DE2117991A1

DE2117991A1 - Reibmatenal für Bremsen, Kupplungen od.dgl. und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2117991A1
Application number: DE19712117991
Authority: DE
Inventors: John Bernard Oakenshaw Bradford; Edwards Michael Leeds; Lumb (Großbritannien)
Original assignee: BBA Group Ltd
Current assignee: BBA Group Ltd
Priority date: 1970-04-15
Filing date: 1971-04-14
Publication date: 1971-10-28
Also published as: US3723382A; FR2089606A5; DE2117991C2; SE379496B

Description

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DiPL.-tNs. R.SPLANEMANN dipl.-.νa. J., RICHTER

MÜNCHEN HAMBURa

8OOO MÜNCHEN 2 14"· ApXÜ 197 1

Theatitterstraße 33/3* Telefon (0811) 22ί207 Tetegramme: Invehfigs München

Unsere Akte: 1 3Q2 - I - 740?

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BBA GROUP LIMITED : Cleckheaton, Yorkshire, ■ England

Reibmaterial für Bremsen, Kupplungen od. dgl«, und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft Reibwerkstoffe, die insbesondere als Eingriffsfläekenbelag für Reibungsbremsen oder Über— tragungssysteme geeignet sind, wie für Scheiben- und Trommelbremsen oder als Kupplungsbeläge oder Eisenbahnbremsklötze*

Die bekannten Reibwerkstoffe bestehen gewöhnlich aus Mischungen aus Pasermaterial, im allgemeinen anorganischem Fasermaterial, wie Asbestfasern, metallischen und nichtmetallischen Füllstoffen, Bindemitteln und Reibungsmodifizierern, wobei die Mischung durch die Anwendung von Wärme und Druck zu einem dichten Materialstück geformt wird.

Bei Scheibenbremsen werden die Reibwerkstoffe erheblich höheren Temperaturen und Drücken unterworfen als bei Trommelbremsen, so daß der Abnutzungsgrad höher ist.

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Darüberhinaus können höhere Temperaturen zu einer thermischen Schädigung des Bindemittels führen, was eine Abnahme des Reibungskoeffizienten des Materials zur Folge hat. Die Abnahme des Reibungskoeffizienten, die gelegentlich bei starker und fortgesetzter Bremsung erfolgt, wird als Schwund bezeichnet.

Aufgabe der vorliegenden Erfinaung ist es deshalb, die Abnahme des Reibungskoeffizienten zu verhindern und damit die Lebensdauer des Reibmaterials zu erhöhen.

Dieses wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Reibmaterial ein Zweikomponenten-Bindemittelsystem aufweist, das einerseits einen hitzehärtbaren Harz und andererseits eine Mischung aus mindestens zwei Werkstoffen umfaßt, die sich infolge der durch den Reibungseingriff

gebildeten Wärme
des Reibmaterials/zur Erzeugung einer zusätzlichen Bindung des Reibmaterials fortschreitend verbinden.

Geeignete Werkstoffe, die sich fortschreitend unter einer derartigen Wärmeeinwirkung verbinden, sind Nickel und Schwefel· Die Erfindung sieht deshalb weiterhin verdichtetes Reibmaterial vor, das fein zerteiltes nickel, Schwefel und ein ein hitzehärtbares Harz aufweisendes Bindemittel enthält. -

Die Erfindung betrifft ferner verdichtetes Reibmaterial, das aus dem den hitzehärtbaren Harzanteil aufweisenden Bindemittel und einem weiteren Anteil Kickelsulfid besteht, das unmittelbar bei der Benutzung des Reibbelages aus dem fein zerteilten nickel und dem pulverförmigen. Schwefel gebildet wird.

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Schließlich umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Reibmaterials, das darin besteht, daß Fasermaterial, beispielsweise aus Asbest, fein zerteiltes Nickel, Schwefel und ein hitzehärtbares Harz gemischt werden, die Mischung zusammengepreßt und die zusammengepreßte Mischung auf eine Temperatur erhitzt wird, die zum Aushärten des hitzehärtbaren Harzes ausreicht.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß die Mischung auf eine Temperatur erwärmt wird, die genügend hoch ist, um das hitzehärtbare Harz auszuhärten und mindestens einen Teil des fein zerteilten Nickels zu veranlassen, sich mit mindestens einem Teil des Schwefels zur Bildung von Nickelsulfid zusammenzuschließen.

Die in dem Reibmaterial enthaltenen hitzehärtbaren Harze können ein organisches hitzehärtbares Harz, wie Phenolformaldehyd, sein oder ein organisches hitzehärtbares Harz, das durch Substitution von anorganischen Gruppen an dem organischen Molekül, beispielsweise Borat-Phenolharze, modifiziert worden ist. Mischungen unterschiedlicher hitzehärtbarer Harze jeden Typs können ebenfalls für das 'erfindungsgemäße Reibmaterial verwendet werden.

Das Reibmaterial kann außerdem einen Füllstoff enthalten, der ein metallischer Einschluß sein kann, wie beispielsweise Messingpulver, oder ein nichtmetallischer Füllstoff, wie Calciumkarbonatpuiver, verrottetes Gestein oder irgend ein anderer bekannter Füllstoff. Außerdem können in dem Reibmaterial Reibungsmodifizierer enthalten sein. Diese Werkstoffe tragen dazu bei, den Reibungskoeffizienten über unterschiedliche Temperaturbereiche auf einem gewünschten Wert zu halten. So kann es notwendig sein, den Reibungskoeffizienten zu erhöhen, wozu Abriebmodifizierer,

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wie Aluminium- und/oder Carborundumpulver,in das Material eingearbeitet sein können. Wenn andererseits der Reibungskoeffizient des Materials herabgesetzt werden soll, können schmierende Reibungsmodifizierer, wie Graphit oder Baryte (Bariumsulfat) beigegeben werden.

Es wurde erkannt, daß bei Reibwerkstoffen, die nur herkömmliche härtbare Harzbindemittel aufweisen, die erzeugte Wärme unter schweren und langen Bremsbedingungen häufig ausreicht, um das hitzehärtbare Harz an den !Eingriffsflächen des Reibmaterials zu zersetzen, was Schwund und einen hohen Abnutzungsgrad zur Folge hat. Demgegenüber wird erfindungsgemäß der Vorteil erreicht, daß durch die -.-Einlagerung von Werkstoffen, wie Nickel und Schwefel, in das Reibmaterial diese unter der Wärmewirkung, die als Folge des Reibungseingriffs des Reibmaterials innerhalb der Bremse oder Kupplung erzeugt wird, miteinander eine Reaktion eingehen. Die miteinander in Reaktion gebrachten Werkstoffe liefern eine zusätzliche Bindung des Reibmaterials und kompensieren jeden Verlust an Reibwirkung oder Abnutzungserscheinungen des Reibmaterials, die sich infolge der thermischen Zersetzung des hitzehärtbaren Harzes einstellen.

Fein zerteiltes Nickel und Schwefel sind, besonders geeignete Werkstoffe für die Einbettung in das Reibmaterial. Diese Werkstoffe reagieren miteinander zur Bildung von Nickelsulfid,wenn sie auf eine Temperatur erwärmt werden, wie sie in Bremsen und Kupplungen als Folge längerer Betätigung gebildet wird. Wenn diese Stoffe in ein Reibmaterial eingearbeitet sind, bildet Nickelsulfid,durch die Reaktion von Nickel und Schwefel erzeugt, eine Matrix, die das Reibmaterial bindet und dadurch den weiteren Verschleiß des Reibmaterials verhindert.

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Nickel und Schwefel aufweisende Reibwerkstoffe können durch Mischung von fein zerteiltem Nickel und Schwefel, Asbest und anderen anorganischen Faserstoffen mit einem hitzehärtbaren Harz erzeugt werden, sowie durch Zusammenpressen der Mischung und Erhitzen der verdichteten Mischung auf eine Temperatur, die genügend hoch ist, um das Harz auszuhärten, und beispielsweise zwischen 120° C und 180° C liegt. Vorteilhafterweise wird die Erhitzung in zwei Stufen ausgeführt, indem zunächst genügend Hitze aufgebracht wird, um das hitzehärtbare Harz während der Verdichtung der Mischung teilweise auszuhärten, und dann . nach dem Zusammenpressen die Mischung erwärmt wird, um das Aushärten des Harzes abzuschließen. Nach dem Härten bei diesen Temperaturen enthält das fertiggestellte Reibmaterial wenig oder kein Nickelsulfid. Dieses wird jedoch aus Nickel und Schwefel unter "der Wirkung der Wärme gebildet, die sich innerhalb der Bremse oder Kupplung infolge des Reibungseingriffes des Reibmaterials entwickelt.

Ein anderes Herstellungsverfahren besteht jedoch darin, daß die zusammengepreßte Mischung unter ausreichend hohen Temperaturen ausgehärtet wird, um die Reaktion von Nickel mit Schwefel, beispielsweise bei Temperaturen von mindestens 250° C und vorzugsweise im Bereich von 300° G, auszuführen. In diesem Fall sind Nickel und Schwefel im fertigen Reibmaterial ganz oder weitgehend als Nickelsulfid enthalten, und beim Gebrauch tritt keine weitere Reaktion innerhalb des Reibmaterials ein.

Zweckmäßigerweise werden anorganische Faserstoffe, Füllstoffe, hitzehärtbares Harz, fein zerteiltes Nickel, Schwefel und etwaige Reibungsmodifizierer gemeinsam in

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einem geeigneten Mischer innig vermischt. Anschließend/'-wird gepreßt, wobei die Mischung ineine Form;, wie ^ ■ "beispielsweise eine Scheibenform, gegeben wird. Die· ·'·-; Mischung wird dann durch Anwendung von Wärme und Druck ausgehärtet* Im allgemeinen beträgt die Aushärtzeit in der Größenordnung zwischen fünf und zehn Minuten und der auf die Form aufgebrachte Druck zwischen 75

und 1500 kg/cm . Die genauen Temperaturen und Drücke für das Pressen hängen dabei von den Mengenverhältnissen der Bestandteiletdes Reibmaterials ab.

Die anfängliche Aufbringung von Wärme und Druck verursacht eine teilweise Aushärtung der Mischung. Die Zusammensetzung der teilweise ausgehärteten Mischung hängt von der Temperatur und der Länge der Behandlungszeit ab. So können die Temperatur und die Behandlungs— dauer nur gerade so hoch gewählt werden, daß das Aushärten des hitzehärtbaren Harzes eingeleitet wird. Beispielsweise kann die Temperatur an der Oberfläche der Form zwischen 120 und 180° C liegen. Andererseits kann, wenn höhere Temperaturen von beispielsweise über 250° C aufgebracht werden, die Verbindung des· fein zerteilten Nickels mit dem Schwefel zur Bildung von Nickelsulfid eingeleitet werden. Die teilweise ausgehärtete Mischung wird dann aus der Form herausgenommen und in einem Ofen soweit erwärmt, daß die Aushärtung abgeschlossen wird. Beispielsweise kann die teilweise ausgehärtete Mischung zwischen zwei und vierundzwanzig Stunden auf eine Temperatur zwischen 90° und 300° C erwärmt werden. In Abhängigkeit von der gewählten Temperatur enthält das fertiggestellte Erzeugnis ausschließlich ausgehärtetes hitzehärtbares Harz, wobei sich Nickel und Schwefel entweder noch nicht verbunden haben- oder teilweise oder ganz zu Nickelsulfid verbunden sind. ^: "

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Ein Beispiel für die Bestandteile zur Herstellung des erfindungsgemäßen Reibmaterials ist nachfolgend wiedergegeben?

Bestandteil	Gewichtsteile
Asbestfasern	10-50
Hitzehärtbares Harz .	- 5-30
Nickel	. ■■ = 2-30
Schwefel	. 2-15
Messing	5-15
Graphit	2-10
Aluminium	2-10
Baryte	5-25
Calciumkarbonat	2-10

Nachfolgend ist ein Beispiel des erfindungsgemäß hergestellten Reibmaterials wiedergegeben:

Bestandteil Gewichtsteile

Asbestfasern	25 .
Phenolharz	8
Nickel	15
Schwefel	6
Messingpulver	•10
Graphit	6
Baryte	24

Die Bestandteile wurden ausgewogen und in einem Mischer dreißig Minuten lang gemischt. Das Material wurde dann in eine Form zur Herstellung eines Belages für eine Scheibenbremse gegeben und in einer Presse bei einer Temperatur von .155° C und einem Druck von 157 kg/cm zehn Minuten lang geformt. Das Material wurde dann ausgeformt, in einen Ofen gegeben und zehn Stunden lang

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auf einer Temperatur von 180⁰C gehalten.

Nickel und Schwefel lagen in dem fertiggestellten Material im wesentlichen in dem Ausgangszustand unverbunden vor.

Das Material wurde dann in einem Trägheitsdynamometer zur Ermittlung der Verschleißeigenschaften mit folgendem Ergebnis geprüft: Zwei Beläge aus Reibmaterial mit

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jeweils.einer Fläche von 32,3 cm wurden als Bremsbeläge in einem Prüfgerät für Kraftfahrzeugscheibenbremsen getestet, wobei jeder Belag auf einer der beiden Seiten einer Bremsscheibe mit einem Durchmesser von 25,4 cm angeordnet wurde. .

Das Material wurde einer Prüfreihe von 150 Einsätzen unterworfen, bei denen die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe einer Straßengeschwindigkeit bis zu 128 km/h entsprach. Unter diesen Bedingungen wurde kinetische Energie in Höhe bis zu 5,53 x 10 mkp verbraucht. Während eines Teiles des Versuchs wurde ein Drehmoment von 55,3 mkp aufrechterhalten und während des Restes variierte es zwischen 13,8 und 83 mkp. Die auf der Oberfläche der Bremsscheibe während der Meßreihe gemessene Temperatur veränderte sich von der Umgebungstemperatur auf 400° C. Die durchschnittliche Abnutzung betrug nach der Meßreihe an jedem der beiden Scheibenbeläge 0,127 mm.

Ein herkömmliches Reibmaterial auf der Basis von Asbest und hitzehärtbarem Harz wurde derselben Meßreihe unterworfen und die durchschnittliche Abnutzung an jedem der beiden Scheibenbeläge betrug 0,762 mm.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche :

1. Reibmaterial für Bremsen, Kupplungen od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß es ein Zweikomponenten-Bindemittelsystem aufweist, das einerseits einen hitzehärtbaren Harz und andererseits eine Mischung aus mindestens zwei Werkstoffen umfaßt, die sich infolge

gebildeten Wärme der durch den Reibungseingriff des Reibmaterials/zur . Erzeugung einer zusätzlichen Bindung des Reibmaterials fortschreitend verbinden.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Werkstoffe fein zerteiltes Nickel und Schwefel sind.

3. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es fein zerteiltes Nickel, Schwefel und ein ein hitzehärtbares Harz aufweisendes Bindemittel enthält.

4. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus dem den hitzehärtbaren Harzanteil aufweisenden Bindemittel und einen weiteren Anteil Nickelsulfid besteht, das unmittelbar bei der Benutzung des Reibbelages aus dem fein zerteilten Nickel und dem,pulverförmigen Schwefel gebildet wird. ■

5. Material nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 10 bis 50 Gewichtsteile Asbestfasern, 5 bis 30 Gewichtsteile hitzehärtbares Harz, 2 bis 30 Gewichtsteile Nickel und 2 bis 15 Gewichtsteile Schwefel enthält.

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6. Material nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, daß es 5 bis 20 Gewichtsteile Hickel enthält.

7. Material nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es einen ReibungEmodifizierer und/oder einen Füllstoff enthält.

8. Material nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzehärtbare Harz ein organisches hitzehärtbares Harz, umfaßt.

9. Material nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das organische hitzehärtbare Harz anorganische Substituentengruppen enthält.

10. Verfahren zur Herstellung von Reibmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß Fasermaterial, wie Asbestfasermaterial, feinzerteiltes Nickel, Schwefel und ein aushärtbares hitzehärtbares Harz gemischt werden, die Mischung zusammengepreßt und die zusammengepreßte Mischung auf eine Temperatur erhitzt wird, die zum Aushärten des Jaitzehärtbaren Harzes ausreicht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß während der Aufbringung einer Temperatur zum teilweisen Aushärten des hitzehärtbaren Harzes die Mischung zusammengepreßt wird und nach dem Härten die Mischung zur vollständigen Aushärtung des Harzes erwärmt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung auf eine Temperatur erwärmt wird, die genügend hoch ist, um das hitzehärtbare Harz auszuhärten und mindestens einen Teil des fein zerteilten Wickels zu veranlassen, sich mit mindestens einem Teil des Schwefels zur Bildung von Nickelsulfid zu verbinden.

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13. Verfahren nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 120 und 180° C erwärmt wird.

14* Verfahren nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung auf eine Temperatur von mindestes 250° C erwärmt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Material zu einem Klotz oder einem Belag für eine Bremse, eine Kupplung od. dgl. geformt wird.

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