DE3038129A1 - Asbestfreies reibmaterial - Google Patents
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description
3038123
ROTGERSWERKE AKTIENGESELLSCHAFT, D-6000 Frankfurt Pat-792-R
Patentanmeldung
15
15
Asbestfreies Reibmaterial
Die Erfindung betrifft ein Reibmaterial für Kupplungen, Bremsen oder dergleichen, das im wesentlichen aus einem
Elastomeren oder Duroplasten als Bindemittel(aus Reib-
und Gleitstützstoffen und mineralischen Fasern als Verstärkungsmaterial
besteht.
Für die heutigen Kraftfahrzeug-Reibungskupplungen und
-Reibungsbremsen werden bevorzugt Gesteinsfasern, insbesondere Asbestfasern, als Verstärkungskomponente verwendet. Diese sog. Asbestbeläge zeichnen sich durch
hohe thermische Stabilität und gutes Reibverhalten aus. Seit einigen Jahren steht aber Asbest im Verdacht, krebserzeugend
zu sein. Dieser Verdacht hat sich durch neuere Untersuchungen bestätigt. Aufgrund der Anwesenheit von
-2-
ORIGINAL INSPECTED
038123
Asbestfasern mit feinem Durchmesser, die auch bei der Herstellung
von Reibbelägen auftreten, gelangt Asbest häufig in solchen Mengen in die Luft, daß die zulässigen Werte, wie sie
z.B. in den USA von dem "Occupational Safety and Health Act" aus dem Jahr 1970 festgelegt sind, überschritten werden. Dies
stellt ein erhöhtes Gesundheitsrisiko für die Beschäftigten in der Reibbelagherstellung dar. Es wurden daher schon große
Anstrengungen in der ReibbelagsIndustrie unternommen, um die
Umweltbelastung durch Asbestfasern zu reduzieren oder ganz zu eleminieren.
Hinzu kommt noch, daß die zur Zeit bekannten Asbestvorkommen in absehbarer Zeit vollständig ausgebeutet sein werden, so daß
auch unter diesem Gesichtspunkt eine Notwendigkeit besteht,
Asbest durch andere Stoffe zu substituieren. 15
Alle bisherigen Versuche, Asbest in Reibbelägen durch andere
Materialien zu ersetzen, erbrachten keine Materialien, die in
ihren physiklischen Eigenschaften gleichwertig mit "Asbestbelägen"
waren. Außerdem wurden die Anforderungen der Industrie
an die Reibbeläge in bezug auf thermische und mechanische Festigkeit, Reibwertstabilität, Verschleißfestigkeit, Fading
etc. immer höher.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Reibbeläge h'erzustellen,
die in ihren technischen Werten den Werten von Asbestbelägen gleichkommen, ihnen hinsichtlich ihres Verschleißes
noch überlegen sind, jedoch asbestfrei sind und keine Belastung für die Umwelt bedeuten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Reibmaterial, bestehend aus 5-25 Gew.-% eines aushärtbaren Bindemittels, verstärkendem
Material sowie gegebenenfalls anderen Füll-,
-3-35
ΙΜΟΟΕΛΤΕΠ
Reib- und Gleitstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es als verstärkendes Material ein Gemisch aus 1 - 50 Gew.-« Fasern
auf Basis Diabas mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 100 - 750 Mikrometern und 1 - 44 Gew.-Ϊ Metallfasern, Metal1-wolleoder
Metall in Form von Plättchen, Spänen oder Pulver enthält.
Die Kombination von Fasern auf Basis Diabas mit Stahlteilchen als verstärkendes Material in Reibmaterial hat einige Vorteile
gegenüber den herkömmlichen Asbestbelägen. Die hohe Wärme-Fadingstabilität
und hohe Verschleißfestigkeit erlaubt den Einsatz solcher Beläge für Trommel-, Scheiben- und Kupplungsbeläge sowohl für den PKW-, LKW- als auch den Eisenbahnsektor.
Testergebnisse erfindungsgemäß hergestellter Bremsbeläge zeigen sowohl auf dem Prüfstand als auch im Dauertest auf
einem Mittelklasse-PKW einen um 50 % geringeren Verschleiß
der Beläge als entsprechende Asbestbeläge. Dadurch, daß die Diabas-Faser einen extrem niedrigen Schlackenanteil
enthält, ist auch der Verschleiß des Gegenmaterials um eine Zehnerpotenz niedriger als bei Asbestbelägen. So konnte
in einem Dauertest mit einem Mittelklasse-PKW nach 26.000 km
noch kein meßbarer Verschleiß des Gegenmaterials erreicht
werden.
Im Gegensatz zu Belägen, die nur Metallfasern als Verstärkungsmittel
enthalten, treten bei Kombinationen aus Fasern auf Basis Diabas und Metallfasern keine Wärmeleitprobleme
auf, so daß sich die Bremsflüssigkeit auch unter extremen Fahrbedingungen nicht über die zulässigen Werte
hinaus aufheizt.
-4-
038120
Diabas ist ein vulkanisches Gestein, das sich durch besonders hohe Zähigkeit und Festigkeit auszeichnet. Dieses Gestein läßt
sich aufschmelzen und aus der Schmelze zu Fasern verspinnen, wobei sich die Länge der Fasern variieren läßt. Zu den erfindungsgemäßen
Reibmaterialien lassen sich Fasern mit Längen von 100 - 750 Jim einsetzen. Vorzugsweise werden jedoch Fasern
der Länge von 150 - 350 Lim verwendet. Entsprechende Fasern sind unter der Bezeichnung Spinrock im Handel. Diese Fasern
können ungeordnet, als sog. FasermUll vorliegen. Es empfiehlt
sich aber, den Faserverband vor dem Vermischen mit dem Bindemittel
in einem Mischer, Kneter, Zerhacker oder einer Walze
zu öffnen.
Um die Benetzbarkeit der Diabas-Faser mit dem Bindemittel zu erhöhen und somit auch den Verbund zu verbessern, kann die
Faser vor ihrer Verwendung mit einem Imprägniermittel getränkt werden. Als Imprägniermittel können Silane, Nitril-
und/oder SBR-Kautschuk, Phenolharze vom Novolak- oder Resol-Typ
Melaminharze oder Furanharze verwendet werden. Die Imprägnierung kann in der Weise erfolgen, daß die Diabas-Faser in einer
Lösung des Imprägniermittels getränkt und anschließend
getrocknet wird, oder daß man in einem Mischer oder Kneter aus Faser und Imprägniermittel ein entsprechendes Masterbatch
herstellt, wie dies in der Kautschukindustrie üblich ist.
Die Fasern auf Basis Diabas werden in den erfindungsgemäßen Reibmaterialien mit Metallfasern, vorzugsweise Stahlfasern
kombiniert verwendet. Anstelle der Metallfasern kann das Metall auch in Form von Spänen, Plättchen oder Pulver eingesetzt werden.
Außer diesen Hauptkomponenten können wahlweise andere an
sich bekannte Füll-, Gleit- und Reibstoffe mit in die Mischung eingearbeitet werden. Als Bindemittel lassen sich die
üblicherweise verwendeten härtbaren Polymere einsetzen, wie etwa Phenol-, Epoxid- oder Furanharze und/oder hitze- und Chemikalienbeständige
Natur- und Synthesekautschuke wie etwa Nitrilkautschuk
oder SBR-Kautschuk. In diese Bindemittel, die in Mengen von 5 - 25 Gew.-% der Gesamtmischung benötigt werden, werden die
^ Fasern und Zusatzstoffe durch Verpressen, Vergießen, Kneten
oder Einwalzen eingearbeitet.
Tabelle 1 zeigt zwei beispielhafte erfindungsgemäße Rezepturen sowie eine Vergleichsrezeptur.
Die entsprechenden Reibmaterialien werden nach folgendem Verfahren
hergestellt:
Kautschuk, Weichmacher und Vulkanisationsmittel werden in
einem Kneter 3 min lang gemischt. Stahlwolle wird zugegeben und 2 min lang vermischt. Danach werden die restlichen Rohstoffe
außer Phenol harz und Fasern eingegeben und 3 min lang vermengt. Abschließend werden Phenolharz und Fasern zugefügt
und 3 min lang eingemischt.
Die als Mischprodukt erhaltenen Brocken werden auf ein Granulat
mit einer Körnung bis zu 3 mm Korngröße zerkleinert.
Dieses Granulat wird in einer Preßform bei Temperaturen von 170 - 19O0C und einem Druck von 200 - 300 bar /cm2 bei
einer Preßzeit von 0,5 min/mm Belagdicke verpreßt. Die so erhaltenen Reibbelagrohlinge werden ca. 3 h bei 160 - 18O0C
gehärtet und anschließend in einer Bremsprüfanlage getestet.
Bestimmt wird jeweils die Bremsverzögerung bei verschiedenen
Bremsbedingungen. Außerdem werden nach Abschluß der Testserien jeweils der Trommel- und der Belagverschleiß gravimetrisch
bestimmt.
Tabelle 2 zeigt die bei Prüflingen gemäß der Rezepturen in Tabelle 1 erhaltenen Werte.
Tabelle 2 zeigt die bei Prüflingen gemäß der Rezepturen in Tabelle 1 erhaltenen Werte.
-6-
ORIGINAL
-* β
(Mengenangaben in Gew.-%)
Rezeptur | Nr. 2 | Vergleichs | |
Nr. 1 | - | rezeptur | |
Asbestfaser 5 R | - | 22,0 | 41,0 |
Diabasfaser | 12,0 | 18,0 | |
Stahlwolle | 28,0 | 5,0 | 8,0 |
Harz(aus Cashewnuß-· | 5,0 | 4,0 | 5,0 |
c n schalenöl) he3u4 |
4,0 | 7,0 | - |
MgO | 7,0 | 7,7 | 7,0 |
Talkum | 7,7 | 5,0 | 7,7 |
Thomasphosphat | 5,0 | 6,0 | - |
Calciumhydroxid | 6,0 | 2,3 | 6,0 |
Weichmacher (Kohlenwasser- | 2,3 | 13,0 | 2,3 |
StOTTJ Nitrilkautschuk |
13,0 | 0,9 | 13,0 |
Schwefel | 0,9 | 0,4 | 0,9 |
Vulkanisationsbeschleuniger | 0,4 | 0,7 | 0,4 |
Zinkoxid | 0,7 | 5,5 | 0,7 |
Phenolharz | 5,5 | 2,5 | 5,5 |
Graphit | 2,5 | 2,5 | |
-7-35
Rezeptur | Nr. 1 | Nr. 2 | Vergleichs | |
rezeptur | ||||
Bremsverzögerung[m/s2] | ||||
Verzögerung bei Trommel- temp. 60 C und Geschw. |
||||
80 km/h | ||||
bei Leistungsdruck (p) | 1,90 | 2,0 | ||
20 bar | 3,85 | 4,35 | 1,9 | |
50 bar | 5,80 | 6,60 | 4,05 | |
80 bar | 6,35 | |||
Verz. bei Trommeltemp.' | ||||
24O0C und Geschw. | ||||
80 km/h | ||||
bei Leistungsdruck (p) | 1,85 | 1,95 | ||
20 bar | 3,90 | 4,45 | 1,05 | |
50 bar | 5,70 | 7,00 | 2,50 | |
80 bar | 5,05 | |||
Abhängigkeit zur Ge | ||||
schwindigkeit | ||||
(Ausgangstemp. 6O0C; | ||||
ρ = 60 bar) | 4,70 | 5,40 | ||
40 km/h | 4,35 | 4,95 | 5,40 | |
80 km/h | 4,40 | 4,95 | 4,75 | |
120 km/h | 4,55 | 4,85 | 4,35 | |
140 km/h | 4,25 | |||
Abhängigkeit zur Trommel- | ||||
temperatur (Geschwindig | ||||
keit 30 km/h;ρ = 20 bar) | 2,15 | 2,15 | ||
20°C | 2,10 | 2,20 | 1,70 | |
8O0C | 2,20 | 2,20 | 1,60 | |
14O0C | 2,35 | 2,15 | 1,60 | |
26O0C | 1,20 | |||
!Trommelverschleiß | 0,1 | 0,1 | ||
,nach Testserie fgl | 1,2 | |||
Belagverschleiß | 0,35 | 0,4 | ||
nach Testserie Cgu | 1,22 |
Claims (6)
- ο O 3 8 izbROTGERSWERKE AKTIENGESELLSCHAFT, D-6000 FrankfurtPat-792-R
PatentansprücheοV^Jy Reibmaterial für Bremsen, Kupplungen oder dergleichen, bestehend aus 5-25 Gew.-% eines aushärtbaren Bindemittels, verstärkendem Material sowie gegebenenfalls anderen Füll-, Reib- und Gleitstoffen, dadurch gekennzeich η e t, daßeils verstärkendes Material ein Gemisch aus 1 - 50 Gew.-% Fasern auf Basis Diabas mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 100 - 750 Mikrometern und 1 - 44 Gew.-% Metallfasern, Metallwolle oder Metall in Form von Plättchen, Spänen oder Pulver enthält. - 2. Reibmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Faserlänge der Faser auf Basis Diabas 150 - 350 Mikrometer beträgt.
- 3. Reibmaterial nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserverband in Form von Fasermüll eingebettet ist.-2-35
- 4. Reibmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c ti gekennzeichnet, daß die Faser auf Basis Diabas mit einem Imprägniermittel behandelt ist.
- 5. Reibmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h gekennzeichnet, daß es als Imprägniermittel Silane, Nitril- oder SBR-Kautschuk, Phenolharze vom Novolak- oder Resol-Typ, Melamin- oder Furanharze enthält.
- 6. Reibmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h gekennzeichnet, daß es als Metall Stahl enthält.
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