DE2535526A1 - Asbestfreier bremsbelag, insbesondere fuer hochbeanspruchte pkw- und lkw-kupplungs- und/oder trommel- und scheibenbremsbelaege - Google Patents

Description

• Asbestfreier Bremsbelag, insbesondere für hochbeanspruchte PKW- und LKW;Kupplungs- und/oder Trommel- und Scheibenbrem6-beläge Die Erfindung bezieht sich auf einen asbestfreien Reibbelag, insbesondere für hochbeanspruchte PKW- und LKW-Kupplungs-und/oder Bremsbeläge mit organisch gebundener Metallwolle und für diesen Zweck gebräuchliche Zusatzstoffe als Reib-und Gleitstützer.
• Bekannte und gebräuchliche Reibwerkstoffe bestehen aus als Reibungsträger dienenden Füllstoffen und in der Regel Asbestfasermaterial, die häufig mit organischem Bindemittel, zum Beispiel hitzehärtenden Kunstharzen gebunden sind. Bei aus diesem bekannten Material hergestellten Reibbelägen ergeben sich im allgemeinen günstige Reibeigenschaften. Als nachteilig ist dabei die gesundheitsgefährdende und umweltschädi gende Wirkung von Asbestfasern anzusehen. Es besteht Bedarf an asbestfreien Reibbelägen, die den Materialanforderungen, die insbesondere für solche PKW- und LKW-Kupplungs- und/oder Trommel-und Scheibenbremsbeläge gestellt werden, zu genügen vermögen.
• Es ist bereits die Verwendung von Metallwolle als alleiniges oder im wesentlichen alleiniges Fasermaterial in organisch gebundenen Reibkörpern für Brems- und Kupplungszwecke vorgeschlagen worden (DT-PS 767 170). Diese bekannten Reibbeläge genügen den heutigen Anforderungen jedoch nicht mehr.
• Bei den hohen Terrperaturen, sehr hohen Gleitgeschwindigkeiten und/oder hohen Flächenpressungen, wie sie in den modernen Bremsaggregaten aufzutreten pflegen, befriedigen die Reibeigenschaften dieser bekannten asbestfreien Beläge nicht sehr.
• Zwar ist die Wärrtebeständigkeit dieser Beläge besonders gut, aber sol ReiXwericstoffe greifen die Gegenreibfläche sehr stark an, insbesondere dann, wenn diese aus einem Gußeisen, das lamellaren Kohlenstoff enthält, besteht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisherigen Nachteile zu beheben und einen asbestfreien Bremsbelag, insbesondere für hochbeanspruchte PKW- und LKW- Kupp lungs-oder Bremsbeläge zu schaffen, der gute Reibungseigenschaften aufweist und keinen Angriff des Gegenmaterials zeigt.
• Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Bremsbelag der eingangs angegebenen Art, der organisch gebundene Metallwolle und für diesen Zweck gebräuchliche und bekannte Zusatzstoffe als Reib- und Gleitstützer enthält, und der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß darin neben 8 bis 15 Gew.-% an organischem Bindemittel und 0 bis 10 Gew.-% an Reib- und Gleitstützer-Zusatzstoffen 5 bis 65 Gew.-% an Metallwolle, 10 bis 75 Gew.-% an Oxid- und/oder Sulfidverbindungen von Nidhteisen- Schwermetallen und 2 bis 20 Gew.- % an Kohlenstoff vorhanden sind. Wenn als Metallwolle Stahlwolle eingesetzt wird, hat sich ein solcher erfindungsgemäßer Reibbelag als besonders vorteilhaft erwiesen, der 5 bis 55 Gew.-% an Stahlwolle zus ammen mit 20 bis 65 Gew.-% an Cu0 und 2 bis 20 Gew.-% Koks zusammen mit den 5 bis 15 Gew.-% an organischem Bindemittel enthält.
• Einen besonders geringen Gegenangriff weisen, wie gefunden wurde, solche erfindungsgemäßen Reibbeläge auf, die als Nichteisen-5 chweritetall-Ve rbindung Antimonsulfid (Sb2S5) enthalten. Zweckmäßig ist das Antimonsulfid in einer Menge von 10 bis 55 Gew.-% zusammen mit 10 bis 20 Gew.-% Koks in dem daneben 5 bis 60 Gew.-% Stahlwolle und 8 bis 15 Gew.-% an organischem Bindemittel enthaltenden Reibbelag vorhanden.
• Uberraschend wurde gefunden, daß ein Reibbelag auf Basis von organisch gebundener Metallwolle, wenn er als Zusatz ein Gemilch aus Kohlenstoff, beispielsweise Koks, und Oxid- und/ oder Sulfid-Verbindungen von Nichteisen-Schwermetallen enthält, einen Angriff des Gegenmaterials auch unter hohen Anpreßdrücken und hohen Temperaturen nicht mehr zeigt.
• Ohne daß die Anmelderin dies bisher im einzelnen theoretisch untersucht hat, nimmt sie an, daß sich bei den erfindungsgemäßen Reibbelägen während des Reibvorganges Reaktionen 2wiscin den im Reibmaterial enthaltenen Metalloxid- bzw.
• Metallsulfid-Verbindungen und dem Kohlenstoff abspielen, die möglicherweise den beim Rösten sulfidischer oder oidischer Erze ablaufenden Vorgängen ähneln. Damit wird möglicherweise die den Gegenangriff fördernde stellenweise örtlidie Überhitzung des Belags "verbraucht", so daß die in der Belagmasse enthaltene Metallwolle nicht ungleichmäßig heiß wird. Da Metallwolle, was an sich erwünscht ist, besonders gut wärmeleitend ist, nimmt sie die beim Bremsvorgang entstehende Wärme auch sehr rasch auf. Dies führt jedoch andererseits dazu, daß an den Stellen örtlicher Uberhitzung die in dem angrenzenden Bereich des Reibmaterials vorhandene Metallwolle vergleichsweise sehr heiß wird und in diesem Zustand das Gegenmaterial besonders stark angreift. Offenbar lassen sich diese Unregelmäßigkeiten durch die Belagzusammensetzung des erfindungsgemäßen Belags vollständig ausgleichen.
• Als Metallwolle kann unlegierte oder legierte Stahlwolle, Aluminiunwolle, Messingwolle und sonstige gebräuchlicherweise im Handel erhältliche oder verfügbare Metallwolle eingesetzt werden. Stahlwolle wird gewöhnlich in langen Strähnen von Band oder Draht durch Zerspanen gewonnen und in den meisten Fällen auf die gewünschten Längen zerkleinert, z.B. gehäckselt. Diese Stahlfaser ist relativ zerklüftet und spratzig und läßt sich, vorzugsweise in Faserlängen von 0,5 bis 5 mm, Faserstärken von 0,01 bis 0,1 mm und Faserbreiten von 0,05 bis 0,15 mm mit den übrigen Zusatzstoffen in der Reibbelag-Mischung relativ gleichmäßig verteilt halten. Besonders vorteilhaft hat sich für die erfindungsgemäßen Zwecke Stahlwolle der Graduierung 0, 1 oder 2 erwiesen. Man kann auch Stahlwolle-Qualitäten einsetzen, die als feinste Stahlfasern z.B. aus dem bei der Stahlbledifabrikation anfallenden Schleifstaub gewonnen werden. Dazu trennt man z.B. durch Zentrifugieren und Ultraschall-Reinigung das im Schleifgut enthaltene 51 und durch einen geeigneten Siditvorgang den vom Abrieb der Schleifbänder stammenden Anteil an Korund und sonstigen Verunreinigungen von den Metall fasern ab. Es bleiben feinste, meist gekrümmte Stahlfasern mit aufgerauhter Qberfläche, die die zuvor angegebenen Abmessungen haben, zurück, und diese lassen sich in den erfindungsgemißen Reibbelägen vorteilhaft einsetzen.
• Als Bindemittel können die für Reibbelag-Zwecke bekannten Materialien, in der Regel organische Polymere oder Polymer- Gemische verwendet werden. Es eignen sich insbesondere Duroplaste, wie Phenol-Formaldehyd-Harze, Harnstoff-Harze, MelamiDnrEarze, Epoxid-Harze, Polyurethane, Polyester oder Polyfluorcarbone.
• Als Oxids und Sulfid-Verbindungen von Nich teisen- Schwe rme tallen lasse sich besonders vorteilhaft die energiereichen Oxide bzw Sulfide solcher Metalle, wie Cu(II)-Sulfid, Cu(II)-Oxid, Sb2S5, Sb2S3, PbS, PbO, einsetzen. Es empfiehlt si ch, die Oxid- und Sulfid-Verbindungen in möglichst kleiner Korngröße, vorteilliaft mit Korngrößen von etwa 5 bis 80 /um zu verwenden. Dadurch wird bei der Formulierung des Reibwerkstoffgemisches eine besonders homogene Vermischung der MetalloxidundZoder Metallsulfid-Teilchen mit den Kohlenstoff-Teilchen und eine vorteilhaft gleichmäßige Verteilung dieses Teilchengemisches auf den Faseroberflächen der Metallfaser erreicht, was, wie gefunden wurde, anscheinend den Ablauf der zuvor bes chriebenen aktionen zwischen den Komponenten unter der Einwirkung der beim Bremsvorgang entstehenden Wärme fördert.
• Der Kohlenstoff kann grundsätzlich in beliebiger Form als natürlicher oder synthetischer Graphit oder Ruß verwendet werden. Besonders vorteilhaft hat sich der Zusatz von Kohlenstoff in Form von Koks in fein zerkleinertem Zustand, möglichst in Korngrößen von 30 bis 500 um erwiesen. Zweck mäßig setzt man den Koks in mindestens derjenigen Menge zu, die zur Reduktion der vorhandenen Menge an energiereicher Oxid- bzw. Sulfid-Verbindung in den energieärmeren Zustand erforderlich ist.
• Durch Variation der relativen Zusatzmengen an Sulfidverbindung bzw. Oxidverbindung bzw. Kohlenstoff läßt sich, wie festgestellt wurde, das Reibverhalten des aus solchen Gemischen gefertigten Reibbelag in gewisser Weise beeinflussen. Ein relativ hoher Anteil an Sulfid-Verbindung ergibt einen gleichmäßigen Reibwert, ein gutes Fading-Verhalten und einen relativ niedrigen Belagverschleiß. Wenn man neben relativ mehr Sulfidverbindung einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt und einen kleinen Oxidanteil verwendet, kann man den Reibwert etwas erhöhen, und wenn man Oxid-Verbindung in relativ größerer Menge einsetzt, erzielt man noch wesentlich höhere Reibwerte. Jedoch wird, wenn die vorhandene Menge an Kohlenstoff wesentlich geringer wird als die zur Reduktion der Oxidverbindung erforderliche Menge, der höhere Reibwert auf Kosten eines höheren Belagverschleißes erzielt.
• Zur Beeinflussung der Reib-, Gleit-, Festigkeits- und thermischen Eigenschaften können gewüns chtenfalls sonstige beliebige der für diese Zwecke dem Fachmann bekannten Zusätze, wie beispielsweise Kaolin, Talkum, Aluminiumoxid, Magnesiums oxid, Mullit, Calciumhydroxid, Bariumhydroxid oder -sulfat, Zinkoxid, Molybdändisulfid und dergleichen einschlägig bekannte Substanzen mitverwendet werden.
• Die erfindungsgemäßen Reibbeläge zeichnen sich dadurch aus, daß sie neben guten reibtechnischen Eigenschaften einen sehr geringen Verschleiß haben und das Gegenmaterial praktisch nicht angreifen. DEr weitere und grundsätzliche Vorteil besteht darin, daß aufgrund der Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Reibbeläge kein asbesthaltiger Abriebstaub an die Umgebung abgegeben wird.
• Beispiel Mit einer Stahlwolle der Graduierung 0 mit durchschnittlicher Stärke der Stahlfasern von 0,05 mm, durchschnittlicher Breite von 0,10 mm und durchschnittlicher Länge von 3,0 mm, die in Form von feinen grauen Spänen von einem Stahldraht mit den nachfolgenden Analysendaten abgespannt war: Eisengehalt über 99 Gew.-% Kohlenstoffgehalt 0,09 - 0,15 " Mangangehalt 0,70 - 1,00 " " Phosphorgehalt max. 0,08 " Schwefelgehalt max. 0,04 " Kupfergehalt max. 0,15 " Drahthä rte 270 - 300 HB Drahtzugfestigkeit 100 - 110 kg/mm2 wurden die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Belag Gemis ch-Rezepturen formuliert.
• Die Bestandteile wurden für jeden Rezeptur-Ansatz 20 Minuten lang innig vermischt, anschließend unter einem Preßdruck von 2 Np/cm2 verpreßt und bei 2000C ausgehärtet.
• Die so gewonnenen Beläge erwiesen sich besonders geeignet für PKW- und LKW-Kupplungen und Bremsen, speziell für schwere LKW, Hänger und Busse, für die besonders gute Thermostabilität und sehr gute Verschleißfestigkeit bei mittlerem Reibwertniveau gewünscht werden.
• In der beiliegenden Zeichnung ist ein erfindungsgemäßer Bremsbelag beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 perspektivisch einen Belagzuschnitt, in dem ein Ausschnitt angebracht ist, und Fig. 2 vergrößert einen Teil des Ausschnitts aus Fig. 1.
• Der Bremsbelag 10, aus dem der Zuschnitt besteht, enthält, wie insbesondere deutlich aus Fig. 2 zu ersehen ist, darin verteilt gleichmäßig durch das Material hindurch angeordnet die Metallwolle 11, die Oxid- und/oder Sulfidverbindungen 12 und den Kohlenstoff 13 in dem organischen Bindemittel.
• T A B E L L E Rezeptur Bestandteile in Gew.-% Nr. Metallwolle Kohlenstoff Oxid- Sulfid- Bindemittel Füllstoffe verbindung 1 Stahlwolle Graphit - Sb2S5 Phenolharz Magnesiumoxid 60 15 13 10 2 2 Stahlwolle koks CuO - Kresolharz Magnesiumoxid 55 20 10 12 3 3 Aluminiumwolle Grapbnit CuO Cus Phenolharz Mullit 50 15 4 12 14 5 4 Stahlwolle Naturgraphit CuO Sb2S5 Phenolharz Aluminiumoxid 20 20 5 20 15 20 5 Stahlwolle Graphit PbO PbS Kresolharz Zinkoxid 35 10 15 20 12 8 6 Stahlwolle Naturgraphit CuO Sb2S5 Phenolharz Magnesiumoxid 40 15 10 15 10 10

Claims (4)

1. Patent ansprüche (Ä Reibbelag, insbesondere für hochbeanspruchte PKW- und LKW-Kupplungs- oder Trommel- oder Scheibenbremsbeläge mit organisch gebundener Metallwolle und für diesen Zweck gebräuchlichen Zusatzstoffen als Reib- und Gleitstützer, dadurch gekennzeichent, daß darin neben 8 bis 15 Gew.-% an organischem Bindemittel und O bis 10 Gew.-% an Reib- und Gleitstützer-Zusatzstoffen 5 bis 65 Gew.-% an Metallwolle, 10 bis 75 Gew.-% an Oxid- und/oder Sulfidverbindungen von Nichteisen-Schwermetallen und 2 bis 20 Gew.-% an Kohlenstoff vorhanden sind.
2. 2. Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallwolle 5 bis 55 Gew.-% Stahlwolle zusammen mit 10 bis 65 Gew.-% CuO und 2 bis 20 Gew.-* Koks neben den 8 bis 15 Gew.-% an organischem Bindemittel vorhanden ist,
3. 3. Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß darin Antimonsulfid (Sb2S5) in einer Menge von 10 bis 55 Cew.-% mit 10 bis 20 Gew.-% Koks sowie 5 bis 60 Gew.-% Stahlwolle und 8 bis 15 Gew.-% an organischem Bindemittel vorhanden ist.
4. 4. Reibbelag nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß darin zusätzlich 3 bis 8 Gew.-% an Reib- und Gleitstützern als Füllstoffe enthalten sind.

   L e e r s e i t e