DE2300375C3

DE2300375C3 - Bremsbeläge

Info

Publication number: DE2300375C3
Application number: DE19732300375
Authority: DE
Inventors: William John East Brunswick N.J. D'alessandro (V.St.A.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1972-01-06
Filing date: 1973-01-05
Publication date: 1976-10-28

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bremsbeläge, insbesondere für Fahrzeuge, die durch lange Gebrauchsdauer gekennzeichnet sind und eine sehr gute Bremswirkung liefern. Aufgrund ihrer ausgezeichneten Eigenschaften können die erfindungsgemäßen Bremsbeläge den starken Belastungen widerstehen, die häufig beim Abbremsen von Hochgeschwindigkeits-Fahrzeugen auftreten.

Seitdem in zunehmendem Maße Motorfahrzeuge hergestellt werden, die größer sind und höhere Geschwindigkeiten erreichen als je zuvor, steigt auch der Bedarf an wirksamen Bremssystemen für diese Fahrzeuge, d. h. Bremssystemen, deren Beläge auch bei verhältnismäßig hohen Temperaturen eins gute Bremswirkung zeigen. Verhältnismäßig hohe Temperaturen entstehen, wenn der Bremsbelag längere Zeit mit der Bremstrommel oder Bremsscheibe in Berührung steht.

Die bisher üblichen Bremsbeläge werden im allgemeinen hergestellt, indem man Zusammensetzungen aus einem wärmehärtenden Harz, das als Bindemittel dient, und den sogenannten Reibteilchen, die den Belägen oder Reibelementen Reibeigenschaften und Festigkeit verleihen, zu geeigneten Gegenständen verformt oder anderweitig verarbeitet.

Ein Nachteil der bekannten, die oben beschriebenen Reibelemenle aufweisenden Bremssysteme ist darin zu sehen, daß diese Systeme ihre Wirksamkeit einbüßen. Diese Systeme sind durch die Unfähigkeit gekennzeichnet, auch bei wiederholter und längerer Betätigung der Bremsen einen relativ konstanten, hohen Reibungsgrad (ausgedrückt als »Reibungskoeffizient«) beizubehalten und gleichzeitig eine annehmbare Abriebfestigkeit zu zeigen.

Aufgabe der vorliegende Erfindung ist nun die Schaffung von Bremsbelägen mit ausgezeichneter Lebensdauer, d. h. solche, die Verschleißfestigkeit und sehr gute Bremswirkung, die an ihrem relativ stabilen Und hohen Reibungskoeffizienten erkennbar ist, aufweisen. Außerdem vermindern die erfindungsgemäßen Bremsbeläge die beim Betätigen der Bremsen auftretenden Geräusche, zeigen gute Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Eindringen von Wärme und somit verringerten Wärmeabbau, sind durch sehr gute Dimensionsfestigkeit gekennzeichnet und neigen keine Wasser- und ölabsorption, wodurch die Bremswirkung

unter »nassen« Bedingungen verbessert wird.

Die erfindungsgemäßen Bremsbeläge basieren auf

Zusammensetzungen, die ein wärmehärtendes Harz als Bindemittel. Reibteilchen und Mikrokügelchen in

S solchen Mengen umfassen, daß die Reibeigenschaften der Zusammensetzungen verbessert werden.

Die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen zeigen die Testleistungen der erfindungsgemäßen Bremsbeläge in Relation zum Reibungskoeffizienten. Die zusammen mit einem wärmchärtenden Harz-Bindemittel und Reibteilchen verwendeten Mikrokügel-

- chen sind bekannte, aus Phenolharz, Glas oder Vinylidenchlorid-Acrylnitril-Harz hergestellte Produkte.

'5 Beispiele für geeignete wärmehärtende Harze sind die phenolischen Harze, wie Phenolformaldehyd-Harze u.dgl.; Formaldehydharze, wie Harnstoff-Formaldehyd, Melamin-FormaJdehvd u.dgl.: Alkydharze: Polysiloxanharze: Epoxyharze u. dgl.

Reibteilchen, die zusammen mit einem Bindemittel und Mikrokügelchen /u den erfindungsgerräßen Zu sammensetzungen verarbeitet werden, sind wärmeleste Materialien oder eine Mischung von Materialien, die den Zusammensetzungen und somit den daraus hergestellten Reibelementen beim Pressen gegen eine Oberfläche einen annehmbaren Reibungskoeffizienten verleihen, ohne daß die Oberfläche merklich abgerieben oder abgetragen wird.

Beispiele für Reibteilchen sind fadenartige Materialien, wie anorganische Fasern, z. B. Asbestfasern, Stahlwollfastrn, Bronzefasern, Glasfaser u. dgl.; organische Fasern, wie celluloseartige Fasern, Polyacrylnitrilfasern u. dgl., die durch Wärmebehandlung unschmelzbar gemacht wurden. Besonders geeignete fadenartige Materialien sind die Asbestfasern der USA-Patentschrift 34 55 868. Andere geeignete wärmefeste Materialien sind körnige Materialien, wie Bariumsulfat, Korkstaub, Kieselerde, Glimmer, Metallteilchen, Ton, Bleioxyd, Calciumoxyd, Zinkoxyd, Zinkstaub, Graphit, Molybdändisulfid, Eisenoxyd, »Cardolitew-Harze, die gemäß USA-Patentschrift 23 17 587 als Reaktionsprodukte aus einem Aldehyd und Cashewnußschalenöl erhalten werden, u. dgl.
Die organischen Bindemittel in den Zusammenset· zungen zur Herstellung von Bremsbelägen sind wärmehärtende Harze, wie die Arylimidharze; die Polyepoxyde insbesondere der USA-Patentschrift 35 46 169; die Polyester der USA-Patentschrift 29 57 843; die phenolischen Harze insbesondere der

USA-Patentschrift 34 55 868, sowie die mit öl modifizierten phenolischen Harze, die durch Kondensation einer Mischung aus einem Phenol, einem Aldehyd und einem trocknenden öl, wie Leinsamenöl, Tungöl, Rizinusöl, Sojabohnenöl od. dgl., erhalten werden. Den wärmefesten, wärmehärtenden Harzen können auch thermoplastische Harze zugesetzt und diese Mischungen dann gemäß USA-Patentschrift 34 55 868 als Bindemii tel verwendet werden.
Das organische Bindemittel wird in solchen Mengen angewendet, daß die Reibteilchen und Mikrokügelchen zu einer einheitlichen Masse verbunden werden. Die hierzu erforderliche Menge variiert und hängt zum Teil von der Menge und der Art der verwendeten Reibteilchen und Mikrokügelchen ab. Im allgemeinen beträgt die Menge an Bindemittel etwa 5 bis etwa 49 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 10 bis etwa 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, d. h. das Gewicht von organischem

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Bindemittel, Reibteilchen und Mikrokügelchen.

Wie bereits ausgeführt, werden die Mikrokügelchen in solcher Menge verwendet, daß die Reibungseigen schäften der Zusammensetzung verbessert werden. Im allgemeinen liegt diese Menge zwischen etwa 0,1 und etwa 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen etwa 0,2 und etwa 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

Das Mischen der Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen kann mittels des »nassen« Verfahrens der USA-Patentschrift 34 55 868 oder des sogenannten »trockenen« Verfahrens erfolgen, bei dem die Komponenten in einen Mischbehälter gegeben und in einer Farb-Schültelvorriehtung sorgfältig miteinander gemischt werden.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können durch bekannte Verfahren, wie sie z. B. in den nachfolgenden Beispielen beschriebe:·, sind, zu Bremsb'eijgen verformt werden. Diese Bremsbeläge können in Kränen für schwere Lasten, Aufzügen und Fahrzeugen aller Art einschließlich Automobile, Flugzeuge, Eisenbahnwagen u. dgl. Verwendung finden.

Es wird hier ausdrücklich auf die Offenbarungen in den genannten Patentschriften hingewiesen. Falls erwünscht, können auch Mischungen der angeführten Materialien verwendet werden.

Es wurde eine Anzahl von Zusammensetzungen hergestellt und zu Platten verforml, worauf Proben dieser Platten auf ihre Bremswirkung und GeVauchsdauer untersucht wurden. Zur Herstellung dieser Zusammensetzungen wurden die jeweiligen Komponenten in einen Behälter gegeben, der einen Reibkopf mit 3 Gummistopfen aufwies, die zum Mischen der Maierialien beitrugen und eine übermäßige Zerkleinerung der Fasern verhinderten. Jeder Behälter wurde sorgfällig in einer Farb-Schüttelvorrichtung geschüttelt. Dann wurde jede Zusammensetzung in der für die gewünschte Dichte des verformten Endproduktes ausreichenden Menge in eine halbpositive, ein bestimmtes Volumen fassende Form (Hohlraum etwa 53 ecm) gegeben und unter folgenden Bedingungen zu Platten einer Größe von 5 cm χ 15 cm χ 7,94 mm verformt:

Verformungszyklus 15 Minuten
Temperatur 149° C

Druck 140 kg/cm²

Gas-Entlüftung nach 1,3,5 und 7 Minuten

Jede Platte wurde außerdem wie folgt nachgehärtet:

4 Stunden bei 149°C
4 Stunden bei 182°C

Aus jeder Platte wurden Proben einer Größe von 2,5 cm χ 2,5 cm χ 6,35 mm geschnitten und auf ihren Reibungskoeffizienten und ihre Verschleißfestigkeit untersucht. Die Prüfung erfolgte mil einer Hochleistungs-Reibungstestvorrichtung. Diese Vorrichtung besitzt eine rotierende Metalltrommel, die von einem mit variabler Geschwindigkeit arbeitenden Motor angetrieben wird. Ein Thermoelement zwischen Testtrommel und Motor mißt die Temperatur der Trommel, die durch äußere Heizvorrichtungen und Druckluflkühlung reguliert wird. Von dem Instrumentenbrett der Vorrichtung können die Temperatur dsr Trommel, die Reibungskraft zwischen der rotierenden Trommel und der stationär gehaltenen Probe sowie die angewendete Kraft abgelesen werden.

Vor dem Test wurde die Oberfläche der rotierenden Trommel gereinigt und mit Sandpapier behandelt. Außerdem wurde jede Probe so lange gegen die Oberfläche der mit 4,57 m/sec rotierenden und auf 93*"C erwärmten Trommel'gehiiiten,, bis die Oberfläche der Probe glatt war. Dann wurde" vor Beginn des Tests Gewicht und Dicke der Proben gemessen.

Der Test wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

45

5°

55

60

Konstante Reibungskraft	15.9 kg
Konstante Geschwindigkeit	6,1 m/scc.
der Trommel
Kraftaufnahme	konstant bei 1,27 PS
Dauer des Tests	19 bis 20 Minuten
Temperatur der Trommel	149 bis 482' C
(Betrieb bei Standard-
Tronimelerhitzungsge-
schwindigkcit)

Die erhaltenen Werte dienten zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten innerhalb eines Temperaturbereiches von 149 bis482'C. Diese Reibungskoeffizienten wurden dann in die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen eingesetzt.

Nai'h dem Rest wurden erneut Gewicht und Dicke der einzelnen Proben gemessen und die Gebräuchsdauer als Durchschnitt aus prozentualem Gewichtsverlust und prozentualer Dickeverminderung aufgezeichnet. Je niedriger dieser »Prozentsatz«, um so besser ist die Gebrauchsdauer der Probe.

Nachstehend werden die untersuchten Zusammensetzungen und die erzielten Ergebnisse zusammengefaßt. Die Mengen sind jeweils in Gewichtsteilen angegeben.

Zusammensetzung A

Asbestfasern 60

Bariumsulfat 10

Harz aus Aldehyd und Cashewnußschalenöl 10

Phenolformaldehyd-Binder 19

Phenolische Mikrokügelchen 1

Zusammensetzung B

Asbestfasern >60

Bariumsulfat 10

Harz aus Aldehyd und Cashewnußschalenöl 10

Phenolformaldehyd-Binder 18

Phenolische Mikrokügelchen 2

Zusammensetzung C

Asbestfasern (5ü

Bariumsulfat !10

Harz aus Aldehyd und Cashewnußschalenöl SO

Phenolformaldehyd-Binder 16

Phenolische Mikrokügelchen 4

Zusammensetzung D

Asbestfasern 39,7

Bariumsulfat 9,9

Harz aus Aldehyd und Cashewnußschalenöl 9.9

Phenolformaldehyd-Binder 18.9

Glas-Mikrokügelchen l.h

Zusammensetzung E

Asbestfasern 59.5

Bariumsulfat 9.8

Harz aus Aldehyd und Cashewnußschalenöl 9.8

Phenolformaldehyd-Binder 17.8

Glas-Mikroküeelchen "»1

23 OO Zusammensetzung A
Zusammensetzung B
Zusammensetzung C
Zusammensetzung D
ίο Zusammensetzung IE
Zusammensetzung I-'
Zusammensetzung G
Zusammensetzung H
Vergleich 1
Vergleich I
Vergleich I

>5

Zusammensetzung F ** , Tcstergebnissc

Asbestfasern 58,7 .

,Bariumsulfat 9,7 Proben

Harz aus Aldehyd und Cashcwnußschälcnöl ,9,8

Phenolformaldehyd-Bindcr ■ 15,8

Glas-Mikrokügelchen . 6,0

Zusammensetzung G

Asbestfasern 60,5

Bariumsulfat .., , 10,1 I laiv aus Aldehyd und Cashewnußschalenöl 1Ö.1

Phcnolformaldchyd-Binder 19,1 Mikrokügelchen aus Vinylidcn-

chlorid-Acrylnitril-Harz 0,2

Zusammensetzung H

Asbestfasern 62.0

Bariumsulfat 10,3 Harz aus Aldehyd und CashewnuDschalenöl 10.3

Phenolformaldehyd-Binder 16,7 Mikrokügelchen aus Vinylidcn-

chlorid-Acrylnitril-Harz 0,7

Vergleich 1

Asbestfasern 60

Bariumsulfat 10

I iarz aus Aldehyd und Cashewnußschalenöl 10

Phenolformaldehyd-Binder 20

Die verwendeten Asbeslfasern erhielten nach dem Qucbcc-Screen-Tcst die Bewertung 7 (j. G. Ross; Canadian Department of Mines Branch No. 707, S. 50 bis 51,1931; überarbeitet Dezember 1942).

Als Bariumsulfat wurde ein pulverförmiges Material einer Teilchengröße von etwa 325 mesh (0,044 mm) verwendet.

Der Phenolformaldehyd-Binder war ein Phenolformaldchyd-Novolakharz mit einem durchschnittlichen

Molekulargewicht von etwa 590, das 9,1 Gewichtspro-

zciil Hexamethylentetramin enthielt. 4° 95 g

Die phenolischen Mikrokügelchen wurden aus einem 89 g Phenolformaldehydharz hergestellt 80 g

ij/ccnv .||Abricb·;·. {verlust*, i%t

1,80	' I&5¹	₍ '.
1,68	1*9,0
1.50	- . l&
1.80 „	= "M
1.68
1,50	' ' ' 5jQ*
1.80	7.6
1,50	13.0
1,80	9,0
1,68	13,5
1.50	22,0

Die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen zeilen deutlich, daß die erfindungsgemäßen Bremsbeläge eine wesentlieh konstantere Bremswirkung, d. h. einen wesentlich stabileren Reibungskoeffizienten, besitzen ails Bremsbeläge der gleichen Dichte, die keine Mikrokügelchen enthalten.

Die Werte, auf denen die Fig. 1 und 2 beruhen.

wurden mit Bremsbelägen ermittelt, die phenolischc Mikrokügelchen enthalten. Bei Verwendung von Mikrokügelchen aus Glas oder einem Vinylidenehlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisat an Stelle der phenolischen Mikrokügelchen werden ähnliche Ergebnisse erzielt.

Bei Herstellung der Platten, aus denen die Proben geschnitten wurden, konnte folgende Beziehung zwischen der in die Form gegebenen Materialmenge und der Dichte des fertigen Gegenstandes festgestellt werden:

Beschickungsmenge für
alle genannten Zusammensetzungen

Dichte der geformten Planen

1.80 g/cem 1,68 g/'cem 1,50 g/cem

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

23 OO 375 Patentansprüche:

1. Bremsbeläge aus einem wärmehärtenden Harz als Bindemittel und Reibteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Verbesserung der Reibungseigenschaften und der Lebensdauer 0,1 bis 30 Gewichtsprozent Mikrokügelchen, und zwar aus Phenolharz, Glas oder Vinylidenchlorid-Acrylnitril-Harz enthalten.

2. Bremsbeläge nach Anspruch 1.,. dadurch gekennzeichnet, daß, sie etwa 0,2 bis etvira 15 Gewichtsprozent Mikrokügelchen enthalten.