DE2406242A1

DE2406242A1 - Verfahren zum herstellen einer reibbelaganordnung

Info

Publication number: DE2406242A1
Application number: DE19742406242
Authority: DE
Inventors: Guenter Gerloff; Bernhard Huettermann
Original assignee: Jurid Werke GmbH
Current assignee: Federal Mogul Bremsbelag GmbH
Priority date: 1974-02-09
Filing date: 1974-02-09
Publication date: 1976-01-02
Also published as: AU7783475A; FR2260725A1; JPS50138032A

Description

Hamburg, den 6. Februar 1974 JIJPG 259 DT ^

Anmelder;

JURID WERKE GmbH,
Glinde bei Hamburg

Verfahren zum Herstellen einer Reibbelaganordnung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Reibbelaganordnung, wobei ein Metalle in fein zerteilter Form enthaltender Reibkörper gebildet und fest mit einer metallischen Trägerfläche verbunden wird.

Derartige Reibbelaganordnungen werden zur Umwandlung der kinetischen Energie in Wärme in Reibungsbremsen und -kupplungen eingesetzt. Es sind organisch gebundene und anorganisch, z. B. metallisch, gebundene Reibkörper bekannt, die als Beläge auf Trägern, z. B. Bremsbacken oder Kupplungslamellen, befestigt die Reibbelaganordnung ergeben.

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Organisch, gebundene Reibkörper enthalten anorganische Reib- und Füllstoffe, wie Asbest und Metalloxide oder -salze, sowie Metall-Pulver durch organische Bindemittel, z. B. Phenolharze, gebunden. Die Reibkörper werden aus der Mischung ihrer Bestandteile durch Walzen und Pressen und eine anschließende Wärmebehandlung hergestellt und durch Aufkleben oder Nieten auf dem Träger befestigt. Es ist auch bekannt, eine vorgefertigte Mischung auf einen Träger aufzupressen, worauf sich ebenfalls noch eine Wärmebehandlung anschließt. Die Reibbelagdicke bei den auf diese Weise gefertigten Reibbelaganordnungen beträgt meistens mehrere Millimeter. Bei den unter fiel laufenden Reiblamellen, z, B. in automatischen Getrieben, beträgt die Belagdicke vielfach nur einige hundertstel Millimeter, weil sogenannte Papierbeläge verwendet werden. In vielen Fällen ist es jedoch erwünscht, Reibbelaganordnungen mit einer noch geringeren Reibkörperdicke zu haben.

Metallisch gebundene Reibbeläge enthalten die reibungs- und/ oder gleitungsfördernden sowie die sonstigen, die Eigenschaften des Reibbelages beeinflussenden Stoffe in einer gesinterten, metallischen Bindung. Sie werden nach den Verfahren der Pulvermetallurgie aus einer Mischung von metallischen und nichtmetallischen Pulvern zusammengesetzt, auf einen Träger gebracht und in Durchlauf- oder Drucksinterofen gesintert» Die meistverwendeten Metalle sind Kupfer, Eisen, Blei und Zinn. Sie bilden die metallische Bindung für die die Reibeigenschaften beeinflussenden, nichtmetallischen Minerale, wie z. B. Graphit, Siliziumdioxid, Schwerspat und andere«, Da der gesinterte Reibbelag für sich genommen nicht die genügende Festigkeit aufweist,

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wird er auf- einen, stabilen, metallischen Träger aufgebracht» Es werden z. B. entweder durch Pressen des Pulvers hergestellte, flache Gebilde, die sogenannten Folien, auf Träger aufgelegt und dann im Drucksinterofen gleichzeitig fertiggesintert und mit den Trägern verbunden oder durch Aufstreuen des Pulvers auf Träger hergestellte Halbfabrikate im Durchlaufοfen zu Fertigprodukten, z. B. Brems- oder Kupplungslamellen, gesintert.

Der technische Fortschritt ist nun bei vielen Konstruktionen durch einen raumsparenden Aufbau, d. h. durch Verkleinerung der Abmessungen, gekennzeichnet. Bei Aggregaten, in denen Lamellen-Kupplungen oder -Bremsen mit gesinterten Eeibbelägen vorkommen, ließen sich vielfach verringerte Abmessungen durch Verminderung der Reibbelagdicke erreichen,, Obwohl die hohe Verschleißfestigkeit besonders der gesinterten Reibbeläge eine solche Verminderung zuließe, sind die Möglichkeiten dazu begrenzt, weil man mit den üblichen, genannten Preß- und Streuverfahren Auflagedicken von pulvermetallurgisch hergestellten Reibbelägen von unter 300 χ 1θ" meter nur mit erheblichen Aufwand erreichen kann«

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Weg anzugeben, wie Bauteile mit dünnsten Auflagen aus metallisch-mineralischen Pulvergemischen und gegebenenfalls organischer Bindung bis kleiner als 300 χ 10~ meter Belagdicke in gewünschter Gleichmäßigkeit und Maßhaltigkeit, insbesondere für die Verwendung als Reib-Lamellen in automatischen Getrieben, herstellbar sind.

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Mit elektrostatischen Beschichtungsverfahren ist es nun möglich, gleichmäßige Beschichtungen aus schlecht leitenden Sub-

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stanzen von einigen 10 bis zu einigen 10 meter Dicke zu

erzeugen.

Es sind zwar Verfahren bekannt, bei denen insbesondere im
inhomogenen, elektrischen Wechselfeld Träger auch mit influenzierten, leitenden Teilchen beschichtet werden; doch handelt es sich hier um nichtmetallische oder auch vorher mit adhäsiven, nichtmetallischen Stoffen beschichtete, metallische Träger, und die aufzutragenden Teilchen haften nur durch mechanische Adhäsion, auch macht sich eine starke Größenselektivität bemerkbar, sodaß die aufgebrachten Beschichtungen ungleichmäßig in der Dicke und vielfach nicht haltbar sind«

Es ist daher eine weitere Aufgabe der Erfindung, metallischmineralische Pulver, d· h. Pulvergemische mit hohem Metallgehalt und daher guter Leitfähigkeit, vermittels eines elektrostatischen Beschichtungsverfahren auf metallische Träger mindestens derart haltbar aufzubringen, daß sich gleichmäßige
Schichten ergeben, die gegebenenfalls weiteren Verfahrensgängen unterzogen werden können.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Metallteilchen
in einen dielektrisch polarisierbaren, pulverförmigeη Zustand gebracht, mit den übrigen pulverförmigen, polarisierbaren Bestandteilen vermischt und mit diesen zusammen im aufgeladenen Zustand in ein elektrostatisches Feld eingeführt werden, wobei der metallische Träger derart zu den im Feld befindlichen

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Teilchen entgegengesetzt aufgeladen ist, daß die Fläche elektrostatisch mit dem Gemisch beschichtet wird, worauf das Gemisch, auf der Fläche verfestigt wird.

Derartige Beschichtungen können in Schichtdicken zwischen einigen 10" und einigen 1O~ meter hergestellt werden, die mit den bisher bekannten Verfahren entweder gar nicht oder nur mit erheblichen Aufwand erreicht wurden.

Die Schicht wird vorzugsweise durch eine Wärmebehandlung verfestigt, die bei organisch gebundenen Belägen darin besteht, daß die Harzbindung ausgehärtet wird; bei metallisch gebundenen Belägen schließt sich an die Auftragung der Schicht eine Sinterbehandlung an.

Während man nach dem bekannten Preßverfahren der Pulvermetallurgie die sorgfältig gemischten Pulver zu Folien preßt und,.bei Lamellen, die auf jeder Seite einen Reibbelag aufweisen sollen, immer je zwei Folien und einen Träger im Drucksinterofen stapelt und sintert und schließlich die Lamellen noch spanlos oder spanabhebend nachbearbeitet, wobei Pressen und Bearbeitüngsmaschinen für jede Werkstücktype entsprechend eingerichtet werden müssen und zwischen den einzelnen Arbeitsgängen viel Stapelarbeit zu leisten ist, lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren elektrostatisches Beschichten und anschließende Wärmebehandlung im Durchlaufofen vorteilhaft zu einem kontinuierlichen Vorgang zusammenfassen» Hierbei wird sowohl Stapelarbeit als auch Rüstzeit gespart.

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Auch bei der Herstellung von Reibbelaganordnungen mit organisch gebundenen Reibkörpern lassen sich Beschichten und Wärmebehandlung zu einem kontinuierlichen Vorgang vereinigen. Bei mehrseitig zu belegenden !Teilen kann das Beschichten durch Aufsprühen vorteilhafterweise in einem Arbeitsgang geschehen.

Schließlich wird am teuren Beschxchtungsmaterial gespart, weil die Reibbelagdicke auf Größen zwischen einigen 10 einigen 10 meter abnimmt und der Mengenverlust des Beschichtungsmaterials minimal gehalten werden kann.

Zwei Methoden, die Metallteilchen in einem dielektrisch polarisierbaren Zustand zu bringen, haben sich als besonders günstig erwiesen.

Die eine besteht darin, die Metallteilchen mit einer elektrisch isolierenden Schicht zu überziehen, z.B. mit der Vorstufe solcher Harze, die nach Aushärtung das Bindemittel für den Reibkörper ergeben. Es ist auch vorteilhaft,solche organischen und anorganischen Stoffe zur Ummantelung zu benutzen, die Bestandteile enthalten, die sich als wirksame Komponenten in den Reibkörper einbauen lassen.

Die andere Methode besteht darin, die Metalle, die in dem fertigen Reibkörper enthalten sein sollen, in der Form ihrer reduzierbaren Verbindungen als polarisierbaren Bestandteil einzusetzen, was deswegen vorteilhaft ist, weil die Wärmebehandlung meistens mit reduzierenden Schutzgasen durchgeführt wird.

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Durch- die Wärmebehandlung, gegebenenfalls unter Schutzgas mit reduzierender Wirkung, wird das Metall als solches wieder hergestellt, die isolierenden Stoffe werden zum Teil ausgeschieden, zum Teil in die Reibeigenschaften vorteilhaft beeinflussende bestandteile verwandelt; außerdem wird die Belagschicht homogenisiert und ihre Haftfähigkeit am Träger in günstiger Weise verbessert. Durch die Ausscheidung der isolierenden Stoffe erhält die Schicht vielfach eine das Betriebsverhalten der Lamellen vorteilhaft beeinflussende Porosität, deren Maß durch entsprechende Führung der Wärmebehandlung beeinflußbar isto

Für die zeitweilige isolierende Beschichtung der metallischen Anteile der Reibbeläge haben sich zwei an sich bekannte Verfahals vorteilhaft erwiesen.

Für die Beschichtung der metallischen Teilchen mit organischen Stoffen in Form von Lack- oder Wachs-Überzügen kann man sich mit Vorteil der Koacervierungsverfahren bedienen, bei denen als Ergebnis das Material in Form von mit anderen Substanzen gut mischbaren Kügelchen vorliegt.

Ein weiteres Verfahren für die Beschichtung der metallischen Anteile, jedoch mit anorganischen Substanzen, ist das Fließbett-Verfahren; auch hier ergibt sich ein gut mit anderen Pulvern vermischbares, pulverförmiges Material»

In vielen Fällen hat es sich als ausreichend für die Entstehung einer gleichmäßigen Schicht erwiesen, wenn nur bis zu 50 VoIu-. men % der metallischen Pulver-Anteile mit der elektrisch isolie-

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renden Schicht versehen werden, wodurch Ersparnisse an Verfahrenskosten möglich sindj weil man praktisch nur soviel leitendes Material ummanteln muß, daß die Berührungswahrscheinlichkeit zweier leitender Teile im elektrischen Feld ausreichend klein ist. Da hierbei von der Teilchengröße und dem spezifischen Gewicht auszugehen ist, muß das Volumen-Verhältnis der Mischungsanteile berücksichtigt werden.

Anhand der folgenden Beispiele soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden:

Beispiel I

Es soll ein Reibbelag hergestellt werden, der aus

80 Gew.% Cu, h- Gew.% Sn, 4 Gew.% Pb, 6 Gew.% SiCL und 6 Gew.% C bestehen soll.

1. Das Cu wird in Form einer reduzierbaren Verbindung, z_oB_e als Cu_0, CuCO_, Cu(HCO-Jp oder ähnlich, eingesetzt und mit den anderen Bestandteilen vermischt.

2. Die Pulvermischung wird im elektrischen Feld auf einen metallischen Träger aufgesprüht.

3. Durch reduzierendes Sintern wird eine Bleibronzematrix gebildet, in die Siliziumdioxid und Graphit eingelagert sinde

Beispiel II

Der zustandekommende Reibbelag soll aus 94 Gew.% Bronze und 6 Gew.% Graphit bestehen.

1. Ein Bronzepulver aus einer CU/Sn-Bronze 89/11 wird in Phenol-Harz dispergiert bei einem Gewichtsverhältnis von 93 Gew.% Bronze und 7 Gew.% Harz. Das gefüllte Harz wird nach dem Aushärten pulverisiert.

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2ο Das Harzpulver wird im elektrostatischen. Feld auf den metallischen Träger gebracht.

3. Der beschichtete Träger wird im Durchlaufofen derart auf 650 C aufgeheizt, daß sich während der Sinterung gleichzeitig- aus dem Harz der.Graphit für den Reibbelag abscheidet.

Beispiel III

Der Reibbelag soll, wie bei I₁ aus

80 Gew.% Cu, k Gew.% Sn, *l· Gew_o% Pb, 6 Gew.tf SiO₂ und 6 Gew.% C bestehen und Porositäten aufweisen.

1. Nur der Cu-Anteil wird im Koacervierungsverfahren mit wasserlöslichem Wachs (z. B. 1550 Wachs /Chem. Werke Hüls) ummantelt.

2. Nach Zumischung der anderen Bestandteile erfolgt Beschichtung des metallischen Trägers im elektrostatischen Feld._o

3. Bei Sintern mit gesteuerter Dichte verdampft das Wachs und bleiben Porositäten erhalten.

Beispiel IV

Der Reibbelag soll aus

80 Gew.% Fe, 5 Gew.% Bi und 15 Gew.% C bestehen.

1. Fur der Fe-Anteil wird wie bei III ummantelt.

2. und 3. wie Beispiel III.

Beispiel V

Der Reibbelag soll aus

85 Gew.% Cu/Sn 89/11, 9 Gew.^ MoS₂ , 6 Gew.% MgO bestehen.

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1. Das Bronzepulver wird mit MgO + MoS im Fließbett ummantelt.

2. Das Pulver aus ummantelter Bronze wird im elektrostatischen Feld auf den metallischen Träger gebracht.

3. Bei der anschließenden Sinterung platzt die Ummantelung der Bronze, weil deren Ausdehnungskoeffizient größer als der des Mantelmaterials ist, und es bildet sich eine Bronze-Matrix, in der MgO und MoS eingelagert sind»

Beispiel VI

Es soll ein Reibbelag hergestellt werden, der aus Gew.% Phenol-Harz, 10 Gew.% Cu, 6 Gew.% C, k Gew.% Fe^,

Rest Asbest

bestehen soll. Asbest liegt in einer sehr kurzfaserigen Form vor, die unter dea Namen "Asbestine" im Handel ist. Die Korngröße der Mineralien ist kleiner als 60 χ 10 meter.

1. Das Cu-Pulver wird mit einer Vorstufe des fertigen Harzes ummantelt, wozu etwa ein Zehntel der einzusetzenden Harzmenge benötigt werden.

2. Nach Zumischung der anderen Bestandteile und des restlichen Harzes in der Vorstufe erfolgt Beschichtung im elektrostatischen Feld.

3. Bei der anschließenden Wärmebehandlung härtet das Harz aus, dabei festigt sich der Belag in sich und verbindet sich mit dem Träger.

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Der Grundgedanke eines erfindungsgemäßen Verfahrens besteht also darin, daß ein elektrostatisches Beschichtungsverfahren zur Erzeugung von Belägen mit gegenüber dem Stand der Technik verringerter Dicke für einen bedeutenden Anteil an Metallen enthaltende Pulvergemische dadurch anwendbar gemacht wird, daß wenigstens ein Teil der leitfähigen Pulveranteile als reduzierbare Verbindungen oder als mit nichtleitenden Stoffen überzogene Teilchen zusammen mit dem Rest des Pulvergemisches eingesetzt wird, und daß die an die Beschichtung anschließende Wärmebehandlung dazu dient, die Metalle als solche wieder herzustellen und die Beläge in sich und auf den Trägern zu befestigen. Die Isolierschicht auf den Metall-Partikeln kann vielfach durch die Wärmebehandlung zu einem Bestandteil des Belages werden. Elektrostatisches Beschichten und Wärmebehandlung lassen sich vorteilhafterweise in kontinuierlich aneinander anschließenden Verfahrensschritten ausführen«.

- ANSPRÜCHE -

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Claims

ntj/ -

ANSPRÜCHE

1-. Verfahren zum Herstellen einer Reibbelaganordnung, wobei ein Metalle in fein zerteilter Form enthaltender Reibkörper gebildet und fest mit einer metallischen Trägerfläche verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen in einen dielektrisch polarisierbaren, pulverföriaigen Zustand gebracht, mit den übrigen pulverförmi- gen, polarisierbaren Bestandteilen vermischt und mit diesen zusammen im aufgeladenen Zustand in ein elektrostatisches Feld eingeführt werden, wobei der metallische Träger derart zu den im Feld befindlichen Teilchen entgegengesetzt aufgeladen ist, daß die Fläche elektrostatisch mit dem Gemisch beschichtet wird, worauf das Gemisch auf der Fläche verfestigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfestigung der auf den Träger gebrachten Schicht durch eine Wärmebehandlung erfolgt_o

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem zu bildenden Reibkörper enthaltenen Metalle durch Verwendung in der Form von reduzierbaren Verbindungen in einen polarisierbaren Zustand gebracht werden und die verfestigende Wärmebehandlung so geführt wird, daß gleichzeitig mit der Verfestigung der Schicht die Metallverbindungen zu Metallen reduziert werden.

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k. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die üetallteilchen durch überziehen mit einer elektrisch isolierenden Schicht in einen polarisierbaren Zustand gebracht werden,,

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen mit einer organischen, elektrisch iso lierenden Überzugsschicht versehen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen mit aushärtbaren Harzen überzogen werden, die nach der aushärtenden Wärmebehandlung das Bindemittel für den Reibkörper bilden,,

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verfestigende Wärmebehandlung so geführt wird, daß die organischen Überzugsstoffe verdampfen und die gebildete Schicht sich durch Zusammensintern der Metallteilchen verfestigt.

8. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die verfestigende Wärmebehandlung so geführt wird, daß gleichzeitig die organischen Überzugsstoffe mindestens teilweise graphitisiert werden und die gebildete Schicht sich durch Zusammensintern der Metallteilchen unter Einschluß des Graphits verfestigt«

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9ο Verfahren nach Anspruch. *f, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen mit einer anorganischen, elektrisch isolierenden Überzugsschicht versehen werden,,

10. Verfahren nach einem der Ansprüche h- bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß nur bis zu 50 Volumen % der metallischen Pulver-Anteile mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen werden«,

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß mehrseitig zu belegende Träger auf al len tragenden Flächen gleichzeitig elektrostatisch beschichtet werden.

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