DE2543393C2 - Verfahren zur Verbesserung des Reibungskoeffizienten eines Bremsfutters - Google Patents
Verfahren zur Verbesserung des Reibungskoeffizienten eines BremsfuttersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft organische Bremsfutter. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren
zur Erhöhung des Reibungskoeffizienten von organischen Trockenmischungs-Bremsfuttern durch Zusatz
eines kautschukartigen Latex, der auf einem feinteiligen Phenolharz abgeschieden wird.
Organische Bremsfutter sind seit langem bekannt. Bisher wurden diese Futter nach einem Verfahren
hergestellt, das als »Naßmischverfahren« bekannt ist. Bei der Durchführung des Naßmäschverfahrens werden
Kautschuk und ein Phenolharz in ein herkömmliches Lösungsmittel unter Bildung eines Zements eingebracht,
wobei eine innige Verteilung des Kautschuks und des Phenolharzes sichergestellt wird. Reibungsmaterialien,
wie beispielsweise Asbest, sowie andere Füllstoffe, werden dem Zement zugesetzt und gründlich eingemischt.
Die erhaltene Masse wird dann ausgeformt und gehärtet. Das Naßmischverfahren ist infolge der
Lösungsmittelkosten teuer. Ferner wird das Personal der Einwirkung von Lösungsmitteldämpfen und Asbest
ausgesetzt, d. h. der Einwirkung von Materialien, denen karzinogene Eigenschaften zugeschrieben werden.
Der Schutz des Personals gegenüber einer Kontaktierung von gefährlichen Materialien erfordert ein
Verfahren, bei dessen Durchführung keine Lösungsmittel erforderlich sind und den Zusatz von Asbest zu der
Masse in einer geschlossenen Umgebung ermöglicht. Ein derartiges Verfahren ist als »Trockenmischverfahrcn«
bekannt. Bei der Durchführung dieses Verfahren* werden alle Bestandteile des Bremsfutters ohne
Lösungsmittel in einem geschlossenen System vermischt. Die derzeit durchgeführten Trockenmischverfahren
verwenden keinen Kautschukbestandteil. Ferner ist bei der Durchführung von Trockenmischverfahren
keine gleichmäßige Verteilung des Kautschuks wie im Falle von Naßmischverfahren möglich, so daß Kautschuk
bisher nicht wirksam war. Es werden deshalb unterschiedliche Ergebnisse erhalten, da keine Homogenität
des Phenolharzes mit dem Kautschukpolymeren beim Durchführen des Trockenmischveriahrens erzielt
wird. Der Kautschuk neigt zu einem »Ausbluten« aus dem Bremsfutter während des Formens und geht in dem
gehärteten Futter verloren. Der Verlust des Kautschukpolymeren setzt den Reibungskoeffizienten des Futters
herab, so daß dessen Bremsvermögen vermindert wird. Ferner treten bei der Entfernung des Futters aus der
Form oft Brüche auf, und zwar auch dann, wenn Formtrennmittel eingesetzt werden. Die Futter widersetzen
sich einer Entfernung aus der Form, so daß eine Kraft erforderlich ist, um sie zu entfernen, wodurch oft
Brüche auftreten. Der Zusatz von Latex verbessert die Entfernbarkeit der ausgeformten Futter.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines trocken vermischten
organischen Bremsfutters mit einem zufriedenstellend hohen Reibungskoeffizienten. Diese Aufgabe ist durch
die Erfindung gemäß dem Patentanspruch gelöst.
Es wurde gefunden, daß ein trocken vermischtes organisches Bremsfutter mit einem hohen Reibungskoeffizienten
in der Weise erhalten werden kann, daß zuerst ein feinteiliges Phenolharz mit einem kautschukartigen
Latex vor dem Vermischen mit Asbest und anderen Reibungsmaterialien überzogen wird, wobei
eine feinverteilte Mischung erhalten wird, die zu Bremsfuttern verformt werden kann. Die auf diese
Weise erzeugten Futter lassen sich auch leicht nach dem Härten aus den Formen entnehmen.
Unter dem Begriff »Phenolharze« sind erfindungsgemaß
die Reaktionsprodukte von Phenolen mit Formaldehyden zu verstehen. Diese Harze sind bekannt.
Die ausgewählten feinteiligen Phenolharze besitzen solche Größen, daß sie durch ein Sieb mit einer lichten
Maschenweile von 0,045 mm und weniger hindurchgehen und werden mit einem kautschukartigen Latex
überzogen. Das Endprodukt des Überziehens geht ebenfalls durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite
von 0,045 mm hindurch. Repräsentative Beispiele für derartige Latices sind Styrol/Butadien (SBR)-Kautschuke
sowie Acrylnitrilkautschuke. Styrol/Butadien-Latices werden bevorzugt. Der Latex kann auf dem Phenolharz
in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 32 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht des Phenolharzes,
aufgebracht werden. Gewöhnlich werden ungefähr 5 bis ungefähr 25 Gewichtsteile des Latex
verwendet.
Der Styrolanteil des SBR-Latcx kann zwischen 15 und 40 Gew.-% schwanken. Im allgemeinen wird ein
Latex, der 20 bis 30 Gew.-% Styrol enthält, verwendet.
Die Phenolharz/Latex-Masse wird innig mit den Reibungsmaterialien in einem Innenmischer vermischt,
beispielsweise einem Banburymischer, einem Intermix-Mischer, einem V-Schalenniischer oder einem Kugelmischer.
Nach einem innigen Vermischen der Bestandteile des Bremsfutters wird die Masse in eine Druckform zum
Härten eingebracht. Es wird eine Druckverformung angewendet, um das nichtgehärtete Harzmaterial so
lange zusammenzuhalten, bis eine Vernetzung unter Wärme erfolgt. Es wird ein Druck von ungefähr 17,5 bis
ungefähr 3500 atü eingehalten, wobei jedoch ein Druck von ungefähr 350 bis ungefähr 700 atü bevorzugt wird.
Das organische Futter besteht aus Reibungsmateria-
lien, die mit einer organischen harzartigen Matrix verbunden sind. Die Matrix bildet sich dann, wenn die
Masse auf eine Temperatur von ungefähr 120 bis !770C,
gewöhnlich jedoch auf eine Temperatur von ungefähr 135 bis 1630C, erhitzt wird. Die Temperatur kann
während einer Zeitspanne von ungefähr 1 bis 50 Minuten aufrechterhalten werden, wobei jedoch ungefähr
25 bis 40 Minuten gewöhnlich ausreichend sind.
Nach dem Härten kann ein »Nachhärtungsbrennen« angewendet werden, um eine vollständige Vernetzung
des organischen harzartigen Materials zu gewährleisten. Die gehärteten organischen Bremsfutter werden in
einen Ofen eingebracht, dessen Temperatur gewöhnlich von Zimmertemperatur bis 2600C (5000F) schwankt
Die Temperatur kann auf ungefähr 5380C (1000° F)
gesteigert werden. Bei dieser Temperatur werden die Futter entnommen. Etwa noch vorhandene nicht-umgesetzte
Vernetzungsstellen werden auf diese Weise miteinander verbunden. Die Nachhärtungsbrennung ist
gewöhnlich nicht notwendig und wird lediglich angewendet, um eine vollständige Vernetzung zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wirksame Harze sind heißreaktive Einstufen-Alkaliphenolformaldehydharze. Die Zweistufen-Phenolharze
sind ebenfalls wirksam. Die Phenolharze können mit dem Latex nach irgendeiner bekannten
Weise überzogen werden. Viele Methoden zum Aufbringen von Harzen stehen zur Verfügung. Das
Harz braucht nur seinen feinteiligen Zustand nach Beendigung des Überzugsverfahrens beizubehalten.
Diese überzogenen Harze werden oft als »gefrorene« Harze bezeichnet.
In den angegebenen Beispielen wird das Phenolharz mit einem Polymeren überzogen, das aus der Latexform
koaguliert worden ist. Phenolharz (Varcum 5169, das
von der Reichhold Chemical Company in den Handel gebracht wird) wird in Wasser mit einer Temperatur
von 500C (12O0F) aufgeschlämmt, das eine ungefähre
1,5 :1-Mischung aus Schwefelsäure und Alaun in einer solchen Menge enthält, die dazu ausreicht, daß ein
End-pH-Wert zwischen 4 und 6 nach der Koagülierung des Kautschuklatex vorliegt. Ein Styrol/Butadien-Latex
(5% Gesamtfeststoffe, 23,5% Styrol), der ein solches Gewicht an trockenem Kautschuk enthält, das 20% des
Gewichtes des Phenolharzes äquivalent ist, wird langsam der Harzaufschlämmung bei einer Temperatur
von 5O0C zugesetzt, wobei die Mischung gerührt wird. Nach der Zugabe des Styrol/Butadien-Latex wird das
Styrol/Butadien auf das aufgeschlämmte Phenolharz koaguliert. Die aufgeschlämmten Teilchen werden dann
mit 92/8-Styrol/Butadien-Harz zur Verhinderung eines Klebens der Oberfläche überzogen. Das Styrol/Butadien-Harz
wird mit einem Gesamtfeststoffgehalt von 2% bei einer Temperatur von 5O0C der aufgeschlämmten
Vormischung in einer Menge zugesetzt, die 5 Gewichts-% des Phenolharzes entspricht. Nachdem der
ganze Harzlatex auf die Vormischung koaguliert worden ist, wird diese filtriert oder zentrifugiert, worauf
sich ein Trocknen in einem Ofen bei einer Temperatur zwischen 60 und 66°C (140 und 1500F) anschließt. Das
Verfahren ist bei jeder Temperatur zwischen ungefähr 38°C und 71°C(100 und 160° F) wirksam.
Styrol/Butadien-Zubereitungen, die 60% oder mehr Gewichts-% Styrol enthalten, werden als nicht-elastomer
und harzartig angesehen. Das zur Verhinderung eines Oberflächenklebens aufgebrachte Harz scheint
keine merkliche Wirkung auf den Koeffizienten oder die Wirkung der erfindungsgemäßen Massen auszuüben.
Das in der vorstehend beschriebenen Weise überzogene Phenolharz kann in jedem typischen Bremsfutteransatz
eingesetzt werden. Ein typischer Bremsfutteransatz enthält
ri
ri
a) Asbest,
b) Metallabfänger, wie Messingspäne oder Bronzepulver,
c) Füllstoffe, wie Baryte, Diatomeenerde, Eisen-ο oxyd oder Siliciumcarbid,
d) Bindemittel, wie überzogenes Phenolharz und
e) Schmiermittel, wie Kupfersulfid oder Graphit.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teil- und Prozentangaben beziehen sich, sofern nichts
anderes angegeben ist, auf das Gewicht
Es werden Bremsfutter nach folgendem Ansatz hergestellt. Alle Prozentangaben beziehen sich auf das
Gewicht des gesamten Ansatzes.
| Asbest | 32% |
| Messingspäne | 32% |
| Bariumsulfit | 16% |
| Phenolharz | |
| (Varcum 5169) | 20% |
Alle Bestandteile des Bremsfutters werden in einem
Patterson-Kelly-V-Schalenmischer mit einem Fassungsvermögen
von 5 I vermischt, ""las Vermischen erfolgt
während einer Zeitspanne von 30 Minuten. Während dieser Zeitspanne wird ein Verstärker im Inneren des
Mischers verwendet, um die Masse gründlich zu vermischen. Dev Verstärker st ein sich schnell
drehender Stab »nit einer Vielzahl von Hervorhebungen. Der Zweck des Verstärkers besteht darin, die
Bestandteile schnell zu vermischen und Agglomerate aus Bestandteilen auf eine kleinere Größe zu reduzieren.
Die vermischte Masse wird gewogen und auf eine Temperatur von 82°C während einer Zeitspanne von 30
Minuten vorerhitzt. Eine ausgewogene Charge der erhitzten Masse wird in eine nierenförmige Bremsform
mit einem einzigen Hohlraum eingebracht. Die Form wird in eine dampfbeheizte und hydraulisch betriebene
Doppelkolbenkompressions- Formpresse eingebracht. Die Masse wird bei einer Temperatur von 163°C sowie
unter einem Druck von 35 atü während einer Zeitspanne von 30 Minuten verformt. Die Futter werden aus der
μ Form entnommen und ohne Nachbrennen getestet.
Nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode werden Bremsfutter hergestellt. Der eingesetzte Ansatz
ist mit demjenigen des Beispiels 1 identisch, mit der Ausnahme, daß 8,4% des Phenolharzes durch ein
Material ersetzt werden, das aus einem Phenolharz besteht, das mit 20 Teilen Styrol/Butadien-Latex
überzogen ist, wobei dieses Material in der vorstehend
bo beschriebenen Weise hergestellt worden ist. Der
gesamte Ansatz enthält etwas weniger als 2 Gewichts-% Styrol/Butadien. Das Mischen und das Härten
werden nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode durchgeführt.
f>5 Die bei der Durchführung der Beispiele I und 2
hergestellten Bremsfutter werden vergleichend unter Verwendung eines Trägheitsdynamometers getestet,
bei dessen Einsatz ein stationäres Bremsfutter mit einer
Fläche von 7,1 cm2 verwendet wird. In dem Dynamometer
wird eine Scheibe mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 880 m pro Minute verwendet, wobei eine
Scherkraft von 98,29 kg pro 6,45 cm2 entwickelt wird. Das Futter absorbiert bei jedem Stop sowie bei einer
Stoppzeit bei ungefähr 16 Sekumien und einer 4 Minuten dauernden Kühlzeit zwischen den Stops
13 075 m-kg kinetische Energie.
Der Reibungskoeffizient aus dem Dynamometer wird unter Anwendung der folgenden Formel berechnet:
Anzahl
der Stops
der Stops
Anzahl
der Stops
der Stops
E1-E2
10
1 Ar Pt5
A = KoJbenf lache = 101,6 cm2 r — Reibungsradius = 50 mm
/ = Trägheitsmoment = 2,2 Einheiten der
Masse/0,09 m2
W = Anfangsscheibengeschwindigkeit in Rad/
W = Anfangsscheibengeschwindigkeit in Rad/
Sek. = 293,2160
P = Liniendruck — variabel
fs = Stoppzeit
fs = Stoppzeit
Der Liniendruck wird variiert, um so viel Druck zu erzeugen, daß das Dynamometer nach ungefähr 16
Sekunden zum Halten gebracht wird. Während des Verlaufs von 25 Stops bildet sich eine Glasur auf der
Reibungsoberfläche des Bremsfutters, welche die Ursache für die allgemeine Erhöhung des Reibungskoeffizienten
während des Tests zu sein scheint. Alle Futter und Tests werden so gleichmäßig wie möglich
hergestellt bzw. durchgeführt.
Die Ergebnisse des Testens der Bremsfutter gemäß der Beispiele 1 und 2 sind in der folgenden Tabelle 11
zusammengefaßt.
0,252
0,277
0,277
0,231
0,290
0,290
0,021
0,013
0,013
35
40
E1-E2
| 3 | 0,286 | 0,325 | 0,039 |
| 4 | 0,289 | 0,341 | 0,052 |
| 5 | 0,281 | 0,280 | 0,001 |
| 6 | 0,287 | 0,353 | 0,066 |
| 7 | 0,268 | 0,358 | 0,090 |
| 8 | 0,267 | 0,342 | 0,075 |
| 9 | 0,251 | 0,349 | 0,098 |
| 10 | 0,260 | 0,347 | 0,087 |
| 11 | 0,276 | 0,370 | 0,094 |
| 12 | 0,273 | 0,340 | 0,067 |
| 13 | 0,271 | 0,340 | 0,069 |
| 14 | 0,271 | 0,346 | 0,075 |
| 15 | 0,287 | 0,360 | 0,063 |
| 16 | 0,302 | 0,353 | 0,051 |
| 17 | 0,291 | 0,353 | 0,062 |
| 18 | 0,295 | 0,342 | 0,047 |
| 19 | 0,293 | 0,326 | 0,033 |
| 20 | 0,293 | 0,308 | 0,015 |
| 21 | 0,286 | 0,352 | - 0,066 |
| 22 | 0,273 | 0,329 | 0,056 |
| 23 | 0,267 | 0,329 | 0,062 |
| 24 | 0,267 | 0,349 | 0,082 |
| 25 | 0,267 | 0,350 | 0,083 |
| Durchschnitt | 0,277 | 0,334 | 0,057 |
Prozentsatz des Vorteils von Beispiel 2 gegenüber Beispiel 1 = 20,6%.
Es ist deutlich zu ersehen, daß die Einmengung von Kautschuk in die Phenolharzmatrix den Reibungskoeffizienten
des Bremsfuttermaterials erhöht, wobei ferner das Bremsvermögen (absorbierte kinetische Energie)
gesteigert wird. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad des Bremsfutters erhöht.
Claims (5)
1. Verfahren zur Verbesserung des Reibungskoeffizienten
eines trocken vermischten organischen Bremsfutters, bei dem tin feinteiliges Phenolharz mit
trockenen Bremsfutlermaterialien vermischt wird und die erhaltene Kombination zu der gewünschten
Form unter Härtung zur Gewinnung des organischen Bremsfutters verformt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß das Phenolharzpulver
mit ungefähr 1 bis ungefähr 32 Gewichtsteilen eines kautschukartigen Latex vor der Vermischungsstufe
überzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialkombination aus überzogenem
Harz und trockenem Futtermaterial unter einem Druck von 17,5 bis 3500 atü bei 135 bis 1900C
gehärtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne!,
daß das Phenolharz mil einem Styrol/Butadien-Latex sowie Acrylnitril-Latex überzogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete trockene Futtermaterial
aus Asbest, Baryten, Diatomeenerde, Graphit oder Kupfersulfid besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete trockene Futtermaterial
zusätzlich Bronzepulver, Siliciumcarbid und Eisenoxid enthält.
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