DE2757833A1

DE2757833A1 - Verfahren zur herstellung von friktionsgegenstaenden

Info

Publication number: DE2757833A1
Application number: DE19772757833
Authority: DE
Inventors: Robert Stanley Kiwak; Tung Liu
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1978-07-06
Also published as: JPS5382947A; FR2375495B1; MX150444A; AU515035B2; GB1580497A; CA1105214A; FR2375495A1; AU3160177A

Description

Verfahren zur Herstellung von Friktionsgegenständen

! Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Friktonsgegenständen, insbesondere von organischen Reibbelägen.

Bei der Herstellung von Friktionsgegenständen wird für wesentlich gehalten, daß alles Wasser aus der Materialzusammensetzung entfernt wird, bevor der Harzbinder, der darin enthalten ist, abbindet. Wenn der Wassergehalt über 2 Gew.-% in der Materialzusammensetzung liegt, kann die Wärme, die zur Abbindung des Harzes

! in der Materialzusammensetzung erforderlich ist durch Verdampfen

j des Wassers zu Blasen und/oder Leerräumen in der Nähe der Ober-

i
fläche des Reibbelags führen. Daher werden alle Materialinkredienzien getrocknet, bevor sie zur Ausbildung eines Reibbelages I vermischt v/erden.

Die Dichte des trockenen Asbests ist jedoch, verglichen mit der Dichte anderer Ingredienzien in der Materialzusammensetzung niedrig. Daher ist eine gründliche Vermischung erforderlich, bevor eine homogene Materialzusammensetzung erhalten wird. Bei dieser Vermischung gelangt jedoch ein Teil des Asbests in die Luft und verunreinigt die Umgebung. Oft ist die Menge dieses Inder Luft schwebenden Asbests so hoch, daß die erlaubten Grenzen überschritten werden. Um die Luftqualität innerhalb der zulässigen

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Werte zu halten, haben die meisten Hersteller extensive Luftfiltersysteme in die Anlagen einbauen müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein staubloses Ver- \ fahren zur Herstellung von Friktionsgegenständen zu schaffen, j ohne daß existierende Herstellungsanlagen umgebaut werden müßten.'

ι Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch beschriebene Erfin-i dung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt schematisch die Schritte, welche das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Friktionsartikels, insbesondere eines organischen Bremsen-Reibbelages, ausmachen.

Trockene Ingredienzien, die in Vorratsbehältern 10, 12, 14, 16, χ und y aufbewahrt werden, werden in einem geschlossenen Abmeß- ; behälter 18 in gewünschtem Verhältnis zusammengegeben. Dieses Verhältnis hängt von der jeweiligen Formel ab, die für den organischen Bremsen-Reibbelag gewählt wurde. Diese trockenen Ingredienzien enthalten bei organischen Bremsen-Reibbelägen immer mindestens Harz, Asbest, Mahagoninuß-Pulver und elastomeres Material sowie einen Friktions-Modifikator. Sie werden von dem Dosierbehälter 18 zum Mischer 20 gefördert. Im Zementmischer 20 werden { die trockenen Ingredienzien ungefähr 10 Minuten lang verwirbelt.

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Dabei werden die schwereren Ingredienzien in der Materialzusammensetzung durch das Asbest, welches niedrige Dichte aufweist, verj teilt. Danach wird den trockenen Ingredienzien Wasser mit Hexa-

j methylentetrair.in, allgemein als "Hexa", in Lösung zugegeben, woj
durch eine Brühe 2 3 gebildet wird. Wenn die Brühe 2 3 homogen ist,

wird sie vom Mischer 20 abgezogen und auf einem Transportband 22
! zum Fülltrichter 24 einer Brikettiermaschine 26 gebracht.

I Die Brikettiermaschine 26 besitzt eine erste Station, an der aus j

i .

I dem Fülltrichter 24 ein bestimmtes Volumen Brühe entnommen und j

■ in eine erste Form 25 gegossen wird. Die erste Form 25 wird in j ! eine Entwässerungskammer 30 an einer zweiten Station gebracht, j

i j

I wo eine Kompressionskraft auf die Brühe gebracht wird. Fine Pumpe

i 32 erzeugt eine Kraft, welche Wasser aus der Entwässerungskammer ' i ■

¹ 30 abzieht und dieses in einen Wasserrückhaltetank 34 leitet.Die ·

Koir.pressionskraft, die auf die Brühe wirkt, wird so gewählt, daß i ; bis zu 95Gew.-% des anfänglich zugegebenen Wassers und des Hexa
i entfernt v/erden. Dabei entsteht ein Brikett 36.

: Das Brikett 36 wird in einen dielektrischen Trockner gebracht

! und zwischen eine erste Platte 40 und eine zweite Platte 42 ge-

stellt. Die erste Platte 40 ist mit einer einstellbaren Stromquelle 44 verbunden; die zweite Platte 42 ist mit Erde 46 ver- ■ bunden. Die elektrische Spannungsquelle 44 erzeugt ein elektri-I sches Wechselfeld zwischen den beiden Platten 40, 42. Durch Ein- \ stellen des Ausgangs der elektrischen Spannungs- bzw. Stromquelle! wird die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes verändert. Die
gewählte Frequenz führt dazu, daß sich die Bewegung der Moleküle

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des Materials im Brikett beschleunigt und erzeugt innerhalb des

■ Erikctts 36 Wärir.e. Die innere Wärme treibt das Wasser, welches '

sich im Brikett 36 befindet, zur Außenfläche. Lin Ventilator 37 bewegt wärme, trockene Luft über die Außenfläche des Briketts 36, wodurch das Wasser, wenn es auf der Oberfläche anlangt, entfernt wird. Das Brikett wird in dielektrischen Trockner 38 solange be- ; halten« bis das Wasser im Brikett einen Wert von 1 Gew.-% der ;

trockenen Ingredienzier in der Materialzusammensetzung annähert. Danach wird das Brikett in einen Speicherbehälter 4 3 gebracht.

Das trockene Brikett 36 wird dem Speicherbehälter 43 entnommen und in eine zweite Form 47 gebracht. Das trockene Brikett 36 und ,

die zweite Form 47 werden zu einer Prersenstation 43 gefördert, t

I Die Pressenstation 48 weist einen Zylinder 49 auf, der sich in *

einen Ofen 51 erstreckt. Die Temperatur des Briketts 36 wird '

ο !

auf ungefähr 177 C im Ofen 51 angehoben. Eine Kompressionskraft j von bis zu 422 kg/cm wird vom Zylinder 49 auf das Brikett aufgebracht. Dadurch wird ein vorgeformter organischer Reibbelag 5O ^; mit bestimmter Dichte und Form erzeugt. Der vorgeformte organi- ,; sehe Reibbelag 5O wird dann in einen Ofen 54 eingebracht. Die Temperatur im Ofen 54 wird bei etwa 316°C gehalten. Bei dieser ;

ο '

, Temperatur von 316 C bindet das Harz in der Materialzusammen- '

setzung und bildet eine Matrix« welche die anderen Ingredienzien ί in fester Beziehung zusammen hElt. Der abgebundene organische \ Reibbelag 5O¹ wird dem Ofen 54 entnommen und durch einen Schleifer 58 geführt. Auf diese Weise wird ein Reibbelag 50*· erhalten, de* eine gewünschte F.nddlcke besitzt und danach in einen Speicherbe- * halter 60 gepackt v/ird. ;

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Eine typische Materialzusammensetzung mit großem Asbestanteil zur Durchführung des Verfahrens ist in eier nachfolgenden Tabelle' angegeben:

Tabelle I

Material Gew.-% der Ge- Bevorzugte

Trockene Ingredienzien samtmischung Grenzwerte

Mahagoninußpulver 21 15-25

Organischer Modifikator 10 6-10

Inorganischer Modifikator 5 4-8

Graphit oder Kohlenstoff 1 0-10

⁼Phenolharz 17 15-25

Asbest 46 40-50

10O%

Elastomere Materialien, natürlicher und synthetischer Gummiabfall, Latex, rohe Melasse, Asphaltmaterialien usw..

Baryte, Kreideweiß, Talk, verwitterter Stein, Metallpulver usw.

Das Phenolharz enthält zwischen 7 und 15Gew.-% pulverisiertes Hexa (Hexamethylentetramin), welches mit dem Novolak zu einer innigen Mischung vermählen wurde.

Da bekanntermaßen Hexa in Wasser löslich ist, ist es notwendig, dem Wasser im Tank 34 Hexa zuzugeben, um sicherzustellen, daß die gewählte Ingredienzienmischung im Dosierbehälter 18 im wesentlichen mit der im trockenen brikett 36 übereinstimmt. Es wurde

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experimentell bestimmt, daß Hexa zwischen O und 1OO°C eine Löslichkeit von ungefähr 46Gew.-% hat. Die Menge an Hexa, die dem

I Wasser im Behälter 34 beigegeben werden muß, ist eine Funktion j

j des Feuchtigkeitsgehalts des Eriketts nach der Entwässerung durch

die Presse. I

Das Phenolharz des in der Tabelle I angegebenen Beispieles ent- j

i hält ungefähr 1OGew.-% pulverisiertes Hexa. Diese besondere Zu- i sammensetzung enthält daher ungefähr 1,7 Gew.-% Hexa. Damit das ι trockene Brikett 36 denselben Hexagehalt wie die trockene Ingre- I dienzienmischung im Dosierbehälter 18 aufweist, muß das Wasser ; in der Brühe Hexa enthalten. Die folgende Formel kann zur Errechnung der Lösungskonzentration von Hexa verwendet werden,
welches dem Wasser im Behälter 34 zugegeben werden muß::

Gew.-% Hexa in der Wasserlösung =
1,7 (100-Gew.-% Wasser im Brikett)

j (Gew.-% Wasser im Brikett) +1,7

Der Gewichtsprozenteatz von H₂O im Brikett 36 läßt sich dadurch

I
ermitteln, daß das Gewicht der trockenen Ingredienzien in der

ι Zusammensetzung mit dem Gewicht des Briketts verglichen wird,
bevor es in dem dielektrischen Trockner 38 getrocknet wird. Die nachfolgende Tabelle II zeigt die verschiedenen Hexamengen, die
in der Wasserbrühe benötigt werden, um den Hexagehalt in der
Zusammensetzung stabil zu halten:

-10-

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Tabelle II

i Feuchtigkeitsgehalt (Gew.-% H-O) Gew.-% Hexa in Lösung im

des Briketts 36 vor dem rocknen Brühenwasser

5 24

I 10 13

I 15 9

i 20 6

25 5

30 4

!Experimentell wurde bestimmt, daß ein Pressen-Entwässerungsdruck !von ungefähr 422 kg/cm ungefähr 90 Gew.-% des Wassers aus der 'Brühe 23 entfernt. Daher wurden 13 Gew.-% Hoxa zum Brühenwasser

35 im Behälter 34 zugegeben.

i ·

lüm Bremsbeläge herzustellen, ist es jedoch notwendig, daß das '. !Wasser aus der Brühe rasch entfernt wird. Daher war es notwendig, jden Wasserfluß aus der Brühe während des EntwSsserungsprozesses auszuwerten. Die Flußcharakteristiken können durch die folgende

iGleichunq ermittelt werden:

I Q = ^P * ^A

! η L

!hier sind: 0 = Flußrate

P = Druck an der Brühe

L = Dicke des Filtermediums j A = Filterfläche

J η = Viskosität des Strömungsmittels

* = ViskosepermeabilitSt der Brühe "-TT-

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Um Arbeitswerte für diese Gleichung zu erhalten, wurden die folgenden Schlüsse gezogen:

1. Umso höher der Pressendruck in der Entwässerungsstation 26 ist, umso besser. Ein Druck, der die Brühe 23 in das Filter (Öffnungen 27 in der ersten Form) extrudiert, ist jedoch zu vermeiden. Daher wurde ein Maximaldruck P von 422 kg/cm² gewählt.

2. Das Verhältnis A/L kann dadurch optimiert werden, daß Wasser von allen Seiten der Erühe 23 in der Form 25 abgezogen wird.

3. Das Wasser muß zwei permeable Schichten durchdringen,

I die durchlässige Konstante der Entwässerungspresse 30 ' urridie Schichten der entwässerten Brühe. Da die Formel für das Reibmaterial konstant bleibt, muß die erste Form 25 so viele und so große Löcher 27 wie möglich enthalten, ohne daß allerdings Brühe 23 durch die Presse ausgetragen werden kann.

4. Die Viskosität η des Wassers in der Brühe 23 ist proportional zur Temperatur. Die Viskosität von Wasser ist bekannt; ihr Ansteigen mit der Temperatur geht aus der folgenden Tabelle hervor:

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Tabelle III

Wassertemperatur (⁰C) Viskosität

20,2 1,0 55 ,51

71 ,40

95 ,35

Beim Lösen der Gleichung für die Flußrate ergab sich ohne weiteres, daß der Wert von η die Geschwindigkeit bestimmte, mit der das Wasser aus der Brühe 2 3 entfernt werden kann. Daher wurde das Wasser im Behälter 34 auf eine Temperatur zwischen 75 und 85 C durch eine Heizspirale 64 aufgewärmt, bevor es von der Pumpe 66 zum Mischer 20 gefördert wird.

Die Materialzusammensetzungen nach Tabelle I wurden in einem Dosierbehälter 18 zusammengestellt und in den Mischer 20 gebracht. Das erwärmte Wasser mit 13 Gew.-% Hexa in Lösung wurde zu den trockenen Ingredienzien im Mischer 20 bei einem Gewichtsverhältni von ungefähr 2:1 zugegeben. Die Aggregation von Feststoffen und Flüssigkeit wurde ungefähr zehn Minuten lang vermischt, wobei sich eine glatte und homogene Brühe 23 ergab. Die Temperatur der Brühe» die am Ende des Mischvorgangs bei ungefähr 75°C lag, wurde auf ungefähr 70°C verringert, nachdem die Brühe zum Fülltrichter 24 der Brikettiermaschine 26 gebracht worden war. Ein bestimmtes Volumen der Brühe wurde dem Fülltrichter 24 entnommen und in eine

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erste Form 25 gegossen. Die Form 25 wurde zur Entwasserungskanuner 30 gebracht; eine Kraft von 422 kg/cm wurde zehn Sekunden lang vom Stempel 39 auf die Brühe aufgebracht. Dabei entstand ein Brikett 36. 94 % des anfänglichen Wassers und des in Lösung befindlichen Hexa wurde bei diesem Entwässerungsschritt aus der Brühe 23 entfernt. Danach wurde das Brikett aus der ersten Form 35 genommen und zwischen die beiden Platten 40 und 42 des dielektrischen Heizers 38 gebracht. Das elektrische Feld zwischen den Platten 40 und 42 beschleunigt die Bewegung der Moleküle der Brikettbestandteile und hebt so die Temperatur des Briketts 36 an. Die Temperaturerhöhung ist in der Mitte des Briketts am größten und sinkt proportional zur Oberfläche des Briketts 36 ab. Diese innere Erwärmung des Briketts treibt das darin befindliche Wasser zur Oberfläche des Briketts 36 aus. Der Ventilator 37 bläst warme, trockene Luft über die Oberflehe und entfernt das Wasser, das sich hier aufgrund des dielektrischen Heizvorgangs abschaltet. Wenn der Wassergehalt im Brikett 36 ungefähr 1 Gew.-% erreicht, wird das Brikett 36 im Speicherbehälter 43 untergebracht.

Nach dem Entfernen aus dem Speicherbehälter 43 wird das trockene Brikett 36 in eine zweite Form 46 gebracht. Die zweite Form 46 und das Brikett 36 wurden auf eine Temperatur von ungefähr 163°C im Ofen 51 erwärmt. Danach wurde ein Druck von ungefähr 422 durch den Stempel 49 acht Minuten lang auf das Brikett 36 aufge- ^; bracht. Der sich ergebende, vorgeformte Reibbelag 50 besitzt eine Dichte von ungefähr 1,96 g/cm . Der vorgeformte Reibbelag 50 wird; vom Förderer 53 zum Ofen 54 gebracht. Er wird dort auf ungefähr '

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26O°C in ungefrihr vier Stunden erwärmt und ungefähr zwei Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten. Dabei bindet das Harz ab und jerzeugt eine a\gebundene Peibscheibe 50¹.Die Reibscheibe 50¹ hat nach deir Entfernen aus dem Ofen 54 eine Dichte von 1,91 g/cm . Die abgebundene Reibscheibe 50 wird dann durch den Schleifer 58 geführt und dort auf ein bestimmtes Maß abgeschliffen, welches einer Stützplatte einer Scheibenbremse entspricht.Die geschliffene Reibscheibe 50'' wurde an einer Stützplatte befestigt und mit den Versuchsergebnissen eines Reibbelags verglichen, der dieselbe For-

^! I

!mel aufwies und nach dem bekannten Trockenmischverfahren in einem ι

I Trägheits-Dynamometer erhalten v/urde. I

Die folgende Tabelle enthrlt die Ergebnisse eines Vergleichstests :

zwischen einem Reibbelag, der nach dem üblichen Trockenmischver- j

! I

fahren hergestellt v/urde, und einem Reibbelag, der nach dem Brühenj-]Mischverfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. Bei ; diesem Test wird die Wirksamkeit des Reibbelages im Bremsleitungs-I !druck des Fahrzeugs gemessen, der notwendig ist, um eine Verzöge- ;

'rung von 7,62m/s2 aus 96,56km/h aufrecht zu erhalten. .

iVor-

IWirkungsgrad

Zweiter
!Wirkungsgrad

ι Endwirkungsgrad

Trockene Mischung 736

902 586

Brühenmischung 980

1040 640

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Wie aus dieser Tabelle zu ersehen ist, hat die Reibscheibe 50'',
ciie mit dem Brühenverfahren erzeugt wurde, bei jeder Folge des

Bremstests den besseren Wirkungsgrad. j

Der dielektrische Heizer 38 kann durch einen Ofen ersetzt werden, j

der eine gleichmäßige Temperatur zwischen 49 und 60°C erzeugt.Das ' Brikett 36 wird in diesem Ofen eine bestimmte Zeit lang zur Ver- j

dampfung des Wassers erwärmt. Wie bei dem dielektrischen Heizer j

ι 38 kann ein Ventilator 37 oder etwas ähnliches verwendet werden, i

I um Luft durch den Ofen kreisen zu lassen und das verdampfte Wasseif

aus dem Ofen zu entfernen. Auf diese Weise wird die relative ι

i Feuchtigkeit im Ofen unterhalb eines bestimmten Bereiches gehalten.!

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Brühen enthalten Feststoffe, sind also streggenommen Aufschlämmungen

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Friktionsgegenständen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Vermischen von Wasser mit einer Materialzusammensetzung, wodurch eine Brühe (23) gebildet wird;

b) Einbringen eines bestimmten Volumens der Brühe (23) in eine erste Form (25);

c) Komprimieren der Brühe (23) in der ersten Form (25) unter Ausbildung eines Briketts (36);

d) Trocknen des Briketts (36) zur Entfernung des Wassers;

e) Abbinden des trockenen Briketts (36) auf eine gewünschte \

Form und Dichte.

-2-

ORIQINAL INSPECTED

" ² ' 27b7833

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der

Schritt a) die folgenden Unterschritte enthält:

i al) Vermischen der trockenen Ingredienzien, so daß sich die |

Materialzusammensetzung ergibt; ■

o2) Zugabe von Wasncr zu der liaterialzusamnensetzung unter Ausbildung der Brühe (2 3).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die \ trockenen Ingredienzien ein unter v;ärnie aushärtendes Hsrz, Asbest und Friktions-Modifikatoren enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine bestinmte Menge Hexamethylentetramin in V.'asser gelöst j wird, bevor dieses Wasser der Materialzusammensetzung züge- ' geben wird, um sicherzustellen, daß der Anteil der trockenen ' Ingredienzien nach der Abbindung des Briketts (36) konstant bleibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die trockenen Ingredienzien gewogen werden, um _;

die Wassermenge zu bestimmen, die zugegeben werden muß, so ■ daß sich ein Verhältnis von Wasser zu trockenen Ingredienzien

von 2:1 ergibt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Kompression der Brühe (23) bis zu 95Gew.-% des Wassers aus dem Brikett (36) entfernt werden.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Kompression des Wassers (23) das aus der Brühe (23) entfernte Wasser in einem Rückhaltebehälter (34) zur Wiederverwendung aufgefangen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Trocknen des Briketts (36) bis zu 99Gew.-% des Wassers aus dem Lrikett (36) in einem dielektrischen Heizer (38) entfernt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Trocknen des Briketts (36) dieses in einen Ofen erwärmt wird, der eine gleichmäßige Temperatur zwischen 49 und 60°C besitzt, und zwar eine bestimmte Zeit lang, um das Wasser aus dem Brikett zu verdampfen, und daß Luft durch diesen Ofen geführt wird, um das verdampfte Wasser aus dem Ofen zu entfernen und die relative Feuchtigkeit im Ofen unterhalb eines bestimmten Bereiches zu halten.

1O.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser auf eine Temperatur von bis zu 9O C erwärmt wird, bevor es zu den trockenen Ingredienzien zugegeben wird.

11.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbinden des trockenen Briketts (36) in einer zweiten Form (47) vorgenommen wird.

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