DE2719789A1 - Verfahren zur befestigung eines reibungsmaterials an einem halter sowie verfahren zur herstellung eines reibungsbelages - Google Patents
Verfahren zur befestigung eines reibungsmaterials an einem halter sowie verfahren zur herstellung eines reibungsbelagesInfo
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Description
Verfahren zur Befestigung eines Relbungsmaterlals an einem Halter sowie Verfahren zur Herstellung
eines Reibungsbelags
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines Reibungsmaterials an einem Halter sowie ein Verfahren zur Herstellung
eines Reibungsbelags unter Verwendung des Befestigungsverfahrens
.
In der Vergangenheit wurde das Reibungsmaterial am Halter entweder
mechanisch oder durch Hartlöten befestigt. Bei einer typischen mechanischen Verbindung wird das gesinterte Reibungsmaterial
in der Halter- bzw. Verstärkungsschale dadurch festgehalten, daß die Seiten der Schale gegen das Reibungsmaterial
eingedrückt werden. Bei bestimmten Lastzuständen ist es allerdings möglich, daß sich das Reibungsmaterial von der Halterschale trennt. Um die Stabilität der Verbindung zwischen Reibungsbelag
und Halterschale zu erhöhen, wird deshalb zuweilen ein Sieb auf den Boden der Halterschale aufgeschweißt. Wenn
das Reibungsmaterial dann in Pulverform oben auf das Sieb aufgebracht und eine Kompressionskraft zur Verdichtung des
Pulvers in die gewünschte Form angelegt wird, tritt das Pulver durch die Löcher im Sieb und bildet eine Matrix. Die Matrix
verriegelt das Reibungsmaterial mit der Halterschale. Das Reibungsmaterial und die Halterschale werden dann in einen Ofen
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eingebracht, wo das Reibungsmaterial gesintert wird. Nach dem Entfernen aus dem Ofen werden die Seiten der Halterschale
eingedrückt, wodurch die haltende Verbindung verstärkt wird. Bei diesem Verfahren muß jedoch der Ofen so groß sein, daß
er sowohl das Reibungsmaterial als auch die Halterschale aufnehmen kann.
Bei einer typischen Hartlötverbindung wird ein Stoff zwischen dem vorgeformten Reibungsmaterial und dem Boden der Halterschale angeordnet. Wenn das Reibungsmaterial und die Halterschale in einen Sinterofen eingebracht werden, legiert das
Material mit dem Reibungsmaterial und der Halterschale. Dies ergibt eine Verbindung, welche das Reibungsmaterial und die
Halterschale zusammenhält. Wegen der Kosten des Hartlötmaterials und der zur Erwärmung des Ofens beim Sintern erforderlichen thermischen Energie haben Reibungsmaterialien, welche
Hartlötverbindungen verwenden, im Markt nur beschränkten Eingang gefunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Befestigung eines Reibungsmaterials an einem Halter anzugeben,
bei dem die genannten Nachteile nicht auftreten.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines ReI-*
bungsbelages unter Verwendung des erfindungsgemäßen Befestigungsverfahrens sowie zweckmäßige Weiterbildungen sind in den
Ansprüchen 8 bis 10 beschrieben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß hergestellten Bremsbelag;
Fig. 2 ein FIuBdiagramm, welches die bei der Herstellung des
in Fig. 1 gezeigten Bremsbelags beteiligten Verfahrensschritte illustriert;
Fig. 3 einen Schnitt durch einen Bremsbelag, der nach einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung hergestellt
wurde.
Fig. 1 zeigt ein Reibungselement 10, bei dem ein Reibungsmaterial 12 an einer metallischen Verstärkungsschale 14 über eine
metallurgische Verbindung 16 befestigt ist. Die metallurgische Verbindung oder Verschweißung 16 erstreckt sich über die gesamte innere Fläche zwischen Reibungsmaterial 12 und der metallischen Schale 14. Die Verstärkungsschale 14 verleiht die
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notwendige Stabilität, um ein Abblättern und Abbröckeln der
Kanten des Reibungsmaterials zu verhindern. Ein solches Abbröckeln bzw. Abblättern würde sonst durch tangentiale Kräfte
hervorgerufen, die bei der Reibberührung entwickelt werden.
Bei den meisten Anwendungsfällen basiert das Reibungsmaterial 12 auf Kupfer; es kann aus den in der nachfolgenden Tabelle 1
aufgelisteten pulverigen Stoffen gewählt werden:
| 25-90 | Beisp.A | Beisp.B | |
| Kupfer oder Eisen | O-30 | 60 | 7O |
| schmelzbare Stoffe | 0-25 | 0 | 5 |
| Eisen | 5-40 | 10 | 0 |
| Graphit | 0-10 | 10 | 15 |
| Nickel | 10-30 | 0 | 3 |
| * *r Reibungsbildner | 0-10 | 17 | 5 |
| ^xReibungsmodifikations- | 3 | 2 | |
| stoffe | |||
100% 100%
^ Zink, Wismut, Blei, Zinn und andere Stoffe mit verhältnismäßig niedrigem Schmelzpunkt, welche die Bestandteile beim
Sintern zusammenlegieren.
, Kyanit, Silica und andere Stoffe, welche den Reibungskoeffizient ergeben.
709847/083R
1^* ^Molybdän, Bariumsulfat, Antimon, Molybdändisulfat und
andere Stoffe, die starken Verschleiß und Lärm verhindern und den Reibungskoeffizienten des resultierenden Reibungsmaterials
stabilisieren.
Bei bestimmten Anwendungsfällen wird ein auf Eisen basierendes
Reibungsmaterial gewünscht; hierfür kann in Tabelle 1 anstelle von Kupfer Eisen gesetzt werden.
Die besonderen Formulierungen A und B illustrieren die Zusammensetzung von Reibungsstoffen, die im Reibungselement 10 verwendet werden können.
Die jeweils aus Tabelle 1 ausgewählte Formulierung hängt von dem besonderen Einsatzgebiet des Reibungselements 10 ab. Beispielsweise kann das Beispiel A, welches in Tabelle 1 angegeben ist, in einer Flugzeugbremse verwendet werden. Das Beispiel B dagegen, bei dem ein größerer Prozentsatz von Kupfer
oder Eisen zugegeben wird, während der Gehalt an Reibungsbildnern reduziert ist, kann in einer Kupplung verwendet werden.
In Fig. 2 ist das Flußdiagramm des Verfahrens dargestellt, welches bei der Herstellung des Reibungselementes 10 verwendet
wird, nachdem eine bestimmte Materialzusammensetzung C gewählt ist, d.h., Beispiel A oder B. Die Bestandteile werden in Pulverform miteinander vermischt und in eine Vorform eingebracht.
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Eine Kompressionskraft wird auf das Pulver aufgebracht. Dadurch werden die Bestandteile zu einem festen Teil verdichtet;
es ergibt sich eine Gestalt, die der Verstärkungsschale 14 entspricht. Dies ist als Schritt 1 in Fig. 2 dargestellt. Das
vorgeformte Reibungsmaterial wird dann in einen Ofen gebracht, der eine inerte Atmosphäre besitzt. Der Ofen wird auf eine
Temperatur von 1037,8° C innerhalb von bis zu 90 Min. gebracht. Dabei wird die auf Kupfer basierende Reibungszusammensetzung
gesintert. Dies ist als Schritt 2 in Fig. 2dargestellt. Beim Sintern fällt das Material zusammen und haftet aneinander als
integrierte Masse. Es wird hiernach als gesintertes Reibungsmaterial 20 bezeichnet. Da der Ofen nur zur Erwärmung der auf
Kupfer basierenden Reibungszusammensetzung benötigt wird, läßt sich eine bessere Qualitätskontrolle verwirklichen. Zusätzlich
ergibt sich eine Einsparung an Brennstoff beim Betrieb des Ofens.
Das gesinterte Reibungsmaterial 20 wird dann aus dem Ofen genommen; man läßt es abkühlen. Das gesinterte Reibungsmaterial
20 ist verhältnismäßig stabil und kann eine gewisse Zeit gelagert werden, ohne daß dies eine nachteilige Wirkung hat, bevor
es an der Verstärkungsschale befestigt wird. Der Sinterprozeß ist also ein vollständig unabhängiger Schritt bei der Herstellung des Reibungselementes 10.
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Wie als Schritt 3 In Flg. 4 gezeigt 1st, wird das gesinterte
Reibungsmaterial 20 lose in der Verstärkungsschale angebracht; Dabei entsteht ein Reibbelag oder sonst eine Einrichtung.
Die Einrichtung wird danach in einen elektrischen Induktionsofen 22 gebracht. Eine inerte Atmosphäre aus Stickstoff und
Wasserstoff wird in den Induktionsofen eingeführt, so daß die Einrichtung in sauerstoffreier Atmosphäre untergebracht ist.
Der elektrische Induktionsofen wird eingeschaltet; die gesamte Einrichtung wird auf ungefähr 926,7° C in weniger als 5 Min.
erhitzt, was als Schritt 4 in Fig. 2 dargestellt ist.
Die erhitzte Einrichtung wird dann aus dem Induktionsofen genommen und sofort in eine Presse gebracht, wo ein einziger
Preßschlag ausgeführt wird und das Material so verschmiedet wird, daS sich die gewünschte Dichte im Reibungsmaterial ergibt. Dies ist als Schritt 5 in Fig. 2 gezeigt. Aufgrund der
Temperatur des gesinterten Reibungsmaterials 12 und der Schale 14 bildet sich eine Schweißung 16 über der gesamten inneren
Fläche zwischen Reibungsmaterial 12 und Verstärkungsschale 14 aus.
Die Einrichtung wird dann aus der Presse genommen; man läßt sie
auf Zimmertemperatur abkühlen.
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Wenn die Einrichtung ausgekühlt 1st, wird das Reibmaterial 12
auf eine bestimmte Dicke abgeschliffen, wie dies als Schritt 6
in Fig. 2 dargestellt ist.
Danach wird die Einrichtung inspiziert und zur Verwendung verpackt, wie dies als Schritt 7 gezeigt ist.
Zur Auswertung der Gesamteffektivität dieses Verfahrens wurden Reibungselemente nach der Formulierung A und der Formulierung B
mit den nachfolgenden, bestimmten Verfahrensschritten hergestellt.
2
ungefähr 2800 kg/cm beaufschlagt. Dabei wurde eine Vorform des
Reibungsmaterials hergestellt mit einer Gestalt, welche der
Verstärkungsschale entsprach. Mehrere Proben des vorgeformten Reibungsmaterials, die nach den Formulierungen A und B hergestellt worden waren, wurden gleichzeitig in einen Ofen eingebracht und in ungefähr 60 Min. auf 1.037,8° C erhitzt. Dabei
wurde das Reibungsmaterial gesintert. Das gesinterte Reibungsmaterial wurde danach aus dem Ofen entfernt; man HeB es auf
Umgebungstemperatur abkühlen.
Alle gesinterten Reibungsmaterialien wurden dann mit einer kupferüberzogenen, stählernen Verstärkungsschale versehen und
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danach In einen elektrischen Induktionsofen gebracht. Eine
Inerte Atmosphäre wurde In den Induktionsofen geführt und der
Induktionsofen wurde eingeschaltet. Ein erster Satz aus fünf Proben jeder Formulierung wurde auf ungefähr 787,8° C in ungefähr 3 Min. erhitzt. Danach wurden weitere Probensätze in Intervallen von 10° C erhitzt, bis eine Temperatur von 898,9° C erreicht war. Wenn eine Probe die erwünschte Temperatur erreichte, wurde sie aus dem Induktionsofen genommen und in eine
Presse gebracht. Die erste Probe von jedem Satz wurde einem einzigen Kompressionsschlag von 466,62 kg/cm unterzogen, um
die gewünschte Dichte im Reibungsmaterial zu erzielen. Die
2 2
kg/cm erhöht, bis 1400 kg/cm auf die letzte Probe in jedem
Satz aufgebracht wurden. Aus diesen Proben ergab sich, daß die gewünschte Dichte dadurch gesteuert werden kann, daß entweder
die Temperatur oder der Druck verändert wird, bei dem die Verdichtung stattfindet.
Um die Stabilität der Verschweißung zu bestimmen, wurde ein typischer Scherungstest an einer Mehrzahl dieser Testproben
ausgeführt. Beim Scherungstest wurden Kräfte auf Reibungsmaterial und Verstärkungsschale aufgebracht, bis ein Fehler auftrat. Wenn der Fehler im Reibungsmaterial auftrat, lag zwischen
dem Reibungsmaterial und der Verstärkungsschale eine stabile Verschweißung vor. Aus diesen Versuchsergebnissen konnte geschlossen werden, daß eine stabile metallurgische Verschweißung
709847/0836
erzielt wird, solange die Temperatur der Einrichtung oberhalb von 760 C und der Druck oberhalb von 4 90 kg/cm lag.
Das Verfahren zur metallurgischen Verbindung eines gesinterten Reibungsmaterials mit einer Verstärkungsschale, welches anhand
der Fign. 1 und 2 beschrieben wurde, ist sehr ökonomisch. Die Mikrostrukturen von einigen Reibungsmaterialien ändern sich jedoch,
wenn der einzige Kompressionsschlag ausgeführt wird, während die Reibungsmaterialien sich auf hohen Temperaturen befinden.
Dabei kann das entsprechende Endprodukt für die Verwendung bei Bremsen oder in Kupplungen ungeeignet werden. Zusätzlich
stellt die Verwerfung der geschweißten Einrichtung ein Problem, wenn sich die Einrichtung von der hohen Temperatur abkühlt,
die nach der Anwendung des Pressenschlages noch verbleibt.
Diese Nachteile werden gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung vermieden, die anhand der Fig. 3 näher beschrieben wird. Danach wird das folgende Verfahren vorgeschlagen:
Nachdem eine bestimmte Materialzusammensetzung gewählt ist, werden
die Bestandteile in Pulverform miteinander vermischt und in eine Vorform gebracht. Eine Kompressionskraft wirkt auf das Pulver
ein und verdichtet die Bestandteile in eine Rohform (Schritt 1 bei der ersten Ausfuhrungsform).
Dieses vorgeformte Reibungsmaterial wird in einen Ofen gebracht,
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der eine reduzierende Atmosphäre aufweist. Dort werden die Reibungsmaterialien gesintert. Die Temperatur des Reibungsmaterials
wird angehoben. Die S inter temperatur erreicht einen Bereich
zwischen 732,2° C und 1065,6° C in ungefähr 30 Min. Bei dieser Temperatur werden die Bestandteile zusammengeschmolzen. Nach
diesem Zeitpunkt wird das Reibungsmaterial als gesintertes Reibungsmaterial 112 bezeichnet (Schritt 2 bei der ersten Ausführungsform) .
Das gesinterte Reibungsmaterial 112 wird dann lose in eine mit Kupfer ausgekleidete Verstärkungsschale 114 gesetzt, wodurch
eine Reibungseinrichtung 110 gebildet wird. Eine reduzierende Atmosphäre (exothermes Gas) wird um den Bremsbelag 110 herumgeleitet, um die Bildung von Oxiden an der Zwischenfläche zwischen
Reibungsmaterial 112 und der Verstärkungsschale 114 zu verhindern (Schritt 3 bei der ersten AusfUhrungsform).
Die Spulen eines elektrischen Induktionsofens werden dann um die Außenseite der Verstärkungsschale 114 herum angeordnet. Den
Spulen wird elektrischer Strom zugeführt und die Verstärkungsschale 114 wird in weniger als 1 Min. auf ungefähr 871,1° C
erhitzt. Innerhalb dieser Zeit bleibt der Hauptteil des gesinterten Reibungsmaterials 112 auf Zimmertemperatur; nur derjenige Teil des Reibungsmaterials, der an der durch die Linie 124
in Fig. 3 gezeigten Zwischenfläche liegt, wird durch Leitung erwärmt, da sich das Reibungsmaterial nur lose in der Verstär-
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kungsschale 114 befindet (Schritt 4 bei der ersten Ausführungsform).
Wenn die Verstärkungsschale 114 die vorbestimmte Temperatur erreicht, wird der Reibungsbelag 110 sofort in eine Presse gebracht, wo ein einziger Schlag ausgeführt und das Material in
der Schale verschmiedet wird. Die Masse des Reibungsmaterials ist dabei noch kalt; die Verstärkungsschale ist noch heiß. Der
einzige Schlag komprimiert das gesinterte Reibungsmaterial auf die gewünschte Dichte und erzeugt gleichzeitig eine metallurgische Verbindung über die gesamte Innenfläche 116 hinweg.
Der Reibbelag 110 wird dann aus der Presse entfernt; man läßt ihn auf Zimmertemperatur abkühlen. Auf diese Weise wird die
Arbeitsfläche 126 des Reibungsmaterials 112 unter einer Temperatur gehalten, welche die Eigenschaften der gewählten Modifikationsmittel in einer bestimmten Formulierung verändern könnte
(Schritt 5 bei der ersten Ausführungsform).
Wenn der Reibbelag 110 abgekühlt hat, wird das Reibungsmaterial
112 auf eine bestimmte Dicke abgeschliffen (Schritt 6 bei der ersten A us füh rungs form) .
Danach wird der Reibbelag 110 inspiziert und zum Gebrauch verpackt (Schritt 7 bei der ersten Ausführungsform).
Zur Bestimmung der Stabilität der metallurgischen Verbindung wurde ein Scherungstest an Proben des Reibbelags 110 ausgeführt.
Diese ergab, daß das gesinterte Reibungsmaterial 112 vor der
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Leerseite
Claims (10)
1. Verfahren zur Befestigung eines gesinterten Reibungsmaterials an einem Halter, gekennzeichnet durch die folgenden
Schritte:
Anbringen des gesinterten Reibungsmaterials an dem Halter, so daß sich eine Reibeinrichtung ergibt;
Erwärmen des Halters auf eine bestimmte Temperatur; Aufbringen eines einzigen Kompressionsschlages auf das
gesinterte, erhitzte Reibungsmaterial und den Halter, wobei das Reibungsmaterial auf eine bestimmte Dichte gebracht
und metallurgisch mit dem Halter verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Reibungseinrichtung beim Erhitzen auf
einen gleichförmigen, bestimmten Wert gebracht wird.
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ORIGINAL INSPECTED
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Reibungsmaterial und der Halter bei der gleichförmigen Erhitzung in einer inerten Atmosphäre angebracht
werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Reibungseinrichtung aus der inerten Atmosphäre in eine Presse überführt wird, wenn die bestimmte Temperatur erreicht
ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungseinrichtung auf eine Presse überführt wird, bevor
die Temperatur des gesinterten Reibungsmaterials sich durch thermische Leitung nennenswert verändert hat, nachdem der
Halter erwärmt worden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungseinrichtung in reduzierender Atmosphäre angeordnet
wird, bevor der Halter erhitzt wird, um die Bildung von Oxiden an der inneren Fläche zwischen dem Reibungsmaterial
und dem Halter zu verhindern.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter zur Erhitzung von einem elektrischen Induktionsofen umgeben wird.
709847/083 -
8. Verfahren zur Herstellung eines Reibungsbelags, gekennzeichnet
durch die Schritte:
Füllen einer Form mit Reibungsmaterial; Verdichten des Reibungsmaterials in der Form;
Einbringen des verdichteten Reibungsmaterials in einen Ofen ;
Anheben der Temperatur in dem Ofen zur Versinterung des Reibungsmaterials;
Entfernen des gesinterten Reibungsmaterials aus dem Ofen und
Befestigen des Reibungsmaterials an einem Halter mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen mit einer inerten Atmosphäre während der Sinterung des
Reibungsmaterials gefüllt wird.
10. Verfahren anach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zuletzt das Reibungsmaterial abgeschliffen
und die erwünschte Dicke hierdurch eingestellt wird.
709847/0836
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US05/683,460 US4050620A (en) | 1976-05-04 | 1976-05-04 | Method of welding a friction material to a reinforcing member |
| US05/683,116 US4050619A (en) | 1976-05-04 | 1976-05-04 | Method of attaching a friction lining to a reinforcing cup |
Publications (1)
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|---|---|
| DE2719789A1 true DE2719789A1 (de) | 1977-11-24 |
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-
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| FR2350512B1 (de) | 1980-12-19 |
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