugsweise einen Durchmesser von ,etwa 508 χ 1O" etwa 1905 χ 10 ^ mm. Der Durchmesser der Fasern beträgt vorzugs- !•reise etwa 89Ο χ 10 ^J bis IOI6 χ 10 mm. Die einzelnen Fasern haben.ferner vorzugsweise die in der folgenden Tabelle I aufgezählten Eigenschaften.

Tabelle I

Zugfestigkeit (min.) 35 000 kg/cm²

Festigkeit ■ (min.:) 15,3 gr/Denier

Bruchdehnung (max.) "■■"■-" ^,8 %

Rückdehnung (rnin.) 100 %

Zähigkeit (min.) 833 kg/cm²

Modul (min.) 735 000 kg/cm

Wärmedehnungskoeffizient (max.) ■ 2,8 χ 10™

Wasserabsorbtionsfähigkeit (max.) 0,3 %

Feuchtigkeitsgihalt (max.) 0,0 %

Gewöhnlich sini die Galsfasern in Form eines oder mehrerer Fäden vorgesehen, die jeweils aus mehreren Strängen bestehen. Diese Faden haben im allgemeinen verschiedenen Durchmesser von etwa 0,396 bis etwa 0,635 mm und vorzugsweise von etwa 0,508 mm. Die Anzahl der verwendeten Fäden hängt von den Abmessungen des Kupplungsbelages ab. Zur Erzielung der erforderlichen Verstärkung verwendet man bei Kupplungsbelägen mit großem Durchmesser eine größere Anzahl von Fäden als bei Kupplungsbelägen mit kleinerem Durchmesser. So kann foan beispielsweise eine Berstfestigkeit von 12 000 Umdrehuhgen/Min. bei einem Kupplungsbelag mit einem Außen-

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durchmesser von etwa 17,8 cm und einem innendurchmesser von etwas weniger, als 12,7 cm unter Verwendung eines einzigen Glasfa-? serfadens mit etwa 9^5 x 10 mm Durchmesser erreichen. Andererseits sind drei oder sogar vier derartige Glasfaserfäden zur Erreichung einer gleich hohen Berstfestigkeit bei einem Kupplungsbelag mit einem Außendurchmesser von etwa 33 cm und einem Innendurchmesser von etwa 17*8 cm erforderlich. Die nachfolgende Tabelle II gibt die Berstfestigkeit an, die man bei den erfindüngsgemäßen Kupplungsbelägen verschiedener Abmessungen unter Verwendung verschiedener Anzahlen von Glasfaserfäden erreichen kann.

Damit die Glasfasern wirksam zur Verstärkung des Kupplungsbelages beitragen können, ist es wünschenswert, daß die Glasfasern zunächst zum Schutz gegen eine Zerstörung oder Beschädigung und zur Erlangung einer Oberfläche behandelt werden, die mit einem vulkanisierbarem Elastomer eine feste und dauernde Bindung einzugehen vermag. Man kann dies dadurch erreichen, daß- man die Glasfasern unmittelbar nach ihrer Herstellung ein oder mehrere Male mit flüssigen "Zurichtmitteln" besprüht und später die Stränge oder Fäden bei ihrer Herstellung gewöhnlich dnfach durch Eintauchen der zusammengefaßten Fasern in einen Teil einer Behandlungsflüssigkeit imprägniert, während die Faserstränge zur Verbesserung der Eindringung der Tmprägnierungsflüssigkeit gleichzeitig verformt werden,. Eine Art der Behandlung von Glasfasern besteht darin, daß man zunächst eine Oberflächenbehandlung vornimmt /um ein Verankerungsmittel aufzubringen, das die Bindung zwischen der Glasfaseroberfläche und dem schließlich verwendeten Elastomer verbessert, um die Glasfasern anschließend: mit einem Elastomer zu imprägnieren.

Ein geeignetes Verankerungsmittel sind die Aminosilane, wie etwa Gamma-Aminopropyltriäthoxysilan oder ein gleichartiges Silan ~\ mit einer Carboxylgruppe in der an das Siüciumatom gebundenen . oragnischen Gruppe oder einer Amino-oder Carboxylgruppe in der Carboxylogruppe einer Wernerschen Komplexverbindung, Diese kön-.. nerfauf die Glasfaseroberflächen aufgebrachfoder als ein Bestandteil in eine "Zurichtverbindung" eingebracht werden. Die Verwendung derartiger Silane als Verankerungsmittel ist im USA-Patent Nr. 3 287 204 vom 22. November 1966 beschriebem

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Gemäß einer anderen Behandlung zur Verbesserung der Bindung eines Elastomers an die Glasfasern kann man auf diese eine wässrige Lösung des Magnesiumchlorids oder Zinkchlorids oder Magnesiumhydsroxid oder Zinkhydroxid aufbringen. Nach der Aufbringung in Form eines Chlorids wird die wässrige Lösung auf einen alkalischen pH-Wert eingestellt, um die Ablagerung auf den Glasfasern in Form eines Hydroxids zu bewirken. Die Hydroxide werden dann durch Hitzebehandlung in die entsprechenden Oxide umgewandelt«, Dies Verfahren ist im USA-Patent Nr. 3 3I1 528 vom 28. März 1967 beschrieben.

Die Glasfasern kann man auch zur Erzeugung einer starken Bindung mit einem vulkanisierbaren Elastomer mit einem "Zurichtmittel" behandeln, das als wesentlichen Bestandteil das Reaktionsprodukt eines Imidazoline (imidazoline) enthält, welches eine lange Fettsäurekette mit mindestens 5 Kohlenstoffatomen und ein ungesättigtes Polyesterharz in einem ungehärteten Zustand enthält, wie es im USA-Patent Nr. 3 O97 963 vom 16. Juli 1963 beschrieben ist.

Andere geeignete Verfahren, um die Glasfasern zu einer kräftigen Bindung mit einem vulkanisierbaren Elastomer zu befähigen, sehen die Verwendung (Wernerscher) Chromkomplexteerbindungen vor, die eine Carboxylgruppe aufweisen, welche mit einem dreiwertigen Chromatomkern koordiniert ist, in dem die Carboxylgruppe weniger als 6 Kohlenstoffatome aufweist und eine äußerst wirksame Gruppe enthält (USA-Patent 2 552 910), sie sehen ferner die Verwendung eines Silans vor, dessen Hydrolyseprodukte oder dessen Polymerisationsprodukte, von denen wenigstens eine der organischen Gruppen an das Siliciumatom gebunden ist, weniger als 7 Kohlenstoffatome enthalten und mit ungesättigtem.Äthylen gebildet sind (USA-Patent 2 563 288), ferner die Verweflung einer organischen Silanpolymerverbindung mit Filmbildungseigenschaften (USA-Patent 3-1-69 884) und die Verwendung eines Zurichtmittels, das aus einer oräjgnlschen SiI iciumver bindung in Gestalt eines Silans, einem in Wasser dlspergierbaren Polyvinylpyrrolidin, einer Gelatine und einem in Wasser dispergierbaren Polyesterharz besteht (USA-Patent 3 207 623).

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Die Erfindung ist nicht auf irgendeine spezielle Belmdlung der Glasfasern beschränkt, sofern diese Behandlung nur den Glasfaseroberflächen die Fähigkeit verleiht, mit einem vulkanisierbaren Elastomer eine kräftige Bindung einzugehen.

Nach der Behandlung der Glasfasern mit einem Verankerungsmittel für ein Elastomer, wie sie beispielsweise oben beschrieben wurden, wird das Glasfaserbündel vorzugsweise mit einem vulkanisierbaren Elastomer imprägniert, das hinsichtlich seiner Vulkanisierbarkeit mit dem vulkanisierbparen Elastomer verträglich ist, das zur Imprägnierung des Gewebestreifens benutzt wird« Zu diesem Zweck wird der Glasfaserstrang oder der Glasfaserfaden einfach von einer Vorratstrommel abgewickelt und eintauchend durch ein .elastomer.es Imprägnierungsmittelbad geführt. Anschließend wird der imprägnierte Faden durch eine Abstreifvorrichtung gezogen, die die Imprägnierungsflüssigkeit in das Innere des Faserbündels oder Stranges hineinarbeitet und zugleich das überschüssige Imprägnierungsmittel abstreicht.

Die Glasfaserstränge können mit dem gleichen vulkanisierbaren Elastomer imprägniert werden, das auch im Binder des Gewebes verwendet wird, oder auch mit einem anderen Imprägnierungsmittel, vorausgesetzt allerdings, daß die beiden Elastomere hinsichtlich ihrer Vulkanisierbarkeit verträglich sind und sich miteinander verbinden. ------

Die vorzugsweise mit einem vulkanisierbaren Elastomer imprägnierten Glasfaserfäden werden am Gewebeband mit irgendwelchen geeigneten Mitteln derart befestigt* daß die Glasfaserfäden in Längsrichtung des Gewebebandes verlaufen. Ein geeignetes Verfahren zum Befestigen der Glasfaserfäden am Gewebeband besteht darin, daß man die beiden gemäß der Darstellung in Fig. 5 miteinander vernäht. Die Befestigungsfäden 17 können aus irgendeinem geeigneten Werkstoff, wie beispielsweise Baumwolle., Nylon usw., bestehen. Ein besonders geeigneter Stich ist ein Kettstich. Statt daß man die Glasfaserfäden am Gewebeband festnäht, kann man sie auch mit Klebern am Gewebeband befestigen, wobei diese Kleber allerdings mit dem Binder des Gewäoes verträglieh sein müssen. . ■-.'---' --'■-; ' ' ■ . ■". ^: . . :

Nachdem der Glasfaserfaden am Gewebeband teefestigt worden ist, kann man das Gewebeband in Längsrichtung derart falten oder formen, daß es eine bogenförmige, V-förmige oder eine andere Querschnittsform erhält, wobei die Glasfaserfäden in der längsverlaufenden Vertiefung liegen. Man kann diese Verformung vor dem spiralförmigen Aufwickeln des Gewebebandes oder auch zugleich mit diesem spiralförmigen Aufwickeln vornehmen. Eine geeignete Vorrichtung zum Falten des Gewebestreifens in Längsrichtung, während dieser gleichzeitig aufgewickelt wird, ist im USA-Patent 2 096 692 beschrieben.

Nach dem spiralförmigen Aufwickeln des die Glasfaserverstärkung enthaltenden Gewebestreifens zur Bildung eines Ringkörpers wird dieser Ringkörper unter Hitze- und Druckanwendung komprimiert und verfestigt. Beispielsweise kann man den Ringkörper, 5 Minuten lang bei 160 C einem Druck in der Größenordnung von 350 kg/cm aussetzen, um ihn zu verdichten und den Binder im Stoff teilweise zu härten. Anschließend kann man den Ringkörper einige Stunden lang auf etwa 204°C erhitzen, um das wärmehärtende Harz des Binders im Gewebe in den im wesentlichen nicht schmelzbaren, unlöslichen Zustand zu bringen und um die Elastomere im Binder und in den Glasfasern zu vulkanisieren.

Anschließend kann man die sich ergebenden Kupplungsbeläge einer Oberflächenbearbeitung unterziehen, um beispielsweise die Oberfläche auf die gewünschten Abmessungen zu.schleifen. Die Nietenlöcher 14 und die Senkkopfbohrungen 15 kann man während des Formvorganges formen oder auch anschließend bohren.

Die folgenden speziellen Ausführungsbeispiele dienen zur Erläuterung der Vorteile der Erfindung« .

Die gemäß den folgenden Beispielen hergestellten Kupplungsbeläge wurden unter Anwendung des folgenden Verfahrens' auf ihre Berstfestigkeit hin untersucht. Die Berstfestigkeitswerte sind in Tabelle II angegeben. ■

Jeder Kupplungsbelag wurde auf das. angetriebene Teil genietet, wobei sichergestellt wurde, daß die Nieten richtig fest saßen.

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Der montierte Kupplungsbelag wurde dann 15 Minuten lang in einem auf 260°C gehaltenen Luftzirlculationsofen erhitzt'. Der montierte Kupplungsbelag wurde dann aus dem Ofen herausgenommen und sofort (innerhalb von 15 Sekunden^ auf der Welle einer Zentrifugalberstmaschine montiert. Der Test wurde sofort begonnen und das angetriebene Teil, auf dem der zu untersuchende Kupplungsbelag montiert war, erreichte in etwa 2 Sekunden 3500 Umdrehungen/Minute. Daran anschließend wurde die Drehgeschwindigkeit des angetriebenen Teils weiter je Sekunde um etwa 135 Umdrehungen/Minute erhöht, bis der Kupplungsbelag" barst, wobei die Drehgeschwindigkeit im Augenblick des Berstens aufgezeichnet wurde.

Beispiel I

Ein Gewebe von einem Meter Breite aus Asbestfaden mit eingelegten Messingdrähten und einer Fadenzahl von 14 χ 5 wurde in einem senkrechten Turm mit etwa 55 Gew.-% (lösungsmittelfreie Basis) des folgenden wärmehärtenden Binders imprägniert, der in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel aufgelöst war;

Butädienstyrolgummi 9,0 Gew.-Teile

Phenolaldehydharz 17,0 "

Bleioxid 27,0 "

Graphit 2,0 ⁿ

Baryt 36,0 "

Beschleuniger 0,3 "

Schwefel 6,7 "

Wichmacher / 2,0 "

100,0 "

Das getrocknete, imprägnierte Gewebe wurde in Streifen von etwa 11,1 mm Breite geschnitten. Ein einzelner Glasfaserfaden wurde mittigjn Längsrichtung jedes Gewebestreifens angeordnet und mittels einer schweren Nähmaschine unter Anwendung eines Kettstiches mit Baumwollfaden feäfeenäht. Die Gewebestreifen wurden dann in Längsrichtung gefaltet, so daß sie einen V-förmigen Querschnitt erlangten, wobei der Glasfaserfaden im eingezogenen Teil am Schei-

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tel des V zu liegen kam.Der Glasfaserfaden, der einen Durchmesser von etwa 0,52 mm hatte, enthielt 5 Stränge, die derat miteinander verdrillt waren, daß jeweils eine Windung pro Zentimeter Länge vorhanden war. Jeder Strang enthielt etwa 400 fortlaufende Glasfasern, die jeweils einen Durchmesser von etwa. 965 x mm hatten. Die Oberflächen der Glasfasern waren chemisch so behandelt worden, daß sie mit Gummi eine feste Bindung eingehen können, und die Stränge waren mit einem Butadienstyrolgummi imprägniert .

Die V-förmigen Gewebebänder mit angeheftetem Glasfaserfaden wurden zur Herstellung einer Anzahl ringförmiger Kupplungsbeläge deart aufgewickelt, daß die einzelnen Wickellagen gemäß der Darstellung in Fig. 3 ineinander griffen.

Die verschiedenen Kupplungsbeläge wurden in erhitzte Formen eingelegt und 3 1/2 Minuten lang bei 16O C einem Druck von 350 kg/cm ausgesetzt, um die Kupplungsbeläge zu verdichten und den Binder teilweise zu härten. Anschließend wurden die Kupplungsbeläge 5 Stunden lang auf 204°C erhitzt, um das wärmehärtende Phenolharz in den unschmelzbaren, unlöslichen Zustand überzuführen und um die Elastomere zu vulkanisieren.

Die 'Kupplungsbeläge wurden auf die folgenden Abmessungen geschliffen: Außendurchmesser 193*2 mmj Innendurchmesser 125,01 mm; Dicke 3,505 mm.

Die verschiedenen Kupplungsbeläge wurden urter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens auf ihre Berstfestigkeit untersucht. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II angegeben.

Beispiel II

Eine Anzahl von Kupplungsbelägen wurde auf die in Beispiel I beschriebene Weise hergestellt, nur daß statt eines einzelnen Glasfaserfadens zwei Glasfaserfäden verwendet wurden«= Die Berstfestigkeitswerte dieser Kupplungsbeläge sind in der folgenden Tabelle II angegeben.

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Beispiel III

Eine Anzahl von Kupplungsbelägen mit einem Außendurchmesser von 254 mm, einem Innendurchmesser von 152,4 mm und einer Dicke · von 3,4j5 mm wurden auf die im Beispiel I beschriebene Weise hergestellt. Die Berstfestigkeitswerte dieser Kupplungsbeläge sind in der folgenden Tabelle II angegeben. . .

Beispiel IV

Kupplungsbeläge mit einem Außendurchmesser von 254 mm, einem Innendurchmesser von 152,4 mm und einer Dicke von 3*4^ mm wurden auf die .im Beispiel I beschriebene Weise hergestellt, nur daß statt eines einzelnen Glasfaserfadens zwei Glasfaserfäden verwendet wurden. Die Berstfestigkeitstferte dieser Kupplungsbeläge sind in der Tabelle II angegeben. ·

Beispiel V

Eine Anzahl von Kupplungsbelägen mit einem Außendurchmesser von 292 mm, einem Innendurchmesser von 177*8 mm und einer Dicke von 3*175 nun wurden auf die im Beispiel I beschriebene Weise hergestellt, nur daß statt eines Glasfaserfadans zwei Glasfaserfäden verwendet wurden. Die Berstfestigkeitswerte dieser Kupplungsbeläge sind in der folgendenTabelle II angegeben. Zum Vergleich sind in der folgenden Tabelle II unter dem Beispiel Va Berstfestigkeitswerte für Kupplungsbeläge gleichen Aufbaus und gleicher Größe jedoch ohne verstärkenden Glasfaserfaden angegeben.

Beispiele VI- XI ^;

Es wurden Kupplungsbeläge auf die in Beispiel I beschriebene Weise hergestellt, Die Abmessungen, Anzahl der Glasfaserfäden und die Berstfestigkeitswerte dieser Kupplungsbeläge sind in der folgenden Tabelle II angegeben.

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	Tabelle II	125,01 χ 3,505	Anzahl der Glasfaser- fäden +	Berstfestigkeit (U/Min.) ++ Minimum Maximum.	I2O5O+++
Beispiel	Dimensionen ( mm )'	125,01 χ 3,505	1	12050	I2O5O
I	193,2 x	152,4 χ 3,^3	2	11420	99ΟΟ
II	193,2 χ	152,4 χ 3,^3	1	9790 .	11420
III	254 χ	177,8 χ 3,175	2	10780	IO78O
IV	254 χ	177,8 χ 3,175	2	10010	8Ο3Ο
V	292,1 χ	152,4 χ 3,43	0	7700	10670
Va	292,1 χ	152,4 χ 3,43	1	10120	11000
VI	264,2 χ	152,4 χ 3,43	2	1Ό56Ο	10780
VII	. 264,2 χ	152,4 χ 3,43	1	10100	11000
VIII	279,4 χ	177,8 χ 3,38	2	10670	11000
IX	279,4 χ	177,8 χ 3,38	3	10780	11000
X	326,3 χ		4	10120
XI	326,3 χ

= Elektroglasfäden mit kontinuierlichen Pasern der Firma Pittsburgh Plate Glass Co., hergestellt aus fünf Strängen, die jeweils aus Glasfasern mit 965,2 χ 1Cf-* mm Durchmesser bestehen. Fadendurchmesser : O,5O8 mm.

= Mittel von 6 Proben.

= Bersten nach 60 Minuten bei 299°C

Es ergibt sich aus der obigen Beschreibung, daß die Erfindung eine neue Anordnung eines Gewebes, von Glasfasern und elastomere™ -Material für die Herstellung von Kupplungsbelägen angibt, durch die die physikalischen und chemischen Eigenschaften des geformten Erzeugnisses sehr verbessert werden.

Selbstverständlich dienen die · obigen Ausführungsbelspiele hinsichtlich ihrer konstruktiven Einzelheiten, Anordnungen und hinsichtlich der Verfahrensschritte des Herstellungsverfahrens nur zur Erläuterung und nicht zur Abgrenzung des Erfindungsgedankens, da diese im Rahmen der Erfindung vielfältig abgewandelt werden können. Patentansprüche

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Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD_y Patentanwälte, Köln

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Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 27· Januar 1969 Sch+ Name d. Anm. Ray be s t os -Manhattan, Ine,

Patentanspr ü./c h e

(_t 1.) Friktionskörper, insbesondere Kupplungsbelag, bestehend ^aCiS einem Ringkörper aus einem spiralförmig aufgewickelten Gewebeband, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebeband (11)"in Längsrichtung zu einem symmetrischen Querschnitt mit zurückspringenden und vorsprigenden Teilen auf gegenüberliegenden Seiten gefaltet ist, wobei die vorspringenden Teile der einzelnen Windungen in den zurückspringenden Teilen der Nachbarwindungen liegen, daß das Gewebeband mit einem wärmehärtenden Binder imprägniert ist, der aus einem wärmehärtenden Harz und einem vulkanisierbaren Elastomer besteht, daß eine spiralförmig aufgewickelte Spule aus einem Bündel (13) aus im wesentlichen parallelen fortlaufenden Glasfasern vorgesehen ist, deren einzelne Windungen zwischen den einzelnen Windungen des Gewebebandes in den zurückspringenden Teilen desselben liegen, daß die Oberflächen der Glasfasern zur Eingehung einer Bindung mit einem vulkanisierbaren Elastomer geeignet gemacht worden sind, daß das Glasfaserbündel mit einem vulkanisierbaren Elastomer imprägniert worden ist, das hinsichtlich seiner Vulkanisierbarkeit mit dem vulkanisierbaren Elastomer im Binder des Gewebebandes verträglich ist, und daß die Gewebebandspule zur Verfestigung der Windungen aufeinander komprimiert und zur Härtung des Binders hitzebehandelt ist, um das wärmehärtende Harz in den unschmelzbaren, unlöslichen Zustand zu überführen und die Elastomere zu vulkanisieren. ·

2. Priktionskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserbündel (13) aus mehreren Glasfaserfäden aus im wesentlichen fortlaufenden parallelen Glasfasern mit

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einem Durchmesser von etwa 5Oo χ 10 ^J bis 1905 x 10 mm bestehen.

5. Friktionskörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserfäden einen Durchmesser von etwa 0,38 0,6j mm haben.

4. Friktionskörper nach Anspruch ~5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserbündel mit einem vulkanisierbaren Elastomer imprägniert sind, das Butadien und Styrol enthält.

5- Friktionskörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewebebinder ein öllösliches Phenolaldehydharz und ein Butadien und Styrol enthaltendes vulkanisierbares Elastomer aufweist.

6. Friktionskörper nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe aus Asbestfaserfäden besteht, wobei wenigstens einigen der Fäden Metalldrähte zugeordnet sind.

7. Friktionskörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebeband V-förmig längsgefaltet ist und daß die Glasfaserfäden (I.5) im zurückspringenden Teil des Gewebebandes am Scheitel des V liegen.

8. Verfahren zum Herstellen eines ringförmigen Friktionskörpers, insbesondere eines Kupplungsbelages, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gewebeband herstellt, das mit einem wärmehärtenden, ein wärmehärtendes Harz und ein vulkanisierbares Elastomer enthaltenden Binder imprägniert ist, daß man ein Bündel im wesentlichen paralleler, fortlaufender Glasfasern an der Oberfläche dieses Gewebebandes derart befestigt, daß es sich in Längsrichtung des Gewebebandes erstreckt, wobei man die Oberflächen der Glasfasern zuvor zur Eingehung einer Bindung mit einem vulkanisierbaren Elastomer bereitmacht und dastrlasfaserbündel mit einem vulkanisierbaren Elastomer imprägniert, welches hinsichtlich seiner Vulkanisierbarkeit mit dem vulkanisierbaren Elastomer des Binders im Gewebe verträglich ist, daß man das Gewebeband in Längsrichtung zu einer symmetrischen Querschnitts-

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form mit zurückspringenden und vorspringenden Teilen auf gegenüberliegenden Seiten faltet, wobei das Glasfaserbündel in dem zurüekspringeden Teil legt, daß man das Gewebeband zu einem Ringkörper derart aufwickelt, daß die vorspringenden Teile des Gewebebandes sich in die zurückspringenden Teile der benachbarten Windungslagen einlegen, und daß man den Ringkörper zur Verdichtung der Windungen unter Druck setzt und den Ringkörper zum Härten des Binders erhitzt, um das wärmehärtende Harz in den unschmelz- . baren und unlöslichen Zustand zu bringen und die Elastomere zu vulkanisieren.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasfaserbündel aus mehreren Fäden aus im wesentlichen parallelen Gläsfasern mit einem Durchmesser von 508 χ ΪΟ~-* - 1950x10" mm besteht.

10.. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden einen Durchmesser von etwa 0,38 - 0,63 mm haben.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dafr das Glasfaserbündel mit einem vulkanisierbaren Elastomer imprägniert wird, das Butadien und Styrol enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dir Binder des Gewebebandes ein öllösliches Phenolaldehydharz und ein Butadien und Styrol enthaltendes vulkanisierbares Elastomer aufweist. .

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebeband aus Asbestfäden besteht, wobei wenigsten einigen dieser Fäden Metalldrähte zugeordnet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1j5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebeband in Längsrichtung V-förmig gefaltet wird, wobei man die Glasfaserfäden im eingezogenen Teil des Gewebebandes am Scheitel des V anordnet.

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