DE2932647C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Reibmaterials auf Glasfaserbasis mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1.

Die gegenwärtig für Kuplungs- und Bremsbeläge von Fahrzeugen verwendeten organischen Reibmaterialien müssen in der Lage sein, die während des wiederholten Einsatzes auftretenden hohen Betriebstemperaturen und dynamischen Drücke auszuhalten. Um eine Verschlechterung des Betriebsverhaltens und einen physikalischen Abbau während dieser Einsätze zu verhindern, sind die Beläge normalerweise durch Asbestfasern verstärkt, die in einer Harzmatrix wahllos verteilt angeordnet sind. Die jüngsten medizinischen Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß Asbestfasern Gesundheitsschädigungen bei denjenigen Personen verursachen können, die den Fasern während der Herstellung der Kupplungs- und Bremsbeläge ausgesetzt sind. Infolge des Vorhandenseins von Asbestfasern mit geringem Durchmesser während der Herstellung von derartigen Bremsbelägen auf Asbestfaserbasis wird ein Teil des Asbestmaterials oft von der Umgebungsluft aufgenommen, und zwar in solchen Mengen, die die im "Occupational Safety and Health Act of 1970" der Vereinigten Staaten festgelegten Grenzen übersteigen. Darüber hinaus sind auch Mechaniker, die die Bremsbeläge von Automobilen erneuern, einer gewissen von den Belägen herrührenden Asbestmenge ausgesetzt.

Um die Umweltschädigungen durch Asbestfasern herabzusetzen, um dadurch mit der Herstellung von organischen Reibbelägen auf Asbestbasis fortfahren zu können, hat man ein wäßriges Schlämmverfahren entwickelt, das in einer schwebenden US- Patentanmeldung beschrieben ist. Der wäßrige Schlamm kann in einem Herstellungswerk gehandhabt werden, ohne daß die Umgebung mit Asbestfasern belastet wird. Von dem Aushärten des Reibmaterials muß jedoch das im Schlamm befindliche Wasser entfernt werden, um sicherzustellen, daß der resultierende Belag im wesentlichen die gleichen Betriebseigenschaften aufweist wie ein aus einer trockenen Mischung hergestellter Belag. Bedauerlicherweise verursacht dieses Verfahren zusätzlich Kosten bei der Herstellung eines Brems- oder Kupplungsbelages und löst nicht die bei der Endbearbeitung und Instpektion bestehenden Emissionsprobleme.

Um leicht erhältliche Materialien und die gegenwärtig zur Verfügung stehenden Fabrikationseinrichtungen einsetzen zu können, wurde vorgeschlagen, Glas- und/oder Mineralfasern anstelle von mindestens einem Teil der Asbestfasern zu verwenden. Beispielsweise sind in der US-PS 39 67 037 verschiedene Belagzusammensetzungen beschrieben, bei denen Glasfasern anstelle von Asbest Verwendung finden. Es wurde jedoch durch Versuche festgestellt, daß derartige Belagzusammensetzungen bei normalen Betriebsbedingungen Bremsgeräusche, Rotorkerben und Verschleiß erzeugen sowie eine geringe Reibmateriallebensdauer aufweisen, wenn der Belag an einen Rotor oder eine Trommel aus Gußeisen angepaßt ist.

Zur Stabilisierung des Reibungskoeffizienten und zur Reduzierung der Kerbenbildung und des Verschleißes bei einer entsprechenden gußeisernen Trommel oder einem Rotor wird in einer weiteren schwebenden US-Patentanmeldung eine Zusammensetzung für einen Reibbelag vorgeschlagen, die Kohlenstoff- und/oder Graphitpartikel enthält, welche die schädlichen Auswirkungen, die Glasfasern in einer derartigen Zusammensetzung in bezug auf eine entsprechende angepaßte Fläche aufweisen, mindern.

In der vorangemeldeten, jedoch nachveröffentlichten DE-OS 28 29 481 ist ein im wesentlichen asbestfreies Reibmaterial beschrieben, das neben Calciumcarbonat, einem hitzehärtbaren Phenolharz, Acajou-Nußteilchen, Kautschukteilchen, Baryte, Zinkmetallschnitzel, Ruß, Hexammethylentetratramin und Calciumaluminat auch pflaumige Glasfaserflocken einer bestimmten Faserlänge aufweist. Für die Herstellung dieser Reibmaterialien werden die vorstehend genannten Bestandteile in eine Form gegeben und dort unter einem vorgegebenen Druck und einer entsprechenden Verweilzeit behandelt, wobei Hinweise auf eine bestimmte Fülldichte der in die Form eingefüllten Bestandteilmischung nicht in der DE-OS 28 29 481 enthalten sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von asbestfreien Reibmaterialien zur Verfügung zu stellen, das die Herstellung von Reibmaterialien mit besonders geringem Verschleiß, verringerten Geräuschen beim Bremsen oder Kuppeln sowie verminderter Verursachung von Rotorkerben ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, das Mischen der für die Herstellung des Reibmaterials verwendeten Bestandteile, die ein Bindemittel, ein Reibungsmodifiziermittel sowie 5 bis 30 Gew.-% Glasfasern aufweisen, so lange durchzuführen, bis die Fülldichte dieser Mischung infolge der Auftrennung der Glasfaserbündel in einzelne Glasfaserfäden zwischen 0,1 und 0,6 g/cm³ liegt. Anschließend wird die so vermischte Materialzusammensetzung in eine Form überführt und durch Aufbringung eines Druckes auf die Form ein Preßling hergestellt, der bei einer Temperatur und einem Druck, der zum Aushärten des Bindemittels geeignet ist, ausgehärtet wird, wodurch ein asbestfreies Reibmaterial mit einer gewünschten Form und Dichte erzeugt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Mischen der Materialzusammensetzung in einer Zeitspanne zwischen fünf und zwanzig Minuten, vorzugsweise etwa zehn Minuten, durchgeführt, wobei die Fülldichte der Materialzusammensetzung auf etwa 0,25 g/cm³ eingestellt wird.

Es ist festgestellt worden, daß die durch das vorstehend beschriebene Verfahren erhaltenen Materialzusammensetzungen, die aufgetrennte und gleichmäßig verteilte Fäden der Glasfasern enthalten, über einen Temperaturbereich zwischen 120° C und 350° C einen im wesentlichen gleichmäßigen Reibungskoeffizienten und annehmbare Verschleißeigenschaften aufweisen.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Weitere Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen und der Zeichnung deutlich. Es zeigt

Fig. 1 eine Tabelle, die die in die Materialzusammensetzung zur Herstellung eines Reibbelages eingearbeiteten Bestandteile zeigt;

Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Reibung in Abhängigkeit von der Temperatur bei einem typischen Reibmaterial auf Asbestbasis und Reibmaterialien auf Glasfaserbasis dargestellt ist;

Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Abhängigkeit des Verschleißes von der Temperatur bei einem typischen Reibmaterial auf Asbestbasis und Reibmaterialien auf Glasfaserbasis dargestellt ist;

Fig. 4 eine Tabelle, in der die Reibungswiderstandsfähigkeit, die Reibungsgröße und der Kissen- und Rotorverschleiß eines typischen Reibmaterials auf Asbestbasis und von Reibmaterialien auf Glasbasis gezeigt sind;

Fig. 5 ein Diagramm, das Fading und Erholung bei einem typischen Reibmaterial auf Asbestbasis und bei Reibmaterialien auf Glasfaserbasis zeigt;

Fig. 6 eine Tabelle, in der die Untersuchungsergebnisse eines typischen Reibmaterials auf Asbestbasis mit denen von Reibmaterialien auf Glasfaserbasis verglichen worden sind;

Fig. 7 ein Diagramm, das den Kissen- und Rotorverschleiß eines Testfahrzeuges zeigt, das mit einem typischen Reibmaterial auf Asbestbasis und mit Reibmaterialien auf Glasfaserbasis ausgerüstet war;

Fig. 8 ein Diagramm, in dem die Reibung in Abhängigkeit von der Temperatur für verschiedene erfindungsgemäß hergestellte Reibmaterialien auf Glasfaserbasis dargestellt ist; und

Fig. 9 ein Diagramm, in dem der Verschleiß in Abhängigkeit von der Temperatur bei verschiedenen erfindungsgemäß hergestellten Reibmaterialien auf Glasfaserbasis dargestellt ist.

Um das erfindungsgemäß hergestellte Reibmaterial einstufen zu können, wurde ein typisches Reibmaterial A auf Asbestbasis, das in Fig. 1 angegeben ist, hergestellt. Das Material sollte einen annehmbaren Reibungskoeffizienten bzw. eine annehmbare Verschleißrate für den Bremsbelag eines Kraftfahrzeuges liefern, der zu Vergleichzwecken herangezogen werden kann. In Fig. 1 sind darüber hinaus diejenigen Veränderungen in der Materialzusammensetzung zu erkennen, die erfindungsgemäß vorgenommen wurden.

Aus den einzelnen Bestandteilen des Materials A wurde in der folgenden Weise ein Reibmaterial für Bremsen hergestellt: Es wurden dreißig Minuten lang Asbestfasern, Zinkpulver, organische Modifiziermittel (zwei Teile Cashewnußpulver und ein Teil Gumiabfall), anorganische Modifiziermittel (Baryt) und trockner Phenolharz in den in Fig. 1 angegebenen Gewichtsprozentsätzen trocken vermischt, bis eine homogene Mischung enstanden war. Danach wurde dieses homogene Gemisch in eine Form eingebracht und zu Preßlingen verdichtet. Die Preßlinge wurden dann zu einer Pressenstation gebracht und einzeln mit etwa 420 kg/cm² gepreßt, um eine vorgegebene Form und Dichte zu erhalten, während die Temperatur des Preßlings auf etwa 135° C angehoben wurde. Die Temperatur von 135° C bewirkte, daß der Phenolharz durch das Gemisch floß und eine Matrix bildete, um die anderen Bestandteile in einer fixierten Stellung zu halten. Danach wurd der Preßling zum Aushärten in einen Ofen eingebracht, der eine Temperatur von etwa 260° C aufwies, um den Phenolharz weiter auszuhärten. Die Reibfläche des ausgehärteten Preßlings wurde dann auf eine spezielle Größe geschliffen, die einem Bremskissen entsprach. Danach wurde ein Teil des Kissens auf einem Probendynamometer (Chase-type) getestet. Der Test bestand darin, daß man eine quadratische Probe des Reibmaterials (Seitenlänge 2,5 cm) vierzigmal über eine Zeitdauer von zwanzig Sekunden gegen eine Trommel aus Gußeisen preßte, die mit 64 km/h rotierte. Nach einer Poliersequenz wurden die Versuche bei 120° C, 177° C, 232° C, 288° C, 343° C und 120° C (Rücklauf) durchgeführt. Das geregelte Ausgangsdrehmoment wurde für diese Untersuchungen auf einem Wert von 3,94 m kg gehalten.

Die Probendynamometer-Ergebnisse in Fig. 2 geben die Reibungsgrößen (stabiler Zustand) bei 120° C, 177° C, 232° C, 288° C und 343° C wieder, während die in Fig. 3 aufgeführten Ergebnisse die Verschleißwerte bei 120° C, 177° C, 232° C, 288° C und 343° C darstellen.

Der Reibungskoeffizient der Zusammensetzung A wurde gemessen und ist in Fig. 2 als Kurve 100 dargestellt, während der Verschleiß der Bremskissen bei den verschiedenen Temperaturen errechnet wurde und durch die Kurve 102 in Fig. 3 dargestellt ist. Der Verschleißwert der Zusammensetzung A ist unterhalb von 177° C akzeptabel. Wenn jedoch die Bremsen wiederholt betätigt werden, steigt die schnell erzeugte thermische Energie über 232° C, wobei die Verschleißrate einen nicht wünschenswerten Wert erreicht.

Aufgrund der vom "Department of Transportation" herausgegebenen Normen erreicht die maximale Betriebstemperatur, die beim Anhalten eines Fahrzeuges während wiederholt auftretender Notbremsungen erzeugt wird, oft einen Wert von 232° C. Folglich werden typische organische Reibbeläge auf Asbestbasis, obwohl sie akzeptierbare Reibungskoeffizienten aufweisen, beschädigt, da die Verschleißrate exponentiell über 177° C ansteigt, wie in Fig. 3 gezeigt ist.

Ein Bremskissen der Zusammensetzung A wurde mit einem Bremssattel und einer Rotoreinheit einer vollständigen Bremse ausgestattet und auf einem Trägheitsdynamometer installiert. Durch das Trägheitsdynamometer können Untersuchungen über das Betriebsverhalten und den Verschleiß in Abhängigkeit von der Temperatur mit solchen über die Änderung des Reibverhaltens bei ansteigender Gebrauchsbelastung kombiniert werden. Das Untersuchungsverfahren lief folgendermaßen ab: Wirksamkeitsprüfungen (vor dem Pollieren) bei 48, 96 und 128 km/h mit einer jeweiligen Verzögerung von 0,4, 0,6 und 0,7 g und einer anfänglichen Kissentemperatur von 93° C; 200 Stops (poliert) bei 64 km/h mit 3,6 m/sec² von einer anfänglichen Kissentemperatur von 120° C; Wirksamkeitsprüfungen (nach dem Polieren) bei 48, 96 und 128 km/h mit einer jeweiligen Verzögerung von 0,4, 0,6 und 0,7 g, wonach 3 SAE-Fading- und Erholungs-Prüfungen auf 232° C, 315° C und 371° C durchgeführt wurden und eine abschließende Wirksamkeitsprüfung bei 48, 96 und 128 km/h mit einer Verzögerung von 0,4, 0,6 und 0,7 g.

Die Reibungsgröße und die Reibungsbeständigkeit der Zusammensetzung A, angegeben durch den Leitungsdruck, der zur Durchführung von drei aufeinanderfolgenden Stops von 96 km/h mit einer Verzögerung von 0,7 g erforderlich ist, ist in der Tabelle in Fig. 4 wiedergegeben. Die Kissen- und Rotor- Verschleißergebnisse sind ebenfalls angegeben.

Die Fading-Eigenschaften der Zusammensetzung A sind durch die Linie 108, 110 und 112, und die Erholungs-Eigenschaften der Zusammensetzung A sind durch die Linie 114, 116 und 118 in Fig. 5 wiedergebeben.

Aufgrund der besseren Reibeigenschaften und der höheren Zugfestigkeit von Glasfasern gegenüber anderen faserartigen Materialien, die für Reibmaterialien geeignet sind, wurde beschlossen, die Zusammensetzung A durch die Substitution von Glasfasern und Metalloxidpartikeln zu modifizieren und auf diese Weise eine Materialzusammensetzung B auf Glasfasersbasis zu schaffen, die in Fig. 1 angegeben ist.

Das in der Industrie unter der Typenbezeichnung E bekannte Glasfasermaterial wird hergestellt, indem man Rohmaterialien, wie Quarzsand, Kalkstein, Dolomit, Ton, Borsäure, kalzinierte Soda und andere geringe Bestandteile, in einem Hochtemperaturofen in einem direkten Schmelzprozeß zur Herstellung von Glas erhitzt. Das Glas strömt zur Vorfeuerung im Boden des Wannenofens. Es strömt durch zahlreiche Bohrungen oder Öffnungen, die in Buchsen aus Platinlegierung oder in Spinndüsen vorgesehen sind, so daß auf diese Weise Fasern aus geschmolzenem Glas erzeugt werden. Die Fasern, die in einer Anzahl von 20 bis 2000 vorliegen können, werden in Form einer Ader oder eines Stranges gesammelt und an einer rotierenden Trommel befestigt, die sich mit einer Drehzahl bis 75 000 UpM dreht, um auf diese Weise Glasfasern herzustellen. Danach wird die Glasfaser mit einem Silanisierungs- oder Schlichtemittel, wie Silan, behandelt, um die Adhäsion zwischen dem Harz und der Faser zu verbessern. Schließlich wird die kontinuierliche Faser in einzelne Längen zerschnitten, die von 250 bis 10 000 µm lang sein können.

Die in Fig. 1 angegebene Materialzusammensetzung B wurde in der gleichen Weise wie die Zusammensetzung A zusammengestellt und zu einem Bremskissen geformt. Das Bremskissen der Zusammensetzung B wurde in dem Probendynamometer vom Chase-Typ installiert, und es wurde ein Reibtest durchgeführt. Der Reibungskoeffizient der Zusammensetzung B ist durch die Kurve 104 in Fig. 2 wiedergegeben, während die Verschleißrate durch die Kurve 106 in Fig. 3 angegeben ist. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, entspricht der Reibungskoeffizient der Zusammensetzung B im wesentlichen dem Reibungskoeffizienten der Zusammensetzung A. Die in Fig. 3 gezeigte Verschleißrate ist jedoch für die Verwendung als Reibmaterial nicht akzeptabel.

Da der Reibungskoeffizient der Zusammensetzung B oberhalb 232° C im wesentlichen beständig ist, wie in Fig. 2 dargestellt ist, wurde beschlossen, diejenigen Änderungen in der Zusammensetzung B auszuwerten, die eine Reduzierung der Verschleißrate ergeben würden. Es wurde daher beschlossen, die abrasiven Metalloxidpartikel zu entfernen und durch Cashewnußstaubpartikel und nicht abrasive Mineralpartikel (Baryt) im Gemisch zu ersetzen. Auf diese Weise wurde die in Fig. 1 angegebene Zusammensetzung C hergestellt.

Die behandelte Mineralfaser der Zusammensetzung C weist eine Zusammensetzung auf, die im wesentlichen aus SiO₂, Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Magnesiumoxid und anderen Oxiden besteht. Die Faserdurchmesser können von 1-15 µm und die Faserlängen von 40-1000 µm variieren. Während der Herstellung von diesen Fasern wird deren Oberfläche mit einem Silanisierungsmittel behandelt, um die Adhäsion zwischen dem Harz und der Faser zu verbessern.

Die Materialzusammensetzung C wurde zusammengestellt und zu Scheibenbremskissen geformt. Die Verschleiß- und Reibungsgrößen für die Zusammensetzung C, die auf dem Trägheitsdynamometer gemessen wurden, sind in Fig. 4 dargestellt. Die Fading-Eigenschaften der Zusammensetzung C sind durch die Kurven 120, 122 und 124 wiedergegeben, während die Erholungs- Eigenschaften durch die Kurven 126, 128 und 130 in Fig. 5 dargstellt sind. Wenn man die Reibungs- und Verschleißergebnisse der Zusammensetzung C mit der Zusammensetzung A vergleicht, stellt man fest, daß die Zusammensetzung C besser ist als die Zusammensetzung A.

Danach wurde ein Testfahrzeug mit Reibmaterialkissen ausgestattet, die aus den Zusammensetzungen A und C hergestellt worden waren, und es wurden Testergebnisse gewonnen, um die Glasfaserzusammensetzung C weiter zu untersuchen. Bei dem Testfahrzeug handelte es sich um einen Kombiwagen mit einem Brutto-Fahrzeug- Gewicht von 2,25 t. Mit Ausnahme der Untersuchungszyklen (Polieren/Wiederpolieren/leichte Belastung/schwere Belastung) wurden die Ergebnisse über das Betriebsverhalten ausschließlich von den vorderen Scheibenbremsen gewonnen. Die Geräuschentwicklung wurde bei leichter Bremstätigkeit (1,4-10,5 kg/cm² Leitungsdruck) und niedriger Geschwindigkeit (8-48 km/h) in einem ruhigen Gebiet (beispielsweise einer Parkfläche außer Betrieb) bestimmt, um dadurch die beste Lärmverstärkung und Erfassung zu erreichen. Bei jedem Test waren die Fenster geöffnet, und das Radio und das Gebläse der Klimaanlage waren abgeschaltet, um einen niedrigen Geräuschhintergrund vorzusehen.

Die Betriebsergebnisse der Zusammensetzung C und der Zusammensetzung A sind in Fig. 6 wiedergegeben. Die ersten vier Sätze der Wirksamkeitsergebnisse wurden bei einer anfänglichen Kissentemperatur von 65° C vor jeder Bremsbetätigung gewonnen. Die Bremsen wurden bei 16, 48 und 96 km/h mit 3 oder 4,5 m/sec² Verzögerung betätigt, wie angegeben. Die fünften Wirksamkeitsergebnisse wurden in der gleichen Weise gewonnen, mit der Ausnahme, daß die anfängliche Kissentemperatur auf 150° C gehalten wurde. Bei dem ersten Wirksamkeitstest wurden die effektiven Leitungsdrücke bei verschiedenen Geschwindigkeiten gemessen, bevor die Kissen poliert wurden, bei dem zweiten nach dem Polieren und vor Fading; bei dem dritten nach 232° C- und 315° C-Fading; bei dem vierten nach 371° C-Fading.

Aus den Ergebnissen von Fig. 6 geht klar hervor, daß die Zusammensetzungen C und A zu Beginn der Untersuchungen vergleichbare Reibungsgrößen aufweisen. Die asbestfreie Zusammensetzung C weist jedoch eine bessere Reibungsbeständigkeit auf als die typische Zusammensetzung A auf Asbestbasis, wie durch die geringere Änderung der Reibungsgröße und durch das Fehlen eines Reibungsanstieges im Gebrauch, der zu einem Abbrennen der Bremse und zur Reibungsinstabilität führt, angezeigt wird. Nach der Untersuchungsreihe, die in der Tabelle der Fig. 6 wiedergegeben ist, wurden die Kissen und Rotoren Verschleißmessungen unterzogen. Der Verschleiß des rechten vorderen Kissens und Rotors und der Verschleiß des linken vorderen Kissens und Rotors ist für die Zusammensetzungen A und C durch die Linien RF und LF in Fig. 7 wiedergegeben. Aus Fig. 7 wird deutlich, daß die Kissenverschleißwiderstandsfähigkeit der Zusammensetzung C klar derjenigen der Zusammensetzung A überlegen ist. Der Rotorverschleiß für die Zusammensetzungen A und C ist vergleichbar (0,0000 und 0,0025 mm).

Um die Materialzusammensetzungen, die Glasfaser als verfestigendes Material enthalten, weiter zu untersuchen, wurde die Zusammensetzung C modifiziert, indem die Kohlenstoffpartikel entfernt wurden und der Phenolharzanteil reduziert wurde, während der Glasfaser- und Mineralfaseranteil erhöht wurde. Dabei wurde die in Fig. 1 angegebene Zusammensetzung D hergestellt.

Die aus den Untersuchungen am Probendynamometer (Chase-Typ) gewonnenen Reibungs- und Verschleißergebnisse der Zusammensetzung D sind durch die Kurven 105 und 107 in den Fig. 2 und 3 wiedergegeben.

Die Ergebnisse des Trägheitsdynamometertests der Zusammensetzung D sind in Fig. 4 dargestellt.

Danach wurde die Zusammensetzung D zu Bremskissen geformt, die auf dem Testfahrzeug installiert wurden. Die Ergebnisse des Fahrzeugbremstests für die Zusammensetzung D sind in Fig. 6 wiedergegeben. Wenn man die in der Tabelle der Fig. 6 angegebenen Ergebnisse zu einem Vergleich heranzieht, stellt man fest, daß die glasfaserverstärkten und mit Cashewnußpulverstaub modifizierten Zusammensetzungen der beiden Materialien C und D bessere Reibungsbeständigkeit und einen geringeren Kissenverschleiß als Zusammensetzung A aufweisen.

Bei einem Versuch, die für die Zusammensetzung D in der Tabelle der Fig. 6 wiedergegebenen Ergebnisse zu duplizieren, wurden bei Verwendung der gleichen Gewichtsprozentsätze wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Material für das Material D unterschiedliche Ergebnisse erhalten. Bei der Aufklärung der Ursache für diese unterschiedlichen Ergebnisse mit dem gleichen Material wurde festgestellt, daß geringfügige Unterschiede beim Mischen der trocknen Bestandteile von einer Charge zur anderen auftraten. Dabei wurde beobachtet, daß die Fülldichte des Materials mit ansteigender Mischzeit variierte. Diese Änderung der Fülldichte wurde auf die Auftrennung der Filamente zurückgeführt, die die Glasfasern bilden.

Um die Auswirkungen der Glasfasern auf die Mischzeit auszuwerten, wurden sechs Glasfaserproben untersucht, die jeweils 10 g wogen. Fünf Proben wurden nacheinander in einen Mischer eingegeben und über eine Zeit von einer Minute bis zehn Minuten gemischt. Nach dem Mischen wurden die fünf Proben aus dem Mischer genommen. Es wurde festgestellt, daß sich die Glasfasern durch die Auftrennung nahezu in einem direkten Verhältnis zur Mischzeit im Mischer ausweiteten.

Zur Stützung der Auffassung, daß sich nahezu alle Faserbündel des Glasfasermaterials aufgetrennt hatten, wurden von den Glasfaserproben nach zehn Minuten Mischen Mikrophotographien hergestellt. Hieraus ging hervor, daß die einzelnen Fäden nach dem Mischen eine zufällige Verteilung ohne definitive Orientierung aufwiesen, wenn man sie mit den dichten Faserbündeln des ursprünglichen Materials vergleicht.

Um die optimalen Auswirkungen bezüglich der Ausweitung oder des Öffnens der Fadenbündel des Glasfasermaterials für einen Reibbelag zu bestimmen, wurde mit der Zusammensetzung D eine Testreihe durchgeführt. Hierbei wurde das Material D mit unterschiedlichen Mischzeiten hergestellt. Bei der ersten Zusammensetzung mit der Bezeichnung D-1 wurden die trocknen Bestandteile in einen Mischer eingebracht und über eine Zeitdauer von fünf Minuten gemischt. Als die fünf Minuten abgelaufen waren, hatte das Material eine Fülldichte von etwa 0,46 g/cm³. Das Material wurde in eine Form überführt, und es wurden darauf Preßlinge hergestellt. Diese einzelnen Preßlinge wurden zu einer Presse transportiert und mit einer Kraft von etwa 420 kg/cm² auf eine vorgegebene Dichte gepreßt, während zur gleichen Zeit die Temperatur auf 135° C erhöht wurde, um ein Fließen des Phenolharzes durch die Mischung zu ermöglichen, damit die anderen Bestandteile fixiert wurden. Danach wurden die einzelnen Preßlinge in einen Härtungsofen eingebracht, der eine Temperatur von etwa 260° C aufwies, um den Phenolharz auszuhärten. Die einzelnen Preßlinge der Zusammensetzung D-1 wurden zu Bremskissen einer speziellen Größe geschliffen. Danach wurden die Kissen an einem Probendynamometer vom Chase-Typ untersucht, wie bereits vorher in Verbindung mit Zusammensetzung A beschrieben. Der aus dieser Untersuchung erhaltene Reibungskoeffizient ist durch Linie 130 in Fig. 8 wiedergegeben, während die festgestellte Verschleißrate durch Linie 132 in Fig. 9 dargestellt ist.

Danach wurde eine zweite Zusammensetzung mit der Bezeichnung D-2 in einen Mischer eingebracht und über eine Zeitdauer von zehn Minuten gemischt. Am Ende der zehn Minuten wies das Material D-2 eine Fülldichte von etwa 0,25 g/cm³ auf. Das gemischte Material wurde in der gleichen Weise wie Material D-1 zu Bremskissen geformt, die am Probendynamometer (Chase-Typ) untersucht wurden. Der dabei gewonnene Reibungskoeffizient ist durch Linie 134 in Fig. 8 wiedergegeben, und die Verschleißrate ist durch die Linie 136 in Fig. 9 dargestellt.

Eine dritte Zusammensetzung mit der Bezeichnung D-3 wurde in einen Mischer eingebracht und über eine Zeitdauer von fünfzehn Minuten gemischt. Am Ende der fünfzehn Minuten wies das Material D-3 eine Fülldichte von etwa 0,20 g/cm³ auf. Das gemischte Material wurde in der gleichen Weise zu Bremskissen geformt, die am Probendynamometer untersucht wurden. Der dabei festgestellte Reibungskoeffizient ist durch Linie 138 in Fig. 8 wiedergegeben, während die festgestellte Verschleißrate durch Linie 140 in Fig. 9 dargestellt ist.

Aus den durch die Zusammensetzungen D-1, D-2 und D-3 gewonnenen Untersuchungsergebnissen wurde festgestellt, daß der Reibungskoeffizient für Reibbeläge, bei denen Glasfasern Verwendung finden, ansteigt, wenn die Mischzeit beim Herstellungsverfahren auf 5-15 Minuten begrenzt wird.

Um sicherzustellen, daß die einzelnen Bestandteile über das gesamte Bremskissen gleichmäßig verteilt sind, wurde der Beschluß gefaßt, die Bestandteile vorzumischen, bevor die Glasfasern dem Gemisch zugesetzt werden.

Deshalb wurden die Reibungsmodifiziermittel und der Phenolharz in einen Mischer eingebracht und fünf Minuten lang vorgemischt, bevor die Glasfasern der Zusammensetzung D zugegeben wurden. Auf diese Weise wurde eine mit D-4 bezeichnete Zusammensetzung hergestellt. Dieses Material D-4 wurde fünf Minuten lang weitergemischt, um die Fäden im Glasfasermaterial zu expandieren oder aufzutrennen. Am Ende dieser Zeitperiode (fünf Minuten Vormischen und fünf Minuten Mischen mit Glasfasern) wies die Zusammensetzung D-4 eine Schüttdichte von etwa 0,45 g/cm³ auf. Nachdem die Zusammensetzung D-4 zu einem Bremskissen geformt worden war, das auf dem Probendynamometer (Chase-Typ) getestet wurde, wurde ein Reibungskoeffizient erhalten, der durch Linie 142 in Fig. 8 wiedergegeben ist, und eine Verschleißrate, die durch Linie 144 in Fig. 9 dargestellt ist.

Es wurde eine fünfte Zusammensetzung mit der Bezeichnung D-5 hergestellt, indem die Reibungsmodifiziermittel und das Harz fünf Minuten lang vorgemischt wurden, bevor die Glasfasern zugesetzt wurden, und indem danach die Zusammensetzung weitere zehn Minuten lang gemischt wurde, so daß eine Gesamtmischzeit von fünfzehn Minuten entstand. Am Ende der fünfzehn Minuten wies die Zusammensetzung D-5 eine Schüttdichte von etwa 0,26 g/cm³ auf. Danach wurde das Material D-5 zu einem Bremskissen geformt und auf dem Probendynamometer (Chase-Typ) getestet. Der dabei erhaltene Reibungskoeffizient ist durch Linie 146 in Fig. 8 und die dabei gewonnene Verschleißrate durch Linie 148 in Fig. 9 wiedergegeben.

Eine sechste Zusammensetzung D-6 wurde hergestellt, indem die Reibungsmodifiziermittel und der Phenolharz fünf Minuten lang vorgemischt wurden, bevor die Glasfasern zugesetzt wurden. Danach wurde diese Mischung fünfzehn weitere Minuten lang gemischt, so daß eine Gesamtmischzeit von zwanzig Minuten entstand. Dabei wurde eine Schüttdichte von etwa 0,21 g/cm³ erzielt. Danach wurde das Material D-6 zu einem Bremskissen geformt, das auf dem Probendynamometer (Chase-Typ) untersucht wurde. Der dabei erhaltene Reibungskoeffizient ist durch Linie 150 in Fig. 8 und die dabei erhaltene Verschleißrate durch Linie 152 in Fig. 9 wiedergegeben.

Um die gefundenen Ergebnisse in bezug auf die Ausdehnung der einzelnen Fasern, die die Glasfaserstränge bilden, zu belegen, wurden eine siebte Zusammensetzung mit der Bezeichnung D-7 hergestellt. Die Konfiguration dieser Glasfasern unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Glasfasern durch ein Silanisierungsmittel, das als Schlichte für das Faserbündel eingesetzt wurde. Die Reibungsmodifiziermittel und der Phenolharz der Zusammensetzung D-7 wurden fünf Minuten lang vorgemischt, bevor die Glasfasern zugegeben wurden. Dieses Gemisch wurde weitere fünfzehn Minuten lang gemischt, so daß sich eine Gesamtmischzeit von 20 Minuten ergab, um eine Schüttdichte der Mischung von etwa 0,54 g/cm³ zu erreichen. Danach wurde die Mischung zu einem Bremskissen geformt, das auf dem Probendynamometer (Chase-Typ) getestet wurde. Der dabei erhaltene Reibungskoeffizient ist durch Linie 154 in Fig. 8 und die dabei erhaltene Verschleißrate durch Linie 156 in Fig. 9 wiedergegeben.

Ein anderes Glasfasermaterial wurde für das Glasfasermaterial in der Zusammensetzung D eingesetzt. Das erhaltene Material wurde mit der Bezeichnung D-8 versehen. Diese Glasfasern besitzen einen Durchmesser von etwa 6 µm. Die Reibungskoeffiziermittel und der Phenolharz der Zusammensetzung D-8 wurden fünf Minuten lang vorgemischt, wonach das Glasfasermaterial zugesetzt wurde, und dieses Gemisch wurde weitere fünfzehn Minuten lang gemischt, so daß sich eine Gesamtmischzeit von zwanzig Minuten ergab. Das Material D-8 besaß nach zwanzig Minuten Mischzeit eine Faserschüttdichte von etwa 0,07 g/cm³. Danach wurde das Material D-8 zu einem Bremskissen geformt, das auf dem Probendynamometer (Chase-Typ) untersucht wurde. Der dabei erhaltene Reibungskoeffizient ist durch Linie 158 in Fig. 8 und die dabei gewonnene Verschleißrate durch Linie 160 in Fig. 9 wiedergegeben.

Um die Bereiche der Bestandteile für die Glasfaserreibbeläge festzulegen, wurde der Glasfaseranteil in der Zusammensetzung D reduziert und durch Mineralfasern ersetzt in Verbindung mit einer Erhöhung des Cashewnußpulveranteils. Dabei wurde die in Fig. 1 dargestellte Zusammensetzung E hergestellt. Das Material E wurde über eine Zeitspanne von etwa fünf Minuten gemischt und danach zu Bremskissen geformt. Auf dem Probendynamometer (Chase-Typ) durchgeführte Untersuchungen ergaben sowohl einen annehmbaren Reibungskoeffizienten als auch eine annehmbare Verschleißrate.

Um die Erkenntnis, daß das Öffnen der Glasfaserbündel den Reibungskoeffizienten von Bremskissen, die mit diesen Glasfasern verstärkt sind, stabilisiert, wobei gleichzeitig eine annehmbare Verschleißrate, eine geringe Geräuschentwicklung und Verträglichkeit mit gußeisernen Rotoren oder Bremstrommeln erzielt wird, zu bestätigen, wurde die Zusammensetzung D über einen Fahrzeugtest weiter ausgewertet. Es wurde eine Zusammensetzung hergestellt, indem die Reibungsmodifiziermittel und der Phenolharz der Zusammensetzung D fünf Minuten lang vor der Zugabe des Glasfasermaterials vorgemischt wurden, wonach weitere zwei Minuten lang gemischt wurde. Das Material wurde zu Bremskissen geformt, die an einem Fahrzeug installiert wurden. Das Fahrzeug wurde 4140 km lang bei allen möglichen Verkehrsarten auf den Straßen von Detroit, Michigan, gefahren. Danach wurden die Bremskissen untersucht. Die Bremskissen an der Vorderseite des Fahrzeuges wiesen den nachfolgenden durchschnittlichen Kissenverschleiß auf: Linke Vorderseite - innen 2,41 mm und außen 1,98 mm; rechte Vorderseite - innen 2,45 mm und außen 1,55 mm. Sowohl der linke als auch der rechte Rotor wiesen einen maximalen Verschleiß von 0,178 mm auf, der als nicht akzeptabel angesehen wird. Während der Straßenuntersuchungen wurde beobachtet, daß mit nahezu jeder Bremsbetätigung eine Geräuschentwicklung verbunden war und daß die Reibungsgröße schwankende Werte aufwies. Aufgrund des vorhergehenden, am Trägheitsdynamometer durchgeführten Tests wurde angenommen, daß die zwei Minuten Mischzeit zum Öffnen der Faserbündel nicht ausreichend waren.

Es wurde daher eine weitere Zusammensetzung hergestellt, indem die Reibungsmodifiziermittel und der Phenolharz der Zusammensetzung D fünf Minuten lang vor der Zugabe der Glasfasern vorgemischt wurden und indem dieses Gemisch weitere sieben Minuten lang gemischt wurde. Dieses Material wurde danach zu Bremskissen geformt, die am Testfahrzeug installiert wurden. Das Fahrzeug wurde 4320 km bei allen Verkehrsarten auf den Straßen von Detroit, Michigan, gefahren. Danach wurden die Bremskissen an der Vorderachse des Fahrzeuges zur Auswertung entfernt. Während dieses Tests wiesen die Bremskissen die folgenden Verschleißwerte auf: Linkes vorderes Bremskissen - inneres Kissen 1,27 mm und äußeres Kissen 0,86 mm; rechtes vorderes Bremskissen - inneres Kissen 0,99 mm und äußeres Kissen 0,81 mm. Die Rotoren waren im wesentlichen frei von irgendwelchen Eintiefungen, und die gemessene Verschleißrate betrug maximal 0,025 mm, was akzeptabel ist. Während des Straßentests wurde beobachtet, daß der während des Bremsens erzeugte Geräuschpegel bis auf einen annehmbaren Wert abgesunken war. Folglich wurden durch diesen Test die Ergebnisse bestätigt, die am Trägheitsdynamometer gewonnen worden waren und die besagten, daß eine optimale Mischzeit zum Öffnen der Glasfasern bei der Zusammensetzung D etwa zehn Minuten beträgt.

Um die Auswirkungen einer gleichmäßigen Verteilung der Fäden des Glasfasermaterials in der Gesamtzusammensetzung weiter auszuwerten, wurden gemahlene Glasfasern anstelle der Faserbündel bei Zusammensetzung D verwendet. Auf diese Weise wurde die Zusammensetzung F hergestellt. Das Material F wurde fünfzehn Minuten lang gemischt, um die einzelnen Fäden gleichmäßig in der Mischung zu verteilen. Die Zusammensetzung F wurde zu einem Reibmaterial weiterverarbeitet, das am Probendynamometer (Chase-Typ) untersucht wurde. Der dabei erhaltene Reibungskoeffizient ist durch die Kurve 109 in Fig. 2 und die dabei gewonnene Verschleißrate durch die Kurve 111 in Fig. 3 wiedergegeben.

Um die mit dem trocknen Mischen verbundenen staubigen Bedingungen zu verbessern, wurde im Trockengemisch der Zusammensetzung D Latex anstelle von Gummi eingesetzt. Auf diese Weise wurde eine feuchte Mischung hergestellt, die als Zusammensetzung G bezeichnet wurde. Das Latexmaterial trug dazu bei, daß Belagmaterial zusammenzuhalten, bis die Preßlinge geformt werden konnten. Eine Probe des Reibmaterials der Zusammensetzung G wurde am Probendynamometer untersucht. Der dabei gewonnene Reibungskoeffizient ist durch Kurve 113 in Fig. 2 und die dabei erhaltene Verschleißrate ist durch Kurve 115 in Fig. 3 wiedergegeben.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Reibmaterials auf Glasfaserbasis, das insbesondere für Kupplungs- und Bremsbeläge von Fahrzeugen geeignet ist, gemäß dem bestimmte Bestandteile, die ein Bindemittel, Reibungsmodifiziermittel und 5-30 Gew.-% Glasfasermaterial umfassen, miteinander vermischt werden, um eine Materialzusammensetzung zu bilden, die Materialmischung in eine Form überführt und ein Druck auf die Form aufgebracht wird, so daß ein Preßling gebildet wird, und der Preßling bei einer Temperatur und einem Druck zum Abbinden des Bindemittels ausgehärtet wird, um dadurch die gewünschte Form und Dichte des Reibmaterials festzulegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen der Materialzusammensetzung so lange durchgeführt wird, bis deren Fülldichte infolge der Auftrennung der einzelnen Fäden, die die Glasfasern bilden, zwischen 0,1 und 0,6 g/cm³ liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen der Materialzusammensetzung so lange durchgeführt wird, bis eine Fülldichte von etwa 0,25 g/cm³ erreicht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen der Materialzusammensetzung in einer Zeitspanne zwischen fünf und zwanzig Minuten durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen in etwa zehn Minuten durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel und die Reibungsmodifiziermittel zuerst als trockne Bestandteile zusammengemischt werden, um eine Vormischung herzustellen, und daß die Glasfasern danach der Vormischung zugesetzt und damit vermischt werden, um eine Materialzusammensetzung mit der gewünschten Fülldichte herzustellen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormischzeit der trocknen Bestandteile etwa fünf Minuten beträgt, während die richtige Mischzeit der Materialzusammensetzung zwischen fünf und fünfzehn Minuten liegt.

7. Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten Reibbelages für Kupplungen oder Bremsen von Fahrzeugen.