DE2113037A1 - Reibungsmaterial,beispielsweise fuer Bremsen,Kupplungen od.dgl. - Google Patents

Reibungsmaterial,beispielsweise fuer Bremsen,Kupplungen od.dgl.

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DE2113037A1 DE19712113037 DE2113037A DE2113037A1 DE 2113037 A1 DE2113037 A1 DE 2113037A1 DE 19712113037 DE19712113037 DE 19712113037 DE 2113037 A DE2113037 A DE 2113037A DE 2113037 A1 DE2113037 A1 DE 2113037A1
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/027Compositions based on metals or inorganic oxides

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Description

Dr.E.Wfofian;) DlpL-teö.W.Nisn-ani
PaUr.tanwi.ltc J^ & 7?'
Hamburg 50 - Kön.gstraße 28 2113017
W. 24679/71 12/Sch
Dunlop Holdings Limited
London (England)
Reibungsmaterial, beispielsweise für Bremsen, Kupplungen od. dgl·.
Die Erfindung bezieht sich auf Reibungsmaterialien und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Reibungsmaterialien, die zur Verwendung bei Bremsen, Kupplungen und dergleichen geeignet sind.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfaßt ein Reibungsmaterial einen Matrixbestandteil und wenigstens einen partikelförmigen Bestandteil in Form von Wolframeisen. Unter der Bezeichnung Wolframeisen oder Eisenwolfram (PeW) ist eine Legierung aus Eisen und Wolfram zu verstehen.
Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines Reibungsmaterials, wie es in dem vorhergehenden Absatz beschrieben ist und das eine Metallmatrix enthält, das Mischen eines pulverförmigen Metallmatrixmaterials mit einer pulverförmigen Wolframeisenlegierung und pulverförmigen reibungsmodifizierenden Mitteln, das Zusammendrücken des so gebildeten Gemischs und das Sintern des Gemischs in nicht-oxydierender Atmosphäre.
Geaäß einem dritten Merkmal der Erfindung umfaßt ein Reibungßmechanismus zwei relativ drehbare Teile, von denen wenigstens einer mit einem Belag aus Reibungsmaterial
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gemäß der Beschreibung im vorhergehenden Absatz versehen ist.
Die Matrix kann ein Metall, wie Eisen, oder ein Polymeres, wie Phenolformaldehyd oder Phosphornitrilchlorid (phosphonitrillic chloride)-Harz, aufweisen.
Andere Metalle, die zur Verwendung als Matrix des Reibungsmaterials geeignet sind, umfassen Kupfer, Nickel, Kobalt, Mangan oder Gemische dieser Metalle. Die Matrix kann auch ein oder mehrere der nachstehenden Metalle in einer Menge bis zu 40 Gew.% der Matrix enthalten: Zinn, Zink, Blei, Wismut und Antimon.
Die Zusammensetzung des Wolframeisens ist nicht auf fe irgendeinen besonderen Prozentsatz von Eisen und Wolfram beschränkt. Jedoch sollte der Anteil an Wolfram in dem Wolframeisen, zusammen mit dem Anteil des Wolframeisens in dem Reibungsmaterial als Ganzes vorzugsweise für leichtes Handhaben während des Sinterns, derart sein, daß der Wolfram zwischen 1 und 20 Gew.% der Reibungsmaterialien ausmacht. Gute Ergebnisse wurden erhalten mit Wolframeisen, welches Wolfram in einer Menge von 75 bis 85 Gew.# des Wolframeisens enthält, obwohl Reibungsmaterialien gemäß der Erfindung auf diesen Prozentbereich nicht begrenzt sind. Wenn somit das Gewichtsverhältnis von Wolframeisen zu dem Rest des Reibungsmaterials betrachtet wird, erscheinen Zusammensetzungen am zweckmäßig- * sten, in denen der Gewichtsprozentsatz an Wolframeisen in der Größenordnung von 1 bis 25 # des Gesamtgewichts des Materials vorhanden ist.
Der oder die pratikelförmigen Bestandteile des Reibungsmaterials· können ebenfalls reibungsmodifizierende Mittel enthalten. Die reibungsmodifizierenden Mittel sind vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 25 Gew.# des Reibungsmaterials vorhanden. Die reibungsmodifizierenden Mittel sind in dem Reibungsmaterial vorgesehen, um dem
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Material besondere Eigenschaften wie glatte Reibcharakteristiken und Verschleißwiderstand oder Abriebwiderstand zu erteilen. Geeignete reibungsmodifizierende Mittel umfassen Siliziumnitrid, Graphit oder andere Formen von Kohlenstoff, Molybdändisulfid oder andere Metallsulfide jv'ie "Cuprosulfid, -» Siliziumdioxyd oder Kieselerde, Metallphosphide, Metallboride, Kohlenstoffborid, Magnesit, Aluminiumort hophosphat, Magnesiumpyrophosphat, Manganpyrophosphat und anorganische Fasermaterialien.
Das Reibungsmaterial kann wie folgt hergestellt werden. Ein pulverförmiges Metallmatrixmaterial wie Eisen wird.mit pulverförmigem Wolframeisen und mit pulverförmigen reibungsmodifizierenden Mitteln innig gemischt. Das Gemisch wird dann unter einem Druck zwischen 473 und 7875 kg/cm2.
(3 und 50 tons je Quadratzoll) zusammengedrückt, um einen Formkörper oder ein Brikett zu bilden. Das Brikett wird dann in einer Form angeordnet und in nicht-oxydierende Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 1000° während etwa einer Stunde gesintert, um ein geformtes Reibkissen zu bilden, welches für die Verwendung bei Bremsen oder Kupplungen geeignet ist.
Ein zweckmäßiges Verfahren des Anbringens des Reibkissens in einer Bremse oder einer Kupplung umfaßt das Binden des Kissens an eine Stahlgegenplatte und das Vernieten der Platte mit der Bremse.
Ein Reibkissen aus Reibungsmaterial gemäß der Erfindung kann in einer Bremse oder Kupplung für Reibungseingriff mit einem üblichen aus Stahl oder aus Eisen bestehenden Rotor oder Stator angebracht werden, oder das Reibkissen kann an einem Kissen oder an einer Reihe von Kissen aus einem Reibungsmaterial gemäß der Erfindung oder an einem Kissen oder einer Reihe von Kissen aus
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irgendeinem Reibungsmaterial reiben, welches einen Matrixbestandteil und einen oder mehrere partikelförmige Bestandteile aufweist, die in der Matrix dispergiert sind. Besonders gute Ergebnisse wurden in Bremsen erhalten, wenn beide Reibflächen mit Reibungsmaterial gemäß der Erfindung belegt worden sind. Beispiele A bis E aus Reibungsmaterial gemäß der Erfindung unter Verwendung einer Metallmatrix sind in der nachstehenden Tabelle I aufgezählt. Diese Beispiele zeigen einen weiten Änderungsbereich hinsichtlich der , Gewichtsanteile von Wolframeisen.
Tabelle I Beispiel
B
Gew. %
Beispiel
C
Gew. #
Beispiel
D
Gew. %
,7 Beispiel
E
Gew. %
Bestandteile Beispiel
A
Gew. %
2,8 4 5, 15
Wolframeisen 1 82,9 70 80 70,8
Eisen 82,6 9 . 11 9 7,5
Graphit . 8,7 3 4 3 »3 2,5
Molybdsn-
disulfid
2,9 2,3 11 2, 2,1
SiIi ziumnitrid 2,1 - 2,1 ,
Ohromdiborid 2,1
Für beispielsweise Darstellung der Wirkungen des Anteils an Wolframeisen, der in dem Reibungsmaterial vorhan- W den ist, werden die Ergebnisse von Prüfungen bei verschiedenen PS-Belastungen an den Beispielen B, D und E in der nachstehenden Tabelle II angegeben.
Diese Prüfungen wurden an einem Trägheitsraddynamömeter ausgeführt, der mit einer Bremse eines Durchmessers von 165,1 mm ausgerüstet war, und zwar unter Verwendung eines Reibungsmaterials gemäß der Erfindung an allen reibenden Flächen. Die Prüfbedingungen entsprechend den verschiedenen PS-Belastungen, denen die Prüfbeispiele unterworfen wurden, sind in der nachstehenden Tabelle IHangegeben. ■ ?
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Um einen Vergleich der Prüfungen der Beispiele B, D und E mit den Ergebnissen zu schaffen, die unter den gleichen Prüfbedingungen bei Verwendung eines kein Wolframeisen enthaltenden Reibungsmaterials zu erwarten sind, wurden die Prüfergebnisse eines Beisp&ls X in der Tabelle II hinzugefügt. Die Gewichtsanteile des Beispiels X sind: Eisen 85?, Graphit 8 %, Siliziumnitrid 2,5 55, Zinn 2,5 %, Blei 1 % und Molybdändisulfid 1 %.
Tabelle II 2,54
3,56
6,86
6,86
Beispiel
D
W
3,81
5,59
4,83
9,40
Beispiel
E
,<^ W
1,52
3,56
3,81
5,59
Beispiel
X
AJL, W
6,60
8,13
8,89
19,05
PS-Belastung
in mkg/cm /see
(ft.lb./in^/sec
Beispiel
B
.) co W
C
0,29
0,24
0,27
0,21
0,52
0,33
0,29
o,24
C
0,26
0,24
0,22
0,19
12,86 (600)
19,26 (900)
23,56 (1 100)
30,01 ( 1400)
0,31
0,27
0,25
0,23
In der obigen Tabelle sind die unter dem Kopf^ wiedergegebenen Ergebnisse die für den Reibungskoeffizienten aufgezeichneten Werte, und die Ergebnisse unter dem Kopf W sind die Mittelwerte des Bremskissenverschleißes, die je Anhalten aufgezeichnet sind, und zwar ausgedrückt in mm'lO .
Tabelle III
PS-Belastung in
mkg/cmz/sec 12,86 19,26 23,56 30,01
(ft.lb/in2/sec) (600) (900) (1100) (1400)
Drehzahl des Dyna mometers beim Beginn d.Bremsens (U/rain) 2 500 2 8OO 2 600 2 85O
Anhaltezeit
(Sekunden) 24 18 l8 18
je Anhalten absorbierte Energie
in Wk6XlO^6 59,5 71,7 92,6 110,6
(ft.lbs.χ 10 ) (0,431) (0,541) (0,670) (0,805)
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Zwischen jedem aufeinanderfolgenden Anhalten wurde die Bremse auf Raumtemperatur abkühlen gelassen· Die Prüfung jedes Beispiels bei jeder PS-Belastung umfaßte zehnmaliges Anhalten bei der besonderen Belastung, wonach mehrmaliges Anhalten bei geringerer Energie folgte, um das Verhalten des Materials bei geringen Energieeingängen abzuschätzen.
Eine Prüfung der Ergebnisse der Tabelle II zeigt, daß durch die Zugabe von Wolframeisen zu einem Reibungsmaterial ein höherer oder gleichwertiger Reibungskoeffizient erzeugt wird, gekuppelt mit einem verbesserten Widerstand gegen Abnutzung oder Abrieb gegenüber Reibungsmaterialien, die kein Wolframeisen enthalten. Dies ist ein überraschendes Ergebnis, da Legierungen aus Eisen und Wolfram keine besonders harten Materialien sind im Vergleich zu vielen Materialien, die bisher als reibungserzeugende Bestandteile in Reibungsmaterialien verwendet wurden.
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Claims (12)

Patentansprüche
1. Reibungsmaterial mit einem Matrixbestandteil
und einem oder mehreren in der Matrix dispergierten partikeIförmigen Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein partikelförmiger Bestandteil in Form von Wolframeisen vorhanden ist.
2. Reibungsmaterial nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Wolframeisen zwischen 1 und 25 Gew.# liegt.
3. Reibungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Wolfram in dem Wolframeisen 75 his 85 Gew.% des Wolframeisens beträgt.
4. Reibungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zwischen 1 und 25 Gew.% wenigstens eines reibungsmodifizierenden Mittels enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Siliziumnitrid, Graphit, andere Formen von Kohlenstoff, Molybdän, Metallsulfide, Metallboride, Kohlenstoffborid, Metallphosphide, Siliziumdioxyd oder Kieselerde, Magnesit, Aluminiumorthophosphat, Magnesiumpyrophosphat, Manganpyrophosphat und anorganische Fasermaterialien umfaßt.
5. Reibungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix ein oder mehrere Metalle aus der Gruppe Eisen, Kupfer, Nickel, Kobalt, Mangan, oder Gemische von diesen aufweist.
6. Reibungsmaterial nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix weiterhin ein oder mehrere Metalle aus der Gruppe Zinn, Zink, Blei, Wismut, Antimon, oder Gemische von diesen in einer Menge b-is zu 40 Gew.% der Matrix aufweist.
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7. Reibungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix ein Polymeres aufweist.
8. Reibungsmaterial nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix Phenolformaldehyd aufweist.
9. Reibungsmaterial nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix ein Phosphornitrilchloridharz aufweist.
10. Verfahren zum Herstellen eines Reibungsmaterials nach Anspruch 1, welches eine Metallmatrix aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulverförmiges Metallmatrixmaterial mit einer pulverförmigen Wolframeisenlegierung und pulverförmigen reibungsmodifizierenden Mitteln gemischt wird, das so gebildete Gemisch zusammengedrückt wird, und daß das Gemisch in nicht-oxydierender Atmosphäre gesintert wird.
11. Reibungsmechanismus mit zwei relativ drehbaren Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil mit einem Belag aus Reibungsmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 versehen ist.
12. Reibungsmechanismus nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge der beiden Teile aus Reibungsmaterialien ähnlicher Zusammensetzung gebildet sind.
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