DE2731813A1 - Verfahren zur herstellung von reibbelaegen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von reibbelaegenInfo
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Description
ΙΊ'ό I H I J
Patentanwälte ·
DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGAST
DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGAST
Ü r)G2o Velbert 11 - Langenberg, Bökonbusch
Postfach 11 o3 HG Telefon (o2127) 4ol9 Telex Ü51GÜ95
Patentanmeldung
Automotive Products Ltd., Tachbrook Road, Leamington Spa,
Warwickshire, England
Verfailren zur Herstellung von Reibbelägen
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-s-
2 7 j I ti i J
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines allgemein ringförmigen Reibbelags für eine Kupplung oder
Bremse, bei dem eine Paste eines Reibmaterials gebildet wird, das zu einem wesentlichen Anteil einen Faserfüllstoff aus
diskreten Längen von Fasersträngen in einem flüssigen, härtbaren Bindemittel enthält, daraus ein scheibenförmiger,
ungehärteter Vorformling des Reibbelags gefertigt und der Vorformling unter Ausbildung des Reibbelags gepreßt und
gehärtet wird.
Es ist bekannt, die allgemein ringförmigen oder scheibenförmigen Reibbeläge für Kupplungen dadurch herzustellen, daß Asbestgarn,
das normalerweise mit einer geeigneten organischen Harzzusammensetzung imprägniert wird, spiralförmig um sich selbst aufzuwickeln.
Dabei treten einige Schwierigkeiten dadurch auf, daß sichergestellt werden muß, daß das Harz das Asbestgarn auch bis
zur Mitte durchimprägniert hat. Außerdem muß dabei der Harzgehalt ständig überwacht werden, weil das Garn abwechselnd durch
Harzbäder und Trockner geführt wird, bis das Garn den erforderlichen Harzgehalt aufgenommen hat.
Die Länge der Asbestfasern muß hinreichend groß sein, um die Herstellung des Asbestgarns zu erleichtern, jedoch ist es im
Gegensatz dazu aus kommerziellen Gründen erwünscht, kürzere Fasern zu verwenden, die billiger sind als die Fasern größerer
Länge für die Herstellung des Garnes.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags der vorgenannten Art
anzugeben, mit dem die Mehrzahl der Fasern des Faserfüllstoffes nach dem Umfang des Reibbelags ausgerichtet ist und bei dem nur
noch geringe Schwierigkeiten für die Durchimprägnierung des Faserfüllstoffes mit dem Harz bestehen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der
scheibenförmige Vorformling durch Strangpressen der Paste durch ein Formwerkzeug solcher Abmessung, daß der Faserfüllstoff mit
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der Längsachse der Mehrzahl der Fasern großenteils parallel zur Längsachse des Preßstranges ausgerichtet ist, und durch spiralförmiges
Aufwickeln des Preßstranges gebildet wird, wobei die Längsachsen der Fasern in dem Vorformling im wesentlichen
tangential zu dem zugehörigen Radius des Vorformlings verlaufen.
Für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht der
Faserfüllstoff aus einer großen Zahl diskreter Faserstränge,
von denen ein wesentlicher Anteil eine ausreichende Länge für eine gewisse Verstärkung der Reibbeläge besitzt, aber kurz
genug ist, um erfindungsgemäß verarbeitet zu werden, wobei die endgültige Faserlänge durch das Verfahren selbst, die Faserlänge
des eingesetzten Materials und die geforderten Eigenschaften der Reibbeläge bestimmt wird.
Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Phenol-Formaldehydharz
verwendet, das ein Resolharz oder ein Novolakharz sein kann; das Harz kann in einem geeigneten Lösungsmittel
gelöst sein, um die Mischung zu der Paste zu erleichtern, und die Vorformlinge können über eine hinreichend lange Zeit stehen
gelassen werden, um die Verdampfung des Lösungsmittels zu ermöglichen.
Anstelle der Phenol-Formaldehydharze können auch Melamin-Formaldehyharze
als Bindemittel verwendet werden.
Bevorzugt werden als Faserfüllstoffe Asbestfasern von bis zu
1,27 cm Länge der Typen 7D, 6D und 5R nach der kanadischen Klassifikation eingesetzt. Anstelle dieser Faserfüllstoffe
können aber auch Glasfasern, Steinwolle, Rohbaumwolle, Stahlwolle, Sisal, Kohlefäden und Fasern von Nichteisenmetallen
verwendet werden.
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Die in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzte Paste enthält
zweckmäßigerweise amorphe mineralische Füllstoffe, z.B. Eisenoxid, Bariumsulfat, Zinksulfid, Eisensulfid, Bleisulfid, Kaolin
oder Glimmer. Sie kann jedoch auch organische Füllstoffe und Verstärker wie Ruß, polymerisiertes Kaschunußölharz, Butadien-Styrolgummi-Schnitzel
oder Nitrilgummischnitzel enthalten.
Vorzugsweise hat die Paste die folgende Zusammensetzung in Gewichts-%:
Asbestfaser, kanadische Klassifikation 6D 4o-6o
Phenol-Formaldehyd-Resolharz 2o-3o
Industriealkohol 1o-2o
Butadien-Styrolgummi-Schnitzel o-1ο
Messingdrehspäne o-1o
Ruß o- 2
mineralische Füllstoffe o-2o,
kann aber auch die folgende Zusammensetzung in Gewichts-% haben:
Asbestfaser, kanadische Klassifikation 7D 4o-6o
Phenol-Formaldehyd-Novolakharz 2o-3o polymerisiertes Kaschunußölharz 5-1 ο
Industriealkohol 15-2o Butadien-Styrolgummi-Schnitzel 0-I0
Messingdrehspäne 0-I0
mineralische Füllstoffe o-2o.
Der Preßstrang wird bei dem Verfahren nach der Erfindung vorteilhafterweise so geformt, daß eine Verzahnung zwischen
benachbarten Windungen des spiralförmig aufgewickelten Preßstranges eintritt.
Nach der Härtung unter Druck wird aus dem Vorformling ein Reibbelag der eingangs genannten Art erhalten, der die
gewünschten Eigenschaften besitzt. Dieser Reibbelag kann dabei
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auch unmittelbar als Vorformling auf ein Ringglied der Kupplungsabtriebsscheibe aufgebracht und in Verbindung mit
diesem gehärtet werden.
Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Reibbelag
enthält in seiner materiellen Zusammensetzung einen wesentlichen Anteil eines Faserfüllstoffes, der diskrete Längen von
Fasersträngen aufweist, wobei die Längsachse der Mehrzahl der Fasern umfangsmäßig in bezug auf den Reibbelag ausgerichtet
ist.
AusfUhrungsbeispiele der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
herstellbaren Reibbeläge sind in den Abbildungen dargestellt und werden nachfolgend im einzelnen erläutert und beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Vorformling in perspektivischer Ansicht;
Fig. 2 in geschnittener perspektivischer Ansicht eine andere Ausführungsform des nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Vorformlings;
Fig. 3(i) und Fig. 3(iii) Querschnitte durch einen Strang anderer Ausführungsformen des nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Vorformlings;
Fig. 3(ii) und Fig. 3 (IV) Querschnitte durch einen bzw. mehrere Stränge weiterer Ausführungsformen
des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Vorformlings, die so geformt sind, daß
benachbarte Stränge miteinander verzahnt sind; und
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Fig. 3 eine geschnittene perpektivische Teilansicht eines Vorformlings gemäß Fig. 3(ii).
Das Herstellungsverfahren für die Reibbeläge betrifft in der Hauptsache die Ausrichtung der Fasern des Faserfüllstoffes.
Diese werden während des Herstellungsprozesses in der Weise ausgerichtet, daß die Längsachse der Mehrzahl der Fasern zum
Umfang des allgemein ringförmigen Reibbelags ausgerichtet ist. Ein solcher Reibbelag besitzt eine sehr hohe Berstfestigkeit.
Der Faserfüllstoff wird mit dem Harz zu einer Paste vermengt,
die anschließend in einem Strangpreßverfahren so verarbeitet wird, daß die Fasern nach der Längsachse des Preßstranges
orientiert sind. Bestimmte Längen des Preßstranges werden spiralförmig aufgewickelt, wobei flache Ringscheiben mit einem
Querschnitt entsprechend Fig.1 oder 2 erhalten werden. In der Spiralwicklung des Preßstranges sind die Längsachsen der Fasern
so ausgerichtet, daß ihre Mehrzahl tangential zu dem zugehörigen Radius der so gebildeten flachen Wicklung verläuft.
Die flach aufgewickelte Ringscheibe ensprechend Fig.1 oder 2 wird im folgenden als Vorformling bezeichnet. Bei der Ausformung
des Vorformlings unter Druck werden die getrennten Schichten des Preßstranges unter Härtung miteinander verbunden.
Bei der Ausformung wird bewirkt, daß das Harz in die Zwischenräume zwischen den Preßsträngen eindringt und die Schichten der
Preßstränge zu einem einheitlichen Körper verschweißt.
Die Paste zur Bildung des Vorformlings wird aus einem Harz und einem Faserfüllstoff hergestellt, sowie aus einer Zahl weiterer
Komponenten, die notwendig sind, um die für den jeweiligen Reibbelag erforderlichen Eigenschaften zu erhalten. Folgende
Komponenten können dabei zur Anwendung kommen:
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(1) Eines der folgenden Harze allein oder in Kombination:
Phenol-Formaldehyd-Resolharz oder -Novolakharz; nichtvulkanisierter Gummi;
Epoxidharz;
Polyesterharz;
Melamin-Formaldehydharz.
(2) Ein Faserfüllstoff der nachfolgenden Art, einzeln oder in
Kombination:
Asbestfaser (kanadische Klassifikation 6D, 7D, 5R); Steinwolle; Stahlwolle; Sisal; Baumwolle; Glasfaser;
Fasern von Nichteisenmetallen; Kohlefaden.
(3) Ein organischer Zusatz- oder Füllstoff der folgenden Art:
Ruß; polymerisiertes Kaschunußölharz; Reifenschnitzel
aus Styrol-Butadien-Copolymerem oder Nitrilgummischnitzel,
(4) Anorganische mineralische Füllstoffe der folgenden Art:
Kalk oder Schlämmkreide; Oxide wie Eisenll,Illoxid,
Schwerspat; sulfidische Minerale wie Eisensulfid; feuerfeste Füllstoffe wie Kaolin, Glimmer.
(5) Metalle der folgenden Art in Form von Draht, Spänen, Drehspänen
oder als Pulver:
Kupfer; Messing; Zink.
(6) Lösungsmittel für das Harzmaterial, z.B. Industriealkohol, Isopropylalkohol, Methanol, Aceton.
(7) Katalysatoren für die Härtung des Harzmaterials, z.B. Hexamin für Novolakharze, Benzoylperoxid für Polyesterharze,
Schwefel für ungehärteten Naturgummi.
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Eine typische Paste ist folgendermaßen zusammengesetzt:
Asbestfaser, kanadische Klassifikation 6D 18o g
Phenol-Formaldehyd-Resolharz (Trockengewicht) 1oo g
Isopropylalkohol 62 g
Reifenschnitzel 15 g
Kupferdrahtstücke 15g
Ruß 2 g.
Eine weitere Paste ist folgendermaßen zusammengesetzt:
Asbestfaser, kanadische Klassifikation 42o g
Phenol-Formaldehyd-Novolakharz 21o g
Hexamin 16 g
polymerisiertes Kaschunußölharz 7o g
Industriealkohol 15o g.
Diese typischen Zusammensetzungen stellen Grundmischungen dar, denen andere Komponenten zugesetzt werden können, um die für
bestimmte Reibbeläge geforderten Eigenschaften zu erhalten.
Die Paste wird in einer geeigneten Maschine, z.B. einem Banbury-Mischer, vermengt und bis zum Erreichen einer gleichmäßigen
Konsistenz durchmischt. Die Paste wird dann einer Strangpresse zugeführt. Für das Strangpreßverfahren können
verschiedene Arten von Strangpressen verwendet werden, z.B. kontinuierliche Schneckenextruder, Stempelpressen oder auch
Kalander, bei denen das Material durch zwei Walzen geführt wird. Die Art der Strangpresse wird dabei durch die Konsistenz
der Paste bestimmt. Für die vorgenannten zwei typischen Zusammensetzungen wird am zweckmäßigsten eine Stempelpresse
verwendet. Die Länge der Fasern in dem Asbest verteilt sich im wesentlichen über Längen zwischen o,32 und 1,27 cm. Um daher
die Fasern nach der Längsachse des Preßstranges auszurichten, wird die Paste durch ein kreisförmiges Formwerkzeug gepreßt,
dessen Durchmesser kleiner als die Länge der Fasern ist. Der Durchfluß durch das Formwerkzeug sollte dabei eine laminare
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INSPECTED
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Strömung ausbilden. Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn das Formwerkzeug einen Durchmesser von ca. o,4 cm hat und
die Strangpreßgeschwindigkeit zwischen 15 cm/sek. und 1 m/sek.
beträgt.
In dem Maß, in dem der Preßstrang von der Strangpresse
abgenommen wird, wird er unter Ausbildung eines Vorformlings des Reibbelags zu einer flachen, ringförmigen Windung entsprechend
Fig.1 aufgewickelt.
Der Vorformling kann aus einer einschichtigen Windung wie in Fig.1, aber auch aus einer mehrschichtigen Windung entsprechend
der Darstellung in Fig.2 bestehen.
Nach Erreichen der gewünschten Größe des Vorformlings wird der
Preßstrang abgeschnitten und der Vorformling entfernt. Der Preßstrang wird dann zu einer weiteren ringförmigen Windung
aufgewickelt und so fort.
Der Vorformling wird bei einer Temperatur von 2o-25° in einem Vorbehandlungsraum stehengelassen, wobei der größte Teil des
Lösungsmittels langsam aus der Paste verdampfen kann. Die erforderliche Vorbehandlungszeit beträgt ca. 24 Stunden. Der Vorformling
kann jedoch stattdessen auch zur Beschleunigung der Entfernung des Lösungsmittels durch Heizöfen geführt werden.
Nach der Vorbehandlung wird der Vorformling in einem Temperaturbereich
von 14o-2oo°C bei einem Druck von ca. 15o bar über die
Dauer von 1o bis 12 Minuten ausgeformt. Während des Ausformungsvorgangs
wird der Druck auf das Formmaterial zweimal oder dreimal teilweise aufgehoben, um ein Atmen des Materials
zuzulassen. Dadurch kann alles weitere in der Paste verbliebene Lösungsmittel, das dann verdampft, zusammen mit den flüchtigen
Reaktionsprodukten aus der Durchhärtung des Harzes aus dem Material entweichen.
- 13 -
709884/084 1
'Offcl'NAL INSPECTED
- ii - 27 J I ·» ί J
Nach ca. 12 Minuten wird der so geformte Reibbelag aus der Form entnommen und abkühlen gelassen. Der Belag wird dann bearbeitet
und zur Verbindung z.B. mit der Abtriebsscheibe einer Kupplung vorbereitet.
Der Querschnitt des Preßstranges muß nicht notwendig kreisförmig sein. In Fig.3 sind andere mögliche Querschnittsformen
dargestellt. Die Querschnittsformen entsprechend Fig.3 (ii) und Fig.3 (IV) besitzen den Vorteil, daß sie eine gewisse Verzahnung
zwischen den getrennten Lagen des Preßstranges bewirken und daß bei der Härtung die ausgerichteten Fasern einer Lage des
Preßstranges untrennbar mit den ausgerichteten Fasern einer anderen Lage des Preßstranges vermischt werden.
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L e e rV e i t e
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung eines allgemein ringförmigen
Reibbelags für eine Kupplung oder Bremse, bei dem eine Paste eines Reibmaterials gebildet wird, das zu einem
wesentlichen Anteil einen Faserfüllstoff aus diskreten Längen von Fasersträngen in einem flüssigen, härtbaren
Bindemittel enthält, daraus ein scheibenförmiger, ungehärteter Vorformling des Reibbelags gefertigt und der
Vorformling unter Ausbildung des Reibbelags gepreßt und gehärtet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Vorformling durch Strangpressen der Paste durch ein Formwerkzeug
solcher Abmessung, daß der Faserfüllstoff mit der Längsachse der Mehrzahl der Fasern großenteils parallel zur
Längsachse des Preßstrangs ausgerichtet wird, und durch spiralförmiges Aufwickeln des Preßstranges gebildet wird,
wobei die Längsachsen der Fasern in dem Vorformling im wesentlichen tangential zu dem zugehörigen Radius des
Vorformlings verlaufen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Bindemittel ein Phenol-Formaldehydharz ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Bindemittel ein Melamin-Formaldehyharz ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die diskrete Länge der Mehrzahl der
Faserstränge des Faserfüllstoffs 1,27 cm nicht übersteigt.
·- 3 —
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ORIG/NAL INSPECTED
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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserfüllstoff Asbestfaser der kanadischen Klassifikation
6D ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Faserfüllstoff Asbestfaser der kanadischen Klassifikation
7D ist.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserfüllstoff Asbestfaser der kanadischen Klassifikation
5R ist.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Paste die folgende Zusammensetzung in Gewichts-% hat:
Asbestfaser, kanadische Klassifikation 6D 4o-6o
Phenol-Formaldehyd-Resolharz 2o-3o
Industriealkohol 1o-2o
Butadien-Styrolgummi-Schnitzel o-1ο
Messingdrehspäne o-1o
Ruß o- 2
mineralische Füllstoffe o-2o.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Paste die folgende Zusammensetzung in Gewichts-% hat:
Asbestfaser, kanadische Klassifikation 7D 4o-6o
Phenol-Formaldehyd-Novolakharz 2o-3o Polymerisiertes Kaschunußölharz 5-1 ο
Industriealkohol 15-2o
Messingdrehspäne o-1o
Butadien-Styrolgummi-Schnitzel o-1ο
mineralische Füllstoffe o-1o.
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21S !H ί3
1ο. Verfahren nach einem der Ansprüche 1" 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Preßstrang so geformt wird, daß eine Verzahnung zwischen benachbarten Windungen des spiralförmig
aufgewickelten Preßstrangs eintritt.
70988^/0841
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