DE2231101C3

DE2231101C3 - Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Reibbelägen

Info

Publication number: DE2231101C3
Application number: DE2231101A
Authority: DE
Inventors: Irvin Martinsville Barnett; Walter B. South Orange Peters
Original assignee: Johns Manville Corp
Current assignee: Johns Manville Corp
Priority date: 1971-06-24
Filing date: 1972-06-24
Publication date: 1975-12-11
Also published as: AU450980B2; FR2143408B1; ES404192A1; BE785354A; IT965853B; DE2231101B2; NL7208638A; AR195171A1; DE2231101A1; AU4377272A; FR2143408A1; GB1374710A; JPS4924275A

Description

20 Fig. 1,

F i g. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in

Fig. 1,

F i g. 4 eine leicht vergrößerte Draufsicht auf einen Drehtisch für das schraubenförmige Umwinden von 25 mehreren Rovings mit Draht bzw. Fäden, um ein Bündel zu bilden,

F i g. 5 einen Querschnitt durch das Bündel längs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- der Linie 5-5 in F i g. 1,

lung von scheibenförmigen Reibbelägen, bei dem F i g. 6 eine Ansicht eines Abschnitts eines kontiman mehrere, Metallfasern enthaltende Faserbündel 30 nuierlichen Bündels in im wesentlichen voller Größe, mit wärmehärtbarem Bindemittel tränkt, dann auf F i g. 7 ein kontinuierliches Bündel, das von einer einer Form zu einer Scheibe wickelt, diese kompri- Spule abgezogen und spiralig zu einer scheibenförmimiert und das Bindemittel unter Wärmezufuhr aus- gen Konfiguration gewickelt wird,
härtet und dann die Scheibe an ihren Oberflächen Fig.8 eine Draufsicht auf ein Reibelement, beiauf die erforderliche Dicke abschleift. Es ist grund- 35 spielsweise einen Kupplungsbelag,
sätzlich bekannt, Reibungsbeläge nach einem derarti- F i g. 9 eine Seitenansicht bzw. eine Ansicht des gen Verfahren herzustellen (GB-PS 12 16 937). Die Randes des in F i g. 8 gezeigten Reibelements,
mittels Metallfäden bewehrten Faserbündel oder an- Fig. 10 einen teilweisen Querschnitt längs der Liderweitigen Faserstrukturen, die hierbei zur Anwen- nie 10-10 in F i g. 8 in vergrößerter Ansicht,
dung gelangen, bestehen aus Asbest. Asbestfasern 40 In F i g. 1 ist an Hand einer Vorrichtung ein Versind bekanntlich relativ kurz, und sie haften unter- fahren gezeigt, durch das kontinuierliche Rovings au« einander nur schwach, was sich auf die Festigkeit Glasfaserpackungen zu einem kontinuierlichen Bundes Endprodukts sehr negativ auswirkt. del für die Verwendung in Kupplungsbelägen verar-

Um hier Abhilfe zu schaffen, wurde ein spezielles beitet werden.

Verfahren entwickelt (DT-AS 10 84 905), das zum 45 Das Verfahren des Ziehens von durch Hitze er-

Herstellen von Reibbelägen aus Asbestfasern, die mit weichtem Glas zu kontinuierlichen Fäden ist Stanc

einem geeigneten Bindemittel getränkt werden, da- der Technik. Die folgende kurze Beschreibung er

von ausgeht, daß Schnüre aus diesen Fasern in min- folgt in erster Linie zur Definition der Terminologie

destens zwei übereinanderliegenden Lagen um eine Vom Boden einer erhitzten Wanne, in die geschmol

gemeinsame Mittellinie herum mit unterschiedlichem 50 _zenes Glas gebracht wird, werden einzelne Glasfädei

Steigungssinn verseilt werden, bevor sie mit dem i_n Gruppen von 200 bis 800 gezogen. Die Durchmes

Bindemittel beaufschlagt werden, um nachfolgend in _ser der Fäden bewegen sich zwischen 12 bis 14 Mi

einem dritten Verfahrensschritt einem allseitigen krön. Die 200 bis 800 Fäden werden zu einem Stranj

Druck ausgesetzt und zu einem Band gepreßt zu wer- vereinigt. Anschließend werden 10 bis 120 Strang!

den. 55 zu einem Roving zusammengefaßt. Der Roving win

Diese bekannte, verhältnismäßig aufwendige Ver- _{zu e}i_ner hohlen Rolle von 203 bis 254 mm Durch

fahrensweise beseitigt letztlich jedoch nicht die messer und 254 mm Länge bei einem Gewicht voi

Schwierigkeiten, die sich bei der Verarbeitung von etwa 6,8 bis 13,6 kg zusammengefaßt. Der die Roll·

Asbestfasern allgemein ergeben und die zur Endpro- bildende Roving besitzt eine kontinuierliche Läng

dukten von nur bedingter Festigkeit führen. 60 _und i_äß_t sich aus der Rolle ziehen. Zusammenfas

Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die _send werden folgende Definitionen gegeben:
Aufgabe zugrunde liegt, ein Verfahren der eingangs
genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß

die Festigkeitseigenschaften und Widerstandsfähig- Ei_n Strang:

keit von Reibbelägen, insbesondere mit scheibenför- 65

migem Aufbau bezüglich der Rotationsfestigkeit, 200 bis 800 einzelne kontinuierliche Glasfaden

weiter erhöht werden können. von denen jeder einen Durchmesser im Bereicl

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß von etwa 12 bis 14 Mikron aufweist.

Ein Roving:

10 bis 120 Stränge.

Ein Bündel:

6 bis 8 Rovings, die kontinuierlich zusammengehalten werden, beispielsweise durch schraubenförmig angebrachten Messingdraht.

Rolle:

Kontinuierlicher Roving, der zu einer zylindrisch geformten Rolle gewunden und für ein anschließendes Abziehen von dieser Rolle geeignet ist.

In F i g. 1 werden mehrere Roving-Rollen, die allgemein mit 10 bezeichnet sind, in einer solchen Stellung gehalten, daß die Rovings 12 von den Rollen abgezogen bzw. abgewickelt werden können. Diese Rovings passieren eine kammerartige Einrichtung 14, durch die sie in einem geringen Abstand voneinander gehalten werden, wenn sie um eine Umlenkrolle 16 in einem Bindemittelbad 18 herumlaufen. Diese Abstände ermöglichen es dem Bindemittel, einfacher zu allen Fasern jedes Rovings vorzudringen. In einem Tank 20 wird das Bindemittel 18 in solcher Menge und Tiefe aufbewahrt, daß eine sorgfältige bzw. vollständige Tränkung bzw. Imprägnierung jedes Rovings während des Zeitraumes gewährleistet wird, in dem er aufwärts durch eine öse 22 durchläuft. Die öffnung oder die Öse 22 ist etwas größer als die zusammengefaßte Masse der Mehrzahl von Rovings 12, die hindurchtreten. Die öse 22 streift überflüssiges Bindemittel ab, das in den Tank 20 zurückläuft. Die Zusammensetzung des Bindemittels 18 wird weiter unten angegeben. Die Mehrzahl von Rovings 12, die an der Öse 22 zusammengebracht werden, werden wieder getrennt, wenn sie durch jeweils gesonderte öffnungen in einer Rosettenscheibe 24 hindurchlaufen. Noch verbleibendes, überschüssiges Bindemittel wird von den Rovings einzeln abgestreift, wenn sie durch die Scheibe 24 hindurchlaufen.

Die nunmehr getrennten, mehrfachen Rovings laufen aufwärts durch einen senkrechten Trockenturm 26 hindurch, der eine Kammer aufweist, in der Dampf hinzugeführt wird, um flüchtige Kohlenwasssrstoffteile aus dem Bindemittel 18 auszutreiben. Dabei wird Dampf von etwa 168,2° C durch einen Einlaß 28 der Turmkammer zugeführt und durch einen Auslaß 30 mit etwa 135⁰C abgeführt. Dampf wird für das Mischen mit den flüchtigsten Teilen des Bindemittels innerhalb des Turms 26 bevorzugt, um die Feuer- oder Explosionsgefahr zu verringern. Diese Gase werden zusammen mit dem Dampf abgezogen.

Die teilweise getrockneten Rovings laufen von der Spitze des Turms 26 über Rollen 32, 34 zur Spitze eines zweiten Turms 36. Während die Rovings diesen Turm nach unten durchlaufen, wird das Bindemittel heißer Luft von 176,6 bis 204,4° C ausgesetzt, die über einen mittleren Einlaß 38 zugeführt und durch einen oberen Auslaß 40 und einen unteren Auslaß 42 abgeführt wird. Die Rovings laufen durch beide Türme 26 und 36 als einzelne Rovings durch und werden normalerweise nicht durch das Bindemittel miteinander verbunden. Am Eingang des Turms 26 werden sie durch die Rosette getrennt voneinander gehalten; das Bindemittel wird zunehmend trockener, während die Rovings fortschreitend die Türme durchlaufen. Die Rovings hängen normalerweise nicht zusammen, jedoch ergeben sich keine wesentlichen Nachteile, falls dies der Fall sein sollte.

Das Bindemittel 18 kann aus Zusammensetzungen bestehen, wie sie für die Herstellung von Reibkupplungen bekannt sind. Im folgenden wird ein Bindemittel angegeben, das für das Tränken von Glasrovings als zweckmäßig erkannt worden ist: Gummi 30 bis 40 e/o; Beschleuniger und Härtungs-Wirkstoff 20 bis 30 o/o; Harz 15 bis 30 % und Füllstoff 20 bis 30%.

Die Rovings 12 laufen vom Boden des Turms 36 abwärts durch eine allgemein mit 60 bezeichnete Wickeleinrichtung, in der Fäden, beispielsweise Messingdraht, schraubenförmig um die verschiedenen Rovings herumgewunden werden, um dieselben zu einem Bündel zu binden, das allgemein mit 49 bezeichnet ist. Das schraubenförmig umwundene Bündel 49 wird anschließend auf eine Spule 50 aufgewikkelt, die langsam von einem über ein nicht gezeigtes Untersetzungsgetriebe und ein Paar Reibrollen 54 und 56 antreibenden Motor 52 langsam gedreht wird. Die Reibrolle 56 liegt gegen die Oberfläche des Bündels 49 an, das gerade auf die Spule aufgewunden wird, so daß deren Umfang mit einer konstanten Lineargeschwindigkeit von etwa 3,5 bis 7 m pro Minute angetrieben wird. Durch die Wickeltätigkeit der Spule 50 werden die gesamten kontinuierlichen Rovings durch den oben beschriebenen Prozeß gezogen. Die Wickeleinrichtung 60 (s. auch F i g. 4) umfaßt im wesentlichen eine rotierende, scheibenförmige Plattform 62, die eine Anzahl Spulen 66 für Fäden trägt, beispielsweise für Messingdraht, und in einer Kreisbahn um die Rovings 12 bewegt, um diese zu einem kontinuierlichen Bündel 49 einzuwickeln. Wie in Fig.4 gezeigt ist, besitzt die Plattform 62 eine axiale öffnung 63, die es den Rovings 12 erlaubt, vertikal hindurchzulaufen. Ein Motor 64, der ein Schneckenradgetriebe oder ein anderes Zahnraduntersetzungsgetriebe (nicht gezeigt) antreibt, dreht die Plattform 62 mit einer derartigen Geschwindigkeit, daß der Messingdraht oder andere Metallfaden um die Rovings schraubenförmig mit der gewünschten Steigung herumgelegt werden. Dadurch werden die Rovings in einem im wesentlichen kontinuierlichen Bündel zusammengehalten, von dem ein Teil in näherungsweise voller bzw. natürlicher Größe in F i g. 6 gezeigt ist. Jede der Spulen 66 trägt einen Messingdraht 68 mit einem Durchmesser von etwa 0,178 mm. Diese Spulen werden vorzugsweise jeweils in verschiedenen Höhen über der oberen Stirnfläche der Plattform 62 angeordnet. Dies erlaubt es, die vor diesen Spulen abgezogenen Drähte längs im Abstanc voneinander angeordneter Schraubenlinien, aufzuwickeln, wie in F i g. 6 gezeigt ist. Der Draht machi etwa 2 bis 4 °/o des Gewichts des Bündels aus. Da; schraubenförmige Umwickeln kann auch mit anderer Maieriaiien als Messing durchgeführt werden, beispielsweise Zink, anderen Metallen und Legierungen Der Hauptzweck des schraubenförmigen Umwik kelns ist es, das kontinuierliche Bündel zu erhalten Metallische Fäden haben natürlich den Vortei schneller Wärmeübertragung innerhalb eines Reib materials.

Die Plattform 62 ist in der in den Fi g. 1 und 4 ge zeigten Weise in einem Gehäuse 70 drehbar mon

tiert. Das Gehäuse schützt die sich drehenden Teile einer Kupplungsscheibe oder einer Bremsscheibe

vor äußeren Einwirkungen und bildet ferner einen versehen.

Schutz für die Arbeiter. Das in dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Zu-

Sobald die Spule 50 die gewünschte Menge des stand befindliche, mit Bindemittel getränkte und mit

kontinuierlichen Bündels 49 angesammelt hat, wer- 5 Messingdrähten umwickelte Bündel 49 umfaßt ge-

den das Bündel abgeschnitten und die volle Spule wichtsmäßig im Bereich von 45 bis 50 ⁿ/o Glasfasern,

entfernt. Das kontinuierliche Bündel beginnt dann etwa 47 bis 51% Bindemittel und 3 bis 4°/o Mes-

wieder auf einer leeren Spule, auf die es in der vor- singdraht. Wie angegeben wurde, sind flüchtige Koh-

beschriebenen Weise aufgewickelt wird. lenwasserstoffe aus dem Bindemittel ausgetrieben

Die Anbringung einer Anzahl von Drähten 68 an io worden, bevor die schraubenförmigen Windungen

den Rovings 12 hält die Rovings in einem Bündel. aus Messingdraht herumgewickelt wurden. In einem

um die nachfolgende Verarbeitung und das Formen in solchen Zustand ist das kontinuierliche Bündel bieg-

der Form 72 zu erleichtern. Die Drähte stellen ferner bar und nachgiebig, so daß es sehr einfach auf die

etwa 2 bis 4 Gewichtsprozent des Reibmaterials in Wickelform 90 aufgewickelt werden kann. Die par-

den Belag. Dies ergibt die gewünschte Reibfläche 15 allelen Glasfasern in dem Bündel sind in der Lage,

und bildet ein Mittel für den Wärmeübergang von der gewünschten Kontur 2:u folgen und übereinander-

der jeweiligen Oberfläche, die mit einem Reibele- gewickelt zu werden, um im wesentlichen sämtliche

ment in Berührung kommt, in das Innere des Mate- Räume in der Wickelform 90 auszufüllen,

rials. Die Windungen bzw. Wicklungen aus Messing-

Das kontinuierliche Bündel 49 wird, nachdem es 20 draht liegen an jeder Seite des Reibmaterials frei, da schraubenförmig umwickelt worden ist, auf Spulen sie sich rund um den äußeren Umfang der Glasfasern oder Trommeln in größeren Längen für den nachfol- in dem Bündel 49 erstrecken. Jede Faser bzw. jeder genden Gebrauch gespeichert. Fig. 7 zeigt schema- Faden, der an der Oberfläche freiliegt, erstreckt sich tisch den Arbeitsvorgang, durch den das kontinuier- auch tief in das Belagsmaterial hinein, da er das liehe Bündel 49 von einer Spule 88 abgezogen und 25 Bündel umgibt. Sie dienen dazu, das Bündel zu halspiralig auf eine sich drehende Wickelform 90 aufge- ten und Wärme zu übertragen. Fig. 10, die eine verwickelt wird. Diese Vorform besteht aus einem Paar größerte Schnittansicht im wesentlichen längs der Livon Platten 92, die auf eine drehbare Welle 94 mon- nie 10-10 in Fi g. 8 ist, zeigt die aus 6 bis 8 Rovings tiert sind. Die Platten sind axial in einem ausgewähl- hergestellten Bündel, die spiralig eins über dem anten Abstand voneinander angeordnet, der der ge- 30 deren aufgebaut worden sind. Die einzelnen Fasern wünschten Dicke der scheibenartigen Vorform gleich oder Fäden liegen weiterhin im wesentlichen parallel ist. Das kontinuierliche Bündel 49 beginnt rund um zueinander, ebenso wie zu dem Zeitpunkt, als sie die Welle 94 und wird langsam spiralig aufgewickelt, noch als Roving oder Strang vorlagen. Da das Bünwobei eine Lage auf der anderen mit ständig wach- del spiralig gewickelt worden ist, um den Körper der sendem Radius aufliegt und sich so die Scheibe aus- 35 Vorform zu definieren, sind die Fasern derart orienbildet. Alternativ dazu können die Bündel auch tiert, daß sie im wesentlichen bogenförmig mit einem wahllos bzw. vom Zufall abhängig aufgewickelt wer- allgemeinen Radius vom Zentrum aus liegen. Die den, wobei die Bündel bezüglich des jeweiligen mo- Verschleiß- oder Reibfläche des Kupplungsbelags mentane.n Radius, mit dem sie aufgewickelt werden, umfaßt Glasfasern, deren Seiten allgemein einem ständig variieren. 40 Reibkontakt mit einem Schwung- oder Treibrad aus-

Das ungehärtete, spiralig aufgewickelte scheiben- gesetzt sind.

artige Vorform-Material wird sodann von der Wik- Kontinuierliche bzw. ununterbrochene Glasfasern, kelform 90 entfernt. Durch die Reibung zwischen an- deren Seiten einem Reibikontakt ausgesetzt sind, bileinander angrenzenden und sich überlappenden Bün- den einen Kupplungsbelag, der gleiche oder bessere delteilen, die von dem Aufwickeln herrührt, hält es 45 Eigenschaften im Vergleich mit Asbestfasern aufsich selbst in Scheibenform. Die dem ungehärteten weist, sowie eine ausgeprägte Überlegenheit im Hin-Bindemittel anhaftende Klebrigkeit trägt zusätzlich blick auf die Rotationsfestigkeit,
dazu bei, daß das Bündel in seiner Lage festgehalten Es wurden eine Anzahl von Versuchen mit Kuppwird. Die ungehärtete Vorform wird sodann zwi- lungsbdägen identischer Größe durchgeführt; die Ersehen flachen Druckplatten unter einem Druck im 5° gebnisse dieser Versuche ergeben sich aus der nachBereich von 141 bis 176 kg/cm² angeordnet und bei folgenden Tabelle, wobei unter der Rotationsfestigeiner Temperatur von 160 bis 171° C während vier keit diejenige Festigkeitseigenschaft des Kupplungs-Minuten gehärtet. Diese Anfangshärtung härtet die belages zu verstehen ist, diedann, wenn die Kupplung Kunstharze bis zu einem Zustand, in dem sie nicht bei erhöhter Temperatur und bei Drehung um ihre fließfähig sind. Anschließend wird die teilweise ge- 55 Achse mit großer Winkelgeschwindigkeit betätigt härtete und verdichtete Vorform entfernt und einem wird, noch vorliegt. Zufolge der beim Kuppelvorgang Nachhärten unterworfen, um die Polymerisation der auftretenden Reibung müssen gute Haftfestigkeiten Harze zu vollenden. zwischen den Kupplungsflächen insbesondere auch Das Nachhärten umfaßt ein weiteres Aushärten bei hohen Temperaturen sichergestellt sein. Die Rounter reduziertem Druck für sechs Stunden bei 60 tationsfestigkeit eines Kupplungsbelages wird da-176,6° C und zwei Stunden bei 204,4° C. Nach durch bestimmt, daß man diesen derart auf einer Vollendung dieser Nachhärtung ist die gebildete Welle befestigt, daß diese Anordnung derjenigen in Scheibe so weit fertig, daß man gegebenenfalls noch einer Kupplung unter normalen Arbeitsbedingungen vorhandenen, durch das Ausformen bedingten Grat entspricht, daß der Kupplungsbelag erhitzt wird, entfernen und sie auf die geeignete Dicke schleifen 65 etwa auf 260° C und daß die Welle dann auf eine jekann. Der fertige Belag 96 ist mit Ansenkungen auf- weilige Umdrehungsgeschwindigkeit beschleunigt weisenden Nietlöchern 95 für die Aufnahme von wird bis der Belag bei einer meßbaren Umdrehungs-Vcrbinduniisnieten für die Befestiming der Belage an 7.1hl pro Minute zcrrcißl.

Es ist zu entnehmen, daß durch Kupplungsbeläge, die in der hierin offenbarten und beanspruchten Weise aus kontinuierlichen Glasfasern hergestellt wurden, die spiralig übereinander gewickelt wurden, eine ganz erhebliche Verdrehungsfestigkeit bei hohen Temperaturen gewährleistet wird. Unter Verwendung

von Glasfasern hergestellte Kupplungsbe zen gleiche oder bessere Verschleiß-, I Drehmomentübertragungseigenschaften, s ein wirtschaftlich überlegenes Reibmater len.

Rotationsfestigkeit in heißem Zustand ist gegeben bis zu (UpM)')

Asbest -)	Glas³)
⁴)	⁴)
8 558	12 450
8 442	13 283
7 500	12667
8 550	11817
7 567	12867
9 350	12 100
8417	11933
9 003	11 567
8717	12 267
9617	12033
8 283	11550
9717	12 500
9 183	12967
10333	12750
9 783	13 366
10 167	13 000
9 950	13 275
9 066	13 300
8 933	13033
8 650	13 250
9 258 8 280 9 750	Durchschnitt: 12614
10 383
10 234
Durchschnitt:
9 069

Es bedeutet

>) 260° C; Größe — 264X165X3,429 mm dick.

-) Asbestfasern kurzer Länge verschlungen mit Messingdraht.

³) Glasfasern in kontinuierlichen Bündeln, die schraubenförmig mit Messingdraht umwunden sind.

•>5> Jeder Zahlenausdruck stellt einen Durchschnitt von C Versuchsmustern dar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

dadurch erreicht, daß man als Faserbündel parallele,

endlose Glasfaserrovings verwendet, wovon mehrere

Patentanspruch: gemeinsam von einem Metallfaden schraubenförmig

umwickelt werden.

Verfahren zur Herstellung von scheibenförmi- 5 Die Verwendung endloser Glasfaserrovings in der gen Reibbelagen, bei dem man mehrere, Metall- schraubenförmig von Metallfaden umwickelten Form fasern enthaltende Faserbündel mit wärmehärt- erleichtert nicht allein die yerfahrensbedinguugen barem Bindemittel tränkt, dann auf einer Form bei der Herstellung von Reibbelagen sie vergrößert zu einer Scheibe wickelt, diese komprimiert und auch in einem erheblichen Umfang die Rotationsfedas Bindemittel unter Wärmezufuhr aushärtet io stigkeit solcher Beläge im heißen Zustand die insbe- und dann die Scheibe an ihren Oberflächen auf sondere für scheibenförmige Ausbildungsformen von die erforderliche Dicke abschleift, dadurch größter Wichtigkeit ist.

gekennzeichnet, daß man als Faserbündel Die Erfindung wird an Hand eines m der Zeich-

parallele, endlose Glasfaserrovings verwendet, nung dargestellten Ausführungsbeispiels naher erläuwovon mehrere gemeinsam vo.i einem Metallfa- 15 tert. Es zeigt

den schraubenförmig umwickelt werden. F i g. 1 eine Vorrichtung durch die mehrere konti

nuierliche Glasfaserrovings zu einem kontinuierlichen Bündel verarbeitet werden.
Fig.2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in