DE2535527A1 - Asbestfreier bremsbelag, insbesondere fuer trommelbremsen in nutzfahrzeugen - Google Patents

Description

• Asbestfreier Bremsbelag, insbesondere für Trommelbremsen in Nutzfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf einen asbestfreien Reibbelag, insbesondere für Trommelbremsen für Nutzfahrzeuge, der organisch gebundene metallwolle und für diesen Zweck gebräuchliche Zusatzstoffe als Reib- und Gleitstützer enthält.
• Bremsbeläge, insbesondere solche für Trommelbremsen in Nutzfahzeugen, müssen bekanntlich aus einem gut hitzebeständigen Material hergestellt sein, damit sie bei der infolge der beim Bremsen eintretenden Umwandlung der Bremsenergie in Warmeenergie entstehenden starken Erhitzung nicht beeinträchtigt oder gar zerstört werden. Darüber hinaus wird für die heute relativ schnellen und schweren Automobile ein relativ hoher und gleichmäßiger Reibwert um etwa 0,4/u verlangt und eine gute Dauerstandsfestigkeit gefordert. Diese Eigenschaften werden mit derzeit in der Praxis allgemein eingesetzten Bremsbelägen auf Basis von organisch gebundenem Asbestfaser-Material zufriedenstellend erreicht. Als nachteilig ist dabei die gesundheitsgefährdende und unweltschädigende Wirkung von Asbestfasern anzusehen. Es bestcht Es @@ an asbest@ Br@msbelägen, die den genannten Materialanforderungen genügen.
• Es ist früher (DT-PS 767 170) bereits die Verwendung von Metallwolle, wie Stahlwolle, als alleiniges oder im wesentlichen alleiniges Fasermaterial in organisch gebundenen Reibkörpern für Brems- und Kupplungszwecke vorgeschlagen worden.
• Diese bekannten Bremsbeläge genügen den heutigen Anforderungen jedoch nicht mehr. Die Materialanforderungen für Bremsbeläge für Trommelbremsen sind in den vergangenen 40 Jahren um das mindestens etwa 3-Fache gestiegen, dadie Autos schwerer und schneller geworden, die Bremsen aber gleich geblieben oder sogar noch verkleinert worden sind. Nur Stahlwolle als alleiniges Fasermaterial enthaltende bekannte Beläge haben für heutige Verhältnisse zu niedrige Reibwerte, um etwa 0,25 bis 0,30 /u , und ein zu starkes Fading. Sie neigen zum Gegenangriff, wenn wie gebräuchlich die Bremstrommeln aus Grauguß, z.B. GG 25, bestehen, und können Riefenbildung und Austrieb verursachen. Darüber hinaus neigt Stahlwolle sehr häufig zum Rsten, so daß audi die Oberfläche der mit Stahlwolle hergestellten Beläge häufig rostet. Es gelingt nur selten, durch geeignete Bindemittel-Kombination das Rosten, welches durch Eintritt von Feuchtigkeit oder durch Bildung von Kondenswasser beim Abkühlen von warmen Bremsen im Entstehen begünstigt wird, zu vermeiden. Die sogenannte "morning sickness" ist daher bei vielen Bremsen eine bekannte nachteilige Erscheinung, entstanden durch innerhalb kurzer Zeit angerostete Oberflächen von Isrexsbeligenr Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen asbestfreien Bremsbelag, insbesondere für Troinmelb.'msen in Nutzfahrzeugenr zu schaffen, der den gewünschten hohen Reibwert und gute Dauerstandsfestigkeit aufweist, rostfrei ist und keinen Angriff des Gegenmaterials zeigt.
• Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Bremsbelag der eingangs angegebenen Art, speziell für Trommelbremsen in Nutzfahrzeugen, der organisch gebundene Metallwolle und für diesen Zweck gebräuchliche und bekannte Zusatzstoffe als Reib- und Gleitstützer enthält, und der erfindungsgemaß dadurch gekennzeichnet ist, daß darin neben 5 bis 15 Gew.-* an organischem Bindemittel und 2 bis 15 Gew.-% an üblichen Reib- und Gleitstützer-Zusatzstoffen 40 bis 70 Gew.-% Stahlwolle, 2 bis 10 Gew.-% einer Chromoxid-Verbindung und/oder 2 bis 12 Gew.-% einer Manganoxid-Verbindung sowie 5 bis 15 Gew.-% Kohlenstoff vorhanden sind.
• Überraschend wurde gefunden, daß ein Reibbelag auf Basis von organisch gebundener Stahlwolle, wenn er als Zusatz Oxid-Verbindungen des Chroms und/oder Mangans in Verbindung mit Kohlenstoff enthält, einen wesentlich höheren Reibwert besitzt als ein von solchen Oxidverbindungen freier Stahlwolle- enthaltender Belag, und daß der gefürchtete Angriff des Gegenmaterials bei Anwesenheit von Chromoxid- und/oder Manganoxid-Verbindungen in Verbindung mit Kohlenstoff in Stahlwolle enthaltenden Belägen nicht mehr auftritt.
• Ohne daß die Anmelderin dies bisher im einzelnen theoretisch untersucht hat, nimmt sie an, daß sich bei den erfindungsgemäßen Bremsbelägen während des Reibvorganges aufgrund der Belagzusammensetzung durch Reduktionsvorgänge Ferrochrom, Ferromangan u.ä. bildet, welches veredelnd auf die Stahlwolle des Belages und auf das Trommelmaterial einwirkt. Die so "veredelte" Stahlwolle ist praktisch nicht rostend. Riefenbildung und Austrieb des Gegenmaterials treten nicht mehr auf. Diese Eigenschaften werden wahrscheinlich in erster Linie durch Redox-Vorgänge zwischen Chromoxid, Chromeisenerz bzw. Manganoxid-Verbindungen und der Stahlwolle sowie dem Kohlenstoff während der Bremsung hervorgerufen.
• Als Stahlwolle kann beliebige im Handel erhältliche oder nach gebräuchlichen Verfahren gefertigte zerkleinerte Stahlfaser verwendet werden. Die in langen Strähnen von Draht oder Band durch Zerspanen hergestellte und in den meisten Fällen zunächst bis auf Längen von 0,5 - 12 mm zerkleinerte Stahlfaser ist relativ zerklüftet und spratzig und läßt sich mit den übrigen Zusatzstoffen in der Mischung relativ gleichmäßig verteilt halten. Besonders zweckmäßig hat sich für die erfindungsgemäßen Zwecke Stahlwolle der Graduierung O bis 2 erwiesen. Es handelt sich dabei um gehäckselte Stahlwolle 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. Man kann auch sonstige Stahlwolle-Qualitäten einsetzen, insbesondere feinste Stahlfasern, wie sie aus dem Schleifstaub bei der StahYlech-Fabrikation anfallen, wenn die Oberflächen von Stahlblechen mittels Schldibändern abgeschliffen werden. Dazu trennt man, z.B. durch Zentrifugieren und Ultraschall-Reinigung das im Schleifgut enthaltene öl vom Metall, und durch einen geeigneten Sichtvorgang das Metall von dem Anteil an Korund vom Abrieb der Schleifbänder und von sonstigen Verunreinigungen, und es bleiben feinste, meist gekrümmte Stahlfasern mit aufgerauhter Oberfläche, die die zuvor angegebenen Abmessungen haben, zurück, die sich ausgezeichnet zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Bremsbelägen eignen.
• 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, Melamin-Harze, Epoxid-Harze, Polyurethane, Polyester oder Polyfluorcarbone.
• Als Chromoxid-Verbindungen setzt man Chromerz und/oder Chromoxid zweckmäßig in feinster Verteilung ein. Es wurde gefunden, daß sich die Reibwerthöhe eines erfindungsgemäßen Belags in einem gewissen Ausmaß durch Variation der Zusatzmengen von Chromoxid und Chromeisenerz einstellen läßt in der Weise, daß unter sonst gleichen Bedingungen Beigabe von Chromerz (Chromeisenstein) als alleinige Chromoxid-Verbindung die relativ höchsten Reibwerte, Beigabe von Chromoxid die relativ niedrigsten Retbt;zere und Zugahe VO£L Chromoxid und Chromerz in unterschiedlichen Verhältnismegen relativ mittlere Reibwerte ergeben.
• Ein erfindungsgemäßer Bremsbelag mit Manganoxid, als Braunstein eingesetzt, ohne zusätzlichen Gehalt an einer Chromoxid-Verbindung weist ein noch etwas tieferes Reibwertniveau auf. Auch die Manganoxid-Verbindung wird vorteilhaft fein pulverisiert zugegeben und zweckmäßig zusammen mit den sonstigen Zusätzen eingemischt.
• Kohlenstoff kann in beliebiger Form, als Naturgraphit, synthetischer Graphit, Ruß handelsUblicher Sorten oder auch als Koks eingesetzt werden. Man kann auch unreine Graphite verwenden, möglichst jedoch solche Graphite, die nicht mehr als 1 bis 2 % an Mineralstoff enthalten. Naturgraphite lassen sich in amorpher Form oder in Lamellar-Struktur benutzen. Besonders lameilarer Naturgraphit wird zweckmäßig in möglichst feinteiliger Form, vorteilhaft mit Korngrößen von 60 bis 400,um, eingesetzt. Kunstgraphite, die im Wege einer geeigneten Wärmebehandlung von Kohlenstoff bei Temperaturen, die oberhalb 10000C liegen, erzeugt werden, uind ebenfalls verwendbar. In jedem FAll sollte die Teilchengröße des eingesetzten Kohlenstoff-Pulvers nicht wesentlich größer sein als diejenige der übrigen Gemischbestandteile. Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn der Gewichtsanteil an Kohlenstoff in einem erfindungsgemäßen Bremsbelag-Gemisch mindestens gleich groß oder größer ist als der Gewichtsanteil der darin vorhandenen Chromoxii und/oder Manganoxid-Verbindung'n.
• Als sonstige Zusätze zur gewünschten Beeinflussung der Reib-, Gleit-, Festigkeits- und thermischen Eigenschaften können beliebige der fttr diese Zwecke dem Fachmann bekannten Substanzen, wie beispielsweise Kaolin, Talkum, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Calciumhydroxid, Bariumhydroxid oder -sulfat, Zinkoxid, Bleipulver, Molybdändisulfid und dergleichen einschlägig bekannte Verbindungen mitverwendet werden.
• Die erfindungsgemäßen Bremsbeläge zeichnen sich durch hervrragende Reibwertstabilität und einen gegenüber bekannten asbestfreien Belägen bei gleicher Reibarbeit um die Hälfte reduzierten Verschleiß aus. Sie haben gegenüber herkönmlichen asbesthaltigen Belägen eine 2,5 bis 3 mal größere Wärmeleitzahl und besitzen gegenüber metallisch gebundenen Belägen (Sintermaterial) den Vorteil, daß sie mit relativ billigen Rohstoffen und nach den üblichen Verarbeitungsmethoden für organische Reibbeläge herstellbar sind. Der weitere und grundsätzliche Vorteil besteht darin, daß auf grund der Zus ammensetzung der erfindungsgemäßen Bremsbeläge kein asbesthaltiger Abriebstaub an die Umgebung abgegeben wird.
• Beispiele Mit einer Stahlwolle der Graduierung O mit durchschnittlicher Stärke der Stahlfasern von 0,05 mm, durchschnittlicher Breite von 0,10 mm und durchschnittlicher Lange von 3,0 mm, die in Form von feinen grauen Spänen von einem Stahldraht mit den nachfolgenden Analysendaten abgespant war, Eisengehalt über 99 Gew.-% Kohlenstoffgehalt 0,09 - 0,15 " Mangangehalt 0,70 - 1,00 " Phosphorgehalt max. 0,08 '§ II Schwefelgehalt max. 0,04 " Kupfergehalt max. 0,15 " Drahthärte 270 - 300 HB Drahtzugfestigkeit 100 - 110 kg/mm2 wurden die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Belag-Gemisch-Rezepturen formuliert.
• Die Bestandteile wurden für jeden Rezeptur-Ansatz 15 Minuten lang innig vermischt, anschließend unter einem Preßdruck von 2 Mp/cm² verpreßt und bei 200°C ausgehärtet.
• Die so gewonnenen Beläge zeigen bei hohem Reibungskoeffizienten von etwa 0,4 bis 0,45/u geringen Eigen- und Gegenmaterialverchleiß und können mit gutem Effekt als asbestfreie Hochleistungsbeläge speziell für Trommelbremsen in Nutzfahrzeugen eingesetzt werden.
• In der beiliegenden Zeichnung ist ein erfindungsgemäßer Bremsbelag beispielweise veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 perspektivisch einen Belagzuschnitt, mit einem darin angebrachten Ausschnitt, und Fig. 2 vergrößert einen Teil des Ausschnitts aus der Fig. 1.
• Der Bremsbelag 10, aus dem der <uschnitt besteht, enthält, wie insbesondere deutlich aus Fig. 2 zu sehen ist, darin verteilt angeordnete Stahlwolle 11 und Kohlenstoff 12.
• Die Metalloxidteilchen aus der Chromoxid- und oder Manganoxidverbindung in dem erfindungsgemißen Reibbelag sind so an den Oberflächen der Stahlwolle-Fasern ansitzend angeordnet, daß sie auch bei der Vergrösserung in Fig. 2 nicht als Einzelpartikel erkennbar werden.
• T A B E L L E Rezeptur Bestandteile in Gew.-% Nr. Stahlwolle Naturgraphit Chromoxid-Verbindung Manganoxid-Verb. Phenol- od. Magneisum.
• Chrom- Braunstein Kresolharz oxid oxid Bindemittel Reibstützer 1 60 10 8 - - 12 10 2 60 10 - 8 - 12 10 3 60 10 2 6 - 12 10 4 60 10 4 4 - 12 10 5 60 10 - - 10 10 10 6 60 f10 2 - 8 10 10 Rezeptur 1 ergab einen relativ niedrigen Reibwert Rezeptur 2 ergab einen relativ sehr hohen Reibwert Rezeptur 3 ergab einen mittleren Reibwert in für vile Zwecke brauchbarer Höhe Rezeptur 4 ergab einen mittleren Reibwert zwischen den Reibwerten der Rezepturen 2 und 3 Rezeptur 5 ergab einen relativ niedrigen Reibwert, etwa entsprechend Rezeptur 1 Rezeptur 6 ergab einen relativ niedrigen Reibwert, etwa entsprechend Rezeptur 1.

Claims (5)

Patent ansprüche

1. Reibbelag, insbesondere für Trommelbremsen, mit organisch ebundener Metallwolle und für diesen Zweck gebräuchlichen Zusatzstoffen als Reib- und Gleitstützern, dadurch gekennzeichnet, daß darin neben 5 bis 15 Gew.-% an organischem Bindemittel und 2 bis 15 Gew.-% an Reib- und Gleitstützer-Zusatzstoffen 40 bis 70 Gew.-% Stahlwolle, 2 bis 10 Gew.-% einer Chromoxid-Verbindun und/oder 2 bis 12 Gew.-% einer Manganoxid-Verbindung sowie 5 bis 15 Gew.-% Kohlenstoff vorhanden sind.

2. Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stahlwolle unlegierte Stahlwolle der Graduierung O, 1, oder 2 vorhanden ist.

3. Reibbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als tlromoxid-Verbindung Chromeisenerz vorhanden ist.

4. Reibbelag nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Manganoxid-Verbindung Braunstein vorhanden ist.

5. Reibbelag nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewlchtsanteil an Kohlenstoff mindestens gleich groß ist wie der Gewichtsanteil an Chron.oxi«» und/oder Manganoxid-Verbindung(en).

L e e r s e i t e