DE19853159B4

DE19853159B4 - Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen

Info

Publication number: DE19853159B4
Application number: DE1998153159
Authority: DE
Inventors: Gunnar Kronis-Rudigier; Rudolf Dr. Emmerich; Peter Dr. Elsner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2018-11-19
Also published as: DE19853159A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen, die Faserstoffe, polymeren Binder, Füllstoffe und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe enthalten, wobei
– die Faserstoffe, der Binder und die Füllstoffe homogen durchmischt werden,
– die erhaltene Mischung zu einem Preßling kalt verdichtet wird,
– der Preßling, dessen Höhe ein Vielfaches der Dicke der Reibbeläge beträgt, durch einen Schneid- oder Trennvorgang zu wenigstens einem Reibbelag konfektioniert wird, und
– der wenigstens eine Reibbelag ausgehärtet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Reibbelägen, die Faserstoffe, polymeren Binder, Füllstoffe und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe enthalten.
Solche Reibbeläge, die auch als organische Reibbeläge bezeichnet werden, finden insbesondere bei Kupplungen, Friktionsgetrieben und Bremsen Anwendung. Dazu werden die Faserstoffe mit dem polymeren Binder – meist einem Phenolharz – zu einem harten Formkörper gebunden, wobei je nach Zielsetzung, wie zum Beispiel Hitzebeständigkeit und Rißfestigkeit, die anorganischen und/oder organischen Füllstoffe zugegeben werden.

Es ist bekannt, die für Reibbeläge vorgesehenen Faserstoffe und Füllstoffe auf einer Art Papiermaschine auszubringen, zu entwässern, zu trocknen, mit flüssigem Phenolharz zu tränken und ganz oder teilweise auszuhärten. Dabei werden die Reibbeläge als bahnen- oder plattenförmige Papierbögen hergestellt, so daß der beim Konfektionieren anfallende Verschnitt, der aufgrund der für rotierende Scheiben meist ringförmig ausgebildeten Reibbeläge bis zu 70 % eines Papierbogens beträgt, ganz erheblich ist. Aufgrund der bereits stattgefundenen Aushärtung ist dieser Verschnitt jedoch nicht mehr recyclingfähig, so daß hier große Abfallmengen anfallen. Die Entsorgung dieses Abfalls ist wegen des zumeist hohen Anteils des Phenolharz-Binders problematisch und daher teuer. Die konfektionierten Reibbeläge werden in einem abschließenden Verfahrensschritt dann auf Trägerelementen, wie zum Beispiel Stahllamellen, aufgeklebt, damit sie als Maschinenelemente eingesetzt werden können.

Darüber hinaus ist in der Druckschrift EP 0 386 652 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Reiblamelle beschrieben. Eine solche Reiblamelle besteht aus einem flachen metallischen Stützkörper, der an seiner Oberseite und Unterseite mit Reibbelägen verse hen ist, die aus einer kunstharzgebundenen Reibpulvermischung bestehen. Beim Herstellen der Reiblamelle werden mittels eines Beschichtungs- und Preßwerkzeugs pulverförmige Reibmaterialschichten beiderseits an den Stützkörper angepreßt und der so erhaltene Preßling mittels einer Wärmebehandlung ausgehärtet. Dies hat den Vorteil, daß die Reiblamelle auf umweltfreundliche Art und Weise herstellbar ist, aber den Nachteil, daß das Anpressen der Reibmaterialschichten an den Stützkörper verhältnismäßig kompliziert ist. Zudem ist nachteilig, daß sich die Reibmaterialschichten beim Transport des Preßlings vom Preßwerkzeug zu der Heizeinrichtung, in welcher die anschließende Wärmebehandlung stattfindet, häufig vom Stützkörper lösen.

Ferner ist es bekannt, eine streufähige Reibpulvermischung direkt auf die Trägerelemente zu streuen und innerhalb einer Presse auszuhärten. Bei diesem Verfahren wird zwar wenig Abfall produziert, aufgrund der langen Aushärtungszeiten sind aber die Herstellungszeiten für die einzelnen Maschinenelemente zu lang.

Außerdem ist in der Druckschrift DE 29 32 647 C2 ein Verfahren zur Herstellung eines Reibmaterials auf Glasfaserbasis beschrieben, wobei eine homogene trockene Mischung erzeugt wird, die Mischung in eine Form eingebracht und zu Preßlingen verdichtet wird und die Preßlinge bei einer bestimmten Temperatur und bei einem bestimmten Druck zu einzelnen Reibbelägen gepreßt, ausgehärtet und zuletzt auf ihr Endmaß geschliffen werden.

In der Druckschrift DE 44 31 642 A1 ist des weiteren ein aus einer trockenen Mischung von Fasern, Binder, Füller, Reib- und Schmiermittel gewonnener Reibbelag geoffenbart, der in einem Preßvorgang, vorzugsweise einem Heißpreßvorgang auf eine Sollform gepreßt, ausgehärtet und anschließend mechanisch bearbeitet wird, wobei wenigstens eine seiner Seitenflächen unbearbeitet bleibt.

Schließlich ist aus der Druckschrift DE 42 05 645 A1 ein Reibbelag und ein Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben, wobei eine trockene Mischung zu einzelnen Reibbelägen geformt wird, die Reibbeläge ausgehärtet, mit je einem Träger verbunden und gegebenenfalls mechanisch bearbeitet werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen, die Faserstoffe, polymeren Binder, Füllstoffe und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe enthalten bereitzustellen, wobei die Herstellung umweltschonend sowie mit kurzen Herstellungszeiten erfolgen soll und damit kostengünstig ausführbar ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen mit den Verfahrensschritten des Patentanspruchs 1 gelöst. Indem die für die Reibbeläge vorgesehenen Faserstoffe, der Binder und die Füllstoffe homogen durchmischt werden, die erhaltene Mischung zu einem Preßling bzw. Grünling kalt verdichtet wird, der Preßling, dessen Höhe ein Vielfaches der Dicke der Reibbeläge beträgt, durch einen Schneid- oder Trennvorgang zu wenigstens einem Reibbelag konfektioniert wird und der wenigstens eine Reibbelag ausgehärtet wird, wird ein Verfahren bereitgestellt, das besonders umweltfreundlich ist. Denn zum einen sind die bei der Konfektionierung der Reibbeläge anfallenden Reste gering und zum anderen könen diese Reste, die noch nicht ausgehärtet sind, ohne weiteres zerkleinert und einer neuen Mischung gleicher Zusammensetzung beigegeben werden. Zudem ist dieses Verfahren in besonderer Weise dazu geeignet, um innerhalb kurzer Zeiten große Stückzahlen an Reibbelägen herzustellen, da die durch Vernetzung des polymeren Binders erfolgende Aushärtung der Reibbeläge nicht innerhalb einer Form ablaufen muß und die Form somit für die weitere Herstellung von Reibbelägen zur Verfügung steht. Daher ist dieses Verfahren besonders kostengünstig.

Bevorzugt erfolgt die Mischung der für die Reibbeläge vorgesehenen Faserstoffe, des Binders und der Füllstoffe trocken. Dadurch kann auf umweltschädliche Lösungsmittel verzichtet werden, ohne daß es bei der Herstellung der Reibbeläge zu einer Beeinträchtigung der Qualität kommt. Außerdem hat dies den Vorteil, daß die Mischung relativ einfach, sauber und schnell herstellbar ist, so daß in kürzester Zeit eine Veränderung der Zusammensetzung der Mischung erfolgen kann. Damit ist eine erhöhte Flexibilität bei der Herstellung von Reibbelägen mit unterschiedlichen Charakteristiken gegeben.

Wird die Mischung in eine Form gefüllt und darin zu einem Preßling kalt verdichtet, so sollte die Form auf die Abmessungen der zu konfektionierenden Reibbeläge abgestimmt sein. Da die Reibbeläge in der Regel als rotationssymmetrische also kreisringförmige Scheiben ausgebildet sind, ist die Form bevorzugt hohlzylindrisch ausgebildet, wobei der innere Durchmesser und der äußere Durchmesser des Hohlzylinders den Abmessungen der scheibenförmigen Reibbeläge entspricht und die Höhe des Hohlzylinders ein Vielfaches der vorgesehenen Dicke der scheibenförmigen Reibbeläge beträgt. Somit kann der hohlzylindrisch geformte Preßling später aus der Form entnommen und in eine Anzahl von Reibbelägen zersägt werden, die eine Dicke von 0,5 bis 2 Millimetern aufweisen.

Beim kalten Verdichten der Mischung zu einem Preßling müssen Druck und Temperatur so gewählt werden, daß der polymere Binder nicht zu fließen beginnt und die Poren der Reibbeläge nicht verstopft werden bzw. daß das Aushärten der Mischung für die Reibbeläge unterbleibt. Das kalte Verdichten der Mischung findet daher zweckmäßig bei einem Druck von ca. 10–1000 bar sowie bei Raumtemperatur statt, denn mit diesen Parametern ist gewährleistet, daß die verdichtete Mischung nicht vernetzt bzw. aushärtet, aber dennoch ein Preßling mit ausreichend hoher Festigkeit erhalten wird, so daß die weitere Bearbeitung des Preßlings problemlos erfolgen kann. Dabei sollte die Festigkeit des Preßlings ca. 0,5–3 N/mm² betragen und auf die Art des sich anschließenden Schneid- oder Trennvorgangs abgestimmt sein.

Gemäß einer konkreten Ausführungsform der Erfindung wird der Reibbelag in einem Ofen bei ca. 140–240 Grad Celsius für die Dauer von ca. 45–180 Minuten ausgehärtet. Hierbei kann der Reibbelag vor oder nach dem Aushärten auf ein Trägerelement aufgebracht werden. Im ersten Fall wird beim Aushärten gleichzeitig eine dauerhafte Verklebung von Reibbelag und Trägerelement erreicht, so daß das Aufbringen eines zusätzlichen Klebers entfallen kann. Und im zweiten Fall wird der bereits ausgehärtete Reibbelag und das Trägerelement in einem zusätzlichen Arbeitsgang durch einen Kleber miteinander verklebt. Falls erforderlich könnte der Reibbelag beim Aushärten noch mit geringem Druck beaufschlagt werden.

Der nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 hergestellte Reibbelag zeichnet sich durch hervorragende Eigenschaften, insbesondere hohe Porosität und geringen Verschleiß bei hohem Reibwert aus. Dies begründet sich darin, daß der so hergestellte Reibbelag im Vergleich zum Stand der Technik keine Preßhaut aufweist, wie sie beim Aushärten unter hohem Druck und hoher Temperatur entsteht.

Ferner begründen sich die hervorragenden Eigenschaften des Reibbelags auch darin, daß der Anteil des polymeren Binders an der Mischung ca. 25–75 Gewichtsprozent beträgt. Mit diesem hohen Anteil an polymerem Binder läßt sich die Mischung in optimaler Weise zu einem Preßling kalt verdichten, läßt sich der Preßling anschließend ohne weiteres durch einen Trenn- oder Schneidvorgang konfektionieren und ist eine zuverlässige Haftung des konfektionierten Reibbelags auf einem Trägerelement realisierbar.

Außerdem gilt, daß die Bereichsgrenzen der Faserstoffe und Füllstoffe für die Mischung bei ca. 0–35 Gewichtsprozent Glasfasern, 0–35 Gewichtsprozent Naturfasern, 0–35 Gewichtsprozent Aluminium- oder Magnesiumsilikat – sogenanntem Celite, 0–35 Gewichtsprozent Graphit und 0–35 Gewichtsprozent Friction-Dust liegen sollten.

Die Mischung für einen solchen Reibbelag könnte sich gemäß einem ersten Beispiel aus 11,12 Gewichtsprozent Naturfasern, 55,55 Gewichtsprozent Phenolharz-Binder, 16,66 Gewichtsprozent Celite, 11,12 Gewichtsprozent Graphit und 5,55 Gewichtsprozent Friction-Dust zusammensetzen.
Gemäß einem anderen Beispiel könnte die Mischung auch aus 10,00 Gewichtsprozent Glasfasern, 10,00 Gewichtsprozent Naturfasern, 50,00 Gewichtsprozent Phenolharz-Binder, 15,00 Gewichtsprozent Celite, 10,00 Gewichtsprozent Graphit und 5,00 Gewichtsprozent Friction-Dust bestehen.
Diese beiden Mischungen ergeben Reibbeläge mit den oben genannten hervorragenden Eigenschaften.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen, die Faserstoffe, polymeren Binder, Füllstoffe und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe enthalten, wobei – die Faserstoffe, der Binder und die Füllstoffe homogen durchmischt werden, – die erhaltene Mischung zu einem Preßling kalt verdichtet wird, – der Preßling, dessen Höhe ein Vielfaches der Dicke der Reibbeläge beträgt, durch einen Schneid- oder Trennvorgang zu wenigstens einem Reibbelag konfektioniert wird, und – der wenigstens eine Reibbelag ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der Faserstoffe, des Binders und der Füllstoffe trocken erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Mischung in eine hohlzylindrisch ausgebildete Form gefüllt und darin zu einem hohlzylindrischen Preßling kalt verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling durch kaltes Verdichten der Mischung auf einen Druck von ca. 10–1000 bar gewonnen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling durch kaltes Verdichten der Mischung bei Raumtemperatur gewonnen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling eine Festigkeit von 0,5–3 N/mm² erhält, die auf die Art des sich anschließenden Schneid- oder Trennvorgangs abgestimmt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling zu einer Anzahl von scheibenförmigen Reibbelägen mit einer Dicke von ca. 0,5–2 mm konfektioniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Reibbelag in einem Ofen bei ca. 140–240°C ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Reibbelag in dem Ofen für die Dauer von ca. 45–180 min ausgehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Reibbelag vor dem Aushärten auf ein Trägerelement aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Reibbelag nach dem Aushärten auf ein Trägerelement aufgebracht wird.