DE3913021A1 - Bremsen-reibungsmaterial - Google Patents
Bremsen-reibungsmaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Bremsen-Reibungsmaterialien, wie
man sie in Autos und dergleichen verwendet, und insbesondere
Bremskissen.
Derzeit verwendet man als Grundmaterialien in Autos und
dergleichen zwei Arten von Brems-Reibungsmaterialien,
nämlich Brems-Reibungsmaterialien aus Asbest und
nicht-asbesthaltige Brems-Reibungsmaterialien aus Stahlfasern,
Keramikfasern oder dergleichen.
Ein Herstellungsverfahren für nicht-asbesthaltige
Brems-Reibungsmaterialien ist das Heißpreßverfahren.
Zunächst wird ein Grundmaterial aus Stahlfasern mit
Graphit als Schmiermittel und Bariumsulfat und dergleichen
als Füllstoff und einem Phenolharz als Bindemittel vermischt.
Die Mischung wird gründlich gerührt, bis zum Erhalt einer
gleichmäßigen Mischung. Anschließend wird die gleichmäßige
Mischung erwärmt und durch Druckverformung in die gewünschte
Form gebracht. Danach bezeichnet man es dann als "Kissen",
wenn das nach dem vorerwähnten Verfahren geformte
Brems-Reibungsmaterial in das Bremssystem eingebaut wird.
Die Temperatur des vorerwähnten Brems-Reibungsmaterials
erreicht einige Hundert Grad Celsius, wenn das Bremssystem
auf einer längeren Abwärtsstrecke benutzt wird. Um das
Brems-Reibungsmaterial vor einem Schaden bei den hohen
Temperaturen zu schützen, muß das Harz-Bindematerial
hitzebeständig sein.
Beispielsweise ist eine schlechte Bindefestigkeit zwischen
dem Harz-Bindematerial und dem Graphit-Schmiermittel einer
der Gründe für den Abrieb des Brems-Reibungsmaterials.
Die Anmelder haben die verschiedenen Bedingungen, unter
denen Brems-Reibungsmaterialien arbeiten, untersucht, um
die vorerwähnten Eigenschaften zu bestimmen.
Eine der Möglichkeiten, Brems-Reibungsmaterialien vor den
erwähnten Schäden zu schützen und die Abriebbeständigkeit
des Kissens zu erhöhen besteht darin, daß man die Menge
des in dem Brems-Reibungsmaterial eingebrachten Graphits
erhöht. Der Abrieb des Brems-Reibungsmaterials nimmt ab,
wenn man die Menge des in dem Brems-Reibungsmaterial
eingebrachten Graphits erhöht. In dem Masse jedoch wie die
Abriebbeständigkeit des graphitreichen Brems-Reibungsmaterials
verbessert wird, nimmt die Scherfestigkeit ab, weil die
Bindefestigkeit zwischen Graphit und dem Phenolharz schwach
ist.
Ist die Menge des in das Brems-Reibungsmaterial eingebrachten
Graphits zu hoch, dann nimmt die Wärmeleitfähigkeit des
Kissens zu und wird Ursache für ein Dampf-Verschluß-Phänomen
im hydraulischen System.
Um die Menge des in dem Brems-Reibungsmaterial eingebrachten
Graphits anzupassen, gibt man Antimon(III)sulfid mit einer
überlegenen Wärmebeständigkeit zu dem Graphit. Nimmt das
Phenolharz eine hohe Temperatur an und wird ein Gas erzeugt,
z.B. Methan oder dergleichen, durch die Wärmezersetzung,
dann tritt das Gas zwischen das Kissen und die Scheibe ein.
Dabei ergibt sich dann ein Fading-Phänomen (die Bremskraft
wird vermindert). Wenn die Porosität des Kissens groß ist,
dann nehmen die Poren das aus dem Phenolharz aufgenommene
Gas auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Brems-Reibungsmaterial
mit überlegener Abriebbeständigkeit, Scherbeständigkeit und
Reibungscharakteristik zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß werden Brems-Reibungsmaterialien gezeigt,
mit einem Grundmaterial mit einer Faserstruktur für eine
hohe mechanische Festigkeit und einem hohen
Reibungskoeffizienten in dem Brems-Reibungsmaterial, einem
Schmiermittel, welches den Abrieb des Brems-Reibungsmaterials
erniedrigt, einem Füllstoff, der dem Brems-Reibungsmaterial
Wärmestabilität verleiht, und die Reibungscharakteristika
des Brems-Reibungsmaterials unterstützt, sowie einem
Bindemittel, wobei die Brems-Reibungsmaterialien dadurch
gekennzeichnet sind, daß das Bindemittel ein kondensiertes,
mehrkerniges, aromatisches Kohlenwasserstoffharz aus Teer
ist. Das Verfahren zur Herstellung des kondensierten
mehrkernigen aromatischen Kohlenwasserstoffharzes wird in
der US-OS 47 58 653 beschrieben. Nachfolgend wird das
kondensierte mehrkernige aromatische Harz als "CPONA-Harz"
bezeichnet. Gemäß der Erfindung wird weiterhin die
Porosität des Kissens klein gehalten, um die
Abriebbeständigkeit beizubehalten, und Antimon(III)sulfid
wird als eines der Schmiermittel verwendet, um die
Wärmebeständigkeit zu entwickeln und das Dampf-Verschluß-
Phänomen zu vermeiden.
Das Kondensationspolymer, dessen Ausgangsmaterial Kohleteerpech
ist, besteht hauptsächlich aus Verbindungen wie (A) oder
(B):
und wird als COPNA-Harz verwendet. Andere COPNH-Harze, z.B.
Harze aus der Pyren-/Phenanthrengruppe, bei denen als
Ausgangsmaterial Pyren/Phenanthren verwendet wird, können
auch angewendet werden. Der Grund, warum man COPNH-Harz
verwendet, wird nachfolgend erläutert:
(1) COPNA-Harz hat eine kondensierte, mehrkernige
Struktur, die ähnlich der Struktur des als Schmiermittel
verwendeten Graphits ist. Die Bindefestigkeit zwischen
COPNA-Harz und Graphit ist erwartungsgemäß groß, weil
beide Strukturen einander ähnlich sind. Als Ergebnis kann man
die Menge des Graphits erhöhen, wenn man das COPNH-Harz
als Bindemittel verwendet. Weiterhin wird das Gleiten
zwischen dem Brems-Reibungsmaterial und den Scheiben erhöht
und die Scherfestigkeit beibehalten, ohne daß die
Bremskraft verringert wird. Der Abrieb des
Brems-Reibungsmaterials kann vermindert werden und ebenso
auch der Lärm oder das Quietschen.
(2) COPNA-Harz hat eine bessere Wärmebeständigkeit
als Phenolharz. Während des Bremsens ist die Menge des
Zersetzungsgases kleiner bei einem COPNA-Harz als bei
einem Phenolharz. Es sind nicht viele Poren zur Aufnahme
des erzeugten Harzes in den Kissen erforderlich. Die niedrige
Porosität des Kissens vermeidet die Verringerung der
mechanischen Festigkeit und die Verringerung der
Abriebbeständigkeit des Brems-Reibungsmaterials.
Die Menge des als eines der Schmiermittel verwendeten
Antimon(III)sulfids liegt im Bereich von 5 bis 20 Gew.%
des Brems-Reibungsmaterials. Liegt die Menge an
Antimon(III) sulfid unterhalb 5%, dann kann man die
Wirkung, daß die Abriebbeständigkeit in den Kissen verbessert
wird, nicht erzielen. Liegt die Menge an
Antimon(III)sulfid oberhalb 20 Gew.%, dann dringt das
geschmolzene Antimon(III)sulfid in den Raum zwischen dem
Kissen und der Scheibe ein und ein Fading-Phänomen ergibt
sich, weil Antimon(III)sulfid, das einen Schmelzpunkt von
550°C hat, schmilzt und den Raum zwischen dem Kissen und
der Scheibe einnimmt, wenn die Temperatur des Kissens hoch
genug ist.
Darüber hinaus wird nicht nur Graphit sondern auch ein
festes Schmiermittel (WS2, MoS2) verwendet, sowie Weichmetalle,
wie Kupfer, Zinn und dergleichen, als Bindematerial. Das
Grundmaterial wird ausgewählt aus Asbest, Metallfasern,
Keramikfasern oder ähnlichen Materialien.
Brems-Reibungsmaterialien gemäß der Erfindung wurden
hergestellt und deren Eigenschaften, z.B. die
Abriebbeständigkeit, die Scherfestigkeit und die
Geräuschbildung (Quietschen) wurden geprüft.
Zunächst wurde ein COPNA-Harz aus Pechbasis als Bindemittel
in Betracht gezogen und mit einem Phenolharz und einem
COPNA-Harz vom Typ Pyren/Phenanthren verglichen. Die Menge
des Graphits wurde in einigen Fällen auf das Doppelte erhöht.
Das Verfahren zur Herstellung des Brems-Reibungsmaterials
wird nachfolgend beschrieben:
- (1) Es wurden Stahlgewebe als Grundmaterial, COPNA-Harzes auf Pechbasis als Bindematerial, Graphit als Schmiermittel, Bariumsulfat als Füllstoff und weitere Stoffe, z.B. Siliziumoxid; Aluminiumoxid-Pulver) bereitgestellt.
- (2) Alle der vorher genannten Materialien wurden in den in Tabelle 1 gezeigten Verhältnissen miteinander vermischt. Nach dem Abmischen des Gemisches mittels eines Mischers wurde die Mischung in kleine Metallformen eingebracht und unter Kompressionsformgebung erwärmt. Auf diese Weise wurden die Brems-Reibungsmaterialien (a) und (b) hergestellt.
Die Formgebung erfolgte bei einer Temperatur von 210°C und
einem Druck von 400 bar.
Die Abriebbeständigkeit der nach dem vorerwähnten Verfahren
erhaltenen Brems-Reibungsmaterialien (a) und (b) wurde
gemäß "Braking Device Dynam-ometer Test Procedure-Passenger
Car" (Standard C-406 der Japanese Automobile Standards
Organization) gemessen. Die Scherfestigkeit wurde gemessen
gemäß "Physical Properties of Friction Materials Test
Procedure" (Standard C-444 der Japanese Automobile Standards
Organization). In Tabelle 1 werden auch die Ergebnisse der
weiteren Tests gezeigt: Abrieb, Scherbeständigkeit und
Geräuschbildung der Brems-Reibungsmaterialien (a) und (b).
Um die Brems-Reibungsmaterialien (a) und (b) zu vergleichen
wurden die Brems-Reibungsmaterialien (1), (2) und die
Bremsreibungsmaterialien (3), (4) mit unterschiedlichen
Bindematerialien aus den Brems-Reibungsmaterialien (a) und
(b) unter den gleichen Bedingungen wie bei den
Brems-Reibungsmaterialien (a) und (b) geformt (mit der
Ausnahme, daß die Wärmetemperatur bei den
Brems-Reibungsmaterialien (1) und (3) auf 150°C eingestellt
wurde). Die so erhaltenen Brems-Reibungsmaterialien (1) bis
(4) wurden unter den gleichen Bedingungen wie die
Brems-Reibungsmaterialien (a) und (b) geprüft.
Der Unterschied zwischen den Brems-Reibungsmaterialien (a),
(1) und (2) und den Bremsreibungsmaterialien (b), (3) und
(4) ist die Menge des zu den Mischungen zugegebenen Graphits.
Die Brems-Reibungsmaterialien (a), (1) und (2) enthalten
10 Gew.% Graphit und die Brems-Reibungsmaterialien (b),
(3) und (4) enthalten 20 Gew.% Graphit, wie dies in Tabelle
1 gezeigt wird, Es ist deutlich, daß die Abriebeigenschaften,
die Scherfestigkeit und der Geräuschpegel (Quietschen)
verschieden sind, wenn man die Menge des zu den Mischungen
zugegebenen Graphits verdoppelt.
Die Ergebnisse der in Tabelle 1 gezeigten Tests werden
nachfolgend erläutert:
Es ist bekannt, daß Brems-Reibungsmaterialien (a) und (b)
weniger Abrieb zeigen (also eine höhere Abriebfestigkeit
haben) als die Brems-Reibungsmaterialien (1), (2), (3) und
(4) und daß eine Erhöhung der Menge des Graphits keine
Verringerung der Scherfestigkeit ergibt. Weiterhin wurde
festgestellt, daß weniger Geräusch (Quietschen) bei den
beiden Brems-Reibungsmaterialien (a) und (b) eintrat.
Zwar betrifft die vorher erläuterte Ausführungsform die
Bildung des Brems-Reibungsmaterials nach dem
Heißpreßverfahren, jedoch kann man das gleiche
Brems-Reibungsmaterial auch durch ein Preßverformen
durchführen (nach einem Kondensationsverformen bei
Raumtemperatur und anschließendem Brennen des geformten
Kondensationsproduktes.
Es wurden erfindungsgemäße Brems-Reibungsmaterialien
hergestellt, und die Wirkung (Abriebfestigkeit, Reibung)
wurde bestätigt.
Ein Pyren/Phenanthren-COPNA-Harz wurde als Bindemittel
verwendet und verglichen mit einem Phenolharz. Dabei wurde
die Menge des Antimon(III)sulfids verändert.
Das Verfahren zur Herstellung des Brems-Reibungsmaterials
wird nachfolgend beschrieben.
(1) Stahlfasern als Grundmaterial, Pyren/Phenanthren-
COPNA-Harz als Bindematerial, Graphit und Antimon(III)sulfid
als Schmiermittel sowie Bariumsulfat als Füllstoff und
weitere Bestandteile (z.B. Siliziumoxid-Aluminiumoxid-Pulver)
wurden hergestellt.
(2) Die vorerwähnten Materialien wurden in den in
Tabelle 2 gezeigten Verhältnissen abgemischt. Nach dem
Vermischen des Gemisches mittels eines Mischers wurde die
Mischung bei Raumtemperatur und bei 300 bar vorgeformt und
dann bei einem Druck von 500 bar bei 160°C druckverformt
und schließlich bei 200°C 1 Stunde unter Atmosphärendruck
gehärtet. Auf diese Weise erhielt man die
Brems-Reibungsmaterialien (c) bis (e).
Die Abriebbeständigkeit und die Reibung der
Brems-Reibungsmaterialien (c) bis (e), die nach dem
vorerwähnten Verfahren erhalten wurden, wurden gemäß dem
Test "Braking Device Dynamometer Test Procedure-Passenger
Car" (Standard C-406 der Japanese Automobile Standards
Organization) geprüft. Die Reibungskoeffizienten µ, die
in Tabelle 3 gezeigt werden, erreichten bei den Tests mehrmals
einen Minimalwert. Der Wert für den Abrieb und für die
Bremsflüssigkeitstemperatur während des Bremsens erreichte
bei den Tests mehrere Male einen Maximalwert. Der Wert für
die Porosität wurde bestimmt gemäß "Physical Properties
of Friction Materials Test Procedure" (Standard C-444 der
Japanese Automobile Standards Organization) .
Um die vorerwähnten Brems-Reibungsmaterialien (c) bis (e)
miteinander zu vergleichen (Vergleichs-Brems-Reibungsmaterialien),
wurden die Brems-Reibungsmaterialien (5) bis (14) nach
dem gleichen Verfahren hergestellt und unter den gleichen
Bedingungen geprüft wie die Brems-Reibungsmaterialien (c) bis
(e). Die Brems-Reibungsmaterialien (5) bis (7) enthielten
ein Phenolharz anstelle des COPNA-Harzes, das für die
Brems-Reibungsmaterialien (c) bis (e) verwendet wurde. Die
Brems-Reibungsmaterialien (8) bis (10) hatten ein
Phenolharz anstelle des COPNA-Harzes und eine um 5% größere
Porosität als die Brems-Reibungsmaterialien (c) bis (e).
Die Brems-Reibungsmaterialien (11) bis (14) hatten ein
COPNA-Harz und unterschiedliche Verhältnisse von Graphit
und Antimon(III)sulfid. Beispielsweise hatte das
Brems-Reibungsmaterial (13) einen Antimon(III)sulfid-Gehalt
außerhalb des Bereiches von 5 bis 20 Gew.%.
Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt. Die
Brems-Reibungsmaterialien (5) bis (7), die jeweils ein
Phenolharz als Bindemittel enthielten, wiesen einen niedrigen
Reibungskoeffizienten µ auf. Die Brems-Reibungsmaterialien
(8) bis (10), die jeweils ein Phenolharz als Bindemittel
aufwiesen und eine hohe Porosität hatten, zeigten einen
hohen Abrieb und eine nur minimal verbesserte Reibung. Das
Brems-Reibungsmaterial (11), das kein Antimon(III)sulfid
aufwies, zeigte überlegene Reibungscharakteristika aber
schlechte Abriebbeständigkeit. Das Brems-Reibungsmaterial
(12), das eine große Menge an Graphit enthielt, zeigte
sowohl gute Reibungseigenschaften wie auch gute
Abriebbeständigkeit, wobei jedoch die Bremsflüssigkeitstemperatur
während des Bremsens hoch war und dadurch das
Dampf-Verschluß-Phänomen auftrat, weil Graphit eine gute
Wärmeleitfähigkeit hat. Das Brems-Reibungsmaterial (13)
zeigte die gleichen Probleme hinsichtlich der
Abriebbeständigkeit, wie das Brems-Reibungsmaterial (11).
Das Brems-Reibungsmaterial (14), das eine große Menge an
Antimon(III)sulfid enthielt, zeigte eine gute
Abriebbeständigkeit und die gleichen Probleme hinsichtlich
der Reibung wie die Brems-Reibungsmaterialien (5) bis (7).
Im Gegensatz zu den Vergleichs-Brems-Reibungsmaterialien
zeigten die Brems-Reibungsmaterialien (c) bis (e) alle
die guten Eigenschaften hinsichtlich der Abriebbeständigkeit,
der verbesserten Reibung und der Wärmebeständigkeit.
Es wird damit deutlich, daß man Brems-Reibungsmaterialien
mit verbesserten Abriebbeständigkeiten, verbesserter
Reibung und verbesserter Wärmebeständigkeit erzielt, wenn
ein COPNA-Harz als Bindematerial verwendet wird und wenn
man Antimon(III)sulfid als eines der Schmiermittel in einer
Menge von 5 bis 20 Gew.% des Brems-Reibungsmaterials zugibt.
Claims (10)
1. Brems-Reibungsmaterialien aus einem Grundmaterial mit
Faserstruktur zur Erzielung von hoher mechanischer
Festigkeit und einem hohen Reibungskoeffizienten, einem
Schmiermittel zur Verringerung des Abriebs, einem
Füllstoff zur Erzielung der Wärmestabilität und der
Reibungseigenschaften, sowie einem Bindemittel, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bindemittel
ein kondensiertes, mehrkerniges, aromatisches
Kohlenwasserstoff-Harz aus Pech ist.
2. Brems-Reibungsmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schmiermittel
Antimon(III)sulfid ist und das Bindematerial ein
kondensiertes, mehrkerniges, aromatisches
Kohlenwasserstoff-Harz ist.
3. Brems-Reibungsmaterial gemäß Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Schmiermittel Graphit enthält.
4. Brems-Reibungsmaterial gemäß Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Grundmaterial Asbest ist.
5. Brems-Reibungsmaterial gemäß Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Grundmaterial eine Metallfaser ist.
6. Brems-Reibungsmaterial gemäß Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Grundmaterial eine keramische Faser ist.
7. Brems-Reibungsmaterial gemäß Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Füllstoff Bariumsulfat ist.
8. Brems-Reibungsmaterial gemäß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Menge an
Antimon(III)sulfid 5 bis 20 Gew.% des
Brems-Reibungsmaterials beträgt.
9. Brems-Reibungsmaterial aus einer Metallfaser als
Grundmaterial zur Erzielung hoher mechanischer
Festigkeit und eines hohen Reibungskoeffizienten,
Graphit als Schmiermittel zur Verringerung des Abriebs,
Bariumsulfat als Füllstoff zur Erzielung der
Wärmestabilität und Verbesserung der Reibungscharakteristika
und einem Harz als Bindemittel, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schmiermittel
Antimon(III)sulfid enthält und das Bindematerial ein
kondensiertes, mehrkerniges, aromatisches
Kohlenwasserstoff-Harz ist.
10. Brems-Reibungsmaterial gemäß Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Menge an
Antimon(III)sulfid 5 bis 20 Gew.% des
Brems-Reibungsmateials beträgt.
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