DE4205645A1 - Reibbelag und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen asbestfreien, organisch
gebundenen Reibbelag und ein Verfahren zu seiner
Herstellung.
Es ist bekannt, asbestfreie Reibbelagmischungen aus
Fasern, Füllstoffen, Metallen, Gleitmitteln und
Bindemitteln herzustellen. Als Fasern können dabei
anorganische Fasern (Diabas, Basalt, Glas, Keramik),
organische Fasern ( Cellulose, Aramid, Kohlenstoff) und
Metallfasern (Stahl) verwendet werden. Bei den
Füllstoffen unterscheidet man organische (Ruß, Graphit,
"Frictiondut" auf der Basis von Cashewnußschalenöl)
und anorganische Füllstoffe (Baryt, Metalloxide,
Kaolin, Schmiermehl). Die Metalle sind in der Mischung
als Pulver oder Späne (Kupfer, Eisen, Messing)
vorhanden. Als Gleitmittel werden meist Antimonsulfid
oder Molybdänsulfid und als Bindemittel vorzugsweise
Phenolharze und Kautschuk verwendet. Als Bindemittel
werden bei fast allen Anwendungen überwiegend
Novolak-Hexamethylentetramin-Pulverharze eingesetzt
denen als modifizierende Komponente z. B. feste
Synthesekautschuke in Pulverform zugesetzt werden
können.
Die Herstellung der Reibmassen, insbesondere für
Scheibenbremsbeläge und große Trommelbremsbeläge
erfolgt üblicherweise in Intensivmischern durch
Trockenmischung. Dabei und an den Übergangsstellen bei
Transport, Lagerung und Dosierung des Gemisches bis zur
Formgebung fällt je nach Absaugung und Rezeptur ein
Filterstaub unterschiedlicher Zusammensetzung an, der
entsorgt werden muß. Durch das Austragen
unterschiedlicher Mengen von feinen Bestandteilen, wie
Füllstoffen und Bindemitteln ändert sich die Rezeptur.
Außerdem treten bei den so hergestellten
Reibbelagmischungen auch Entmischungserscheinungen auf,
die zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Komponenten
im Reibbelag führen, der üblicherweise durch
Heißpressen bei 140 bis 180°C geformt wird. Solche
Inhomogenitäten können zu Bremsgeräuschen führen.
Aus diesem Grunde werden teilweise auch wäßrige
Phenolharze oder in Lösungsmitteln gelöste
Novolak-Hexa-Harze und flüssige Kautschuktypen
eingesetzt, und die Reibbelagmischung im Naßverfahren
hergestellt.
Die feuchte Mischung läßt sich jedoch nicht heiß
verpressen, da durch den Wasser- bzw.
Lösungsmitteldampf Risse und Lunker erzeugt werden. So
lassen sie sich nur durch Kaltverpressen bei extrem
hohen Drücken (100 bis 250 N/mm2) formen und müssen
dann im eingespannten Zustand langsam getrocknet und
ausgehärtet werden. Wegen der hohen Drücke müssen die
Formwerkzeuge entsprechend ausgelegt sein. Dies mag der
Grund dafür sein, daß insbesondere für die Herstellung
von Scheibenbremsbelägen, hochbeanspruchten
Trommelbremsbelägen und regellosen Kupplungsbelägen die
feucht aufbereiteten Mischungen zunächst bis auf eine
Restfeuchtigkeit von maximal 1 Gew.-% getrocknet
werden. Danach lassen sie sich wie die Trockenmischungen
bei Drücken von 30 bis 60 N/mm2 problemlos heiß
pressen, wobei das Bindemittel aushärtet. Bei allen
feuchten Mischungen wird der Filterstaubanfall
minimiert, und die Mischungskomponenten sind im
Reibbelag gleichmäßiger verteilt. Nachteilig ist jedoch
die zusätzliche Trocknungsstufe und die damit
verbundene Entsorgung des lösungsmittel- bzw.
phenolhaltigen Abgases. Dies mag ein Grund dafür sein,
daß in den meisten Fällen die Trockenmischung
vorgezogen wird, soweit dies möglich ist. Eine Ausnahme
ist beispielsweise die Herstellung von gewickelten
Kupplungsbelägen.
Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zur
Herstellung von Reibbelägen zu entwickeln, bei dem der
Filterstaubanfall minimiert wird, ohne daß eine
zusätzliche Trocknungsstufe erforderlich wird, und
einen Reibbelag, in dem die Mischungskomponenten optimal
verteilt sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Reibbelag
gelöst, der 0,5 bis 5 Gew.-% Siliconöl, bezogen auf die
Reibbelagmischung, enthält.
Das Siliconöl hat vorzugsweise eine Viskosität bei 25°C
von 10 bis 1000 mm2 s-1, insbesondere 10 bis 100 mm2 s-1.
Bei geringeren Viskositäten besteht die Gefahr, daß bei
der Verarbeitung ein Teil des Öls ausschwitzt. Bei
höheren Viskositäten muß das Öl erwärmt werden, damit
es gleichmäßig versprüht und in der Mischung verteilt
werden kann.
Bei der Herstellung dieser Beläge werden den
Mischungskomponenten bei der Trockenmischung 0,5 bis
5 Gew.-%, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 Gew.-% Siliconöl
zugegeben und das Gemisch ohne Trocknung in üblicher
Weise zu Reibbelägen geformt, ausgehärtet, mit dem
Träger verbunden und ggf. mechanisch bearbeitet.
Die Reibbelagmischung kann kalt oder heiß geformt
werden. Häufig wird sie zunächst kalt vorgepreßt, um
sie schon teilweise zu entlüften, und anschließend heiß
gepreßt und dabei teilweise gehärtet. Danach schließt
sich im allgemeinen eine mechanische Bearbeitung an,
bevor der Belag dann im Ofen nachgehärtet wird. Am
Schluß kann er noch nachgeschliffen und seine Oberfläche
thermisch behandelt werden. Je nach Art des Reibbelages
ist es üblich, ihn bereits beim Heißpressen oder
Aushärten mit dem Reibbelagträger zu verbinden. Bei
Trommelbremsbelägen wird der Reibbelag häufig am Ende
des Herstellungsprozesses auf den Träger aufgenietet.
Es hat sich gezeigt, daß bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren eine homogene, rieselfähige Reibbelagmischung
erhalten wird, die ein geringeres Schüttgewicht hat als
eine vergleichbare Mischung ohne Siliconöl, und sich
leichter formen läßt, da die Form besser ausgefüllt
wird und weniger Risse entstehen als bei
einer vergleichbaren Trockenmischung. Aus diesem Grunde
verringert sich der Ausschuß.
Wegen des geringen Staubanfalls beim Mischen, vor allem
aber beim Transport, Zwischenlagern und Dosieren können
die Rezepturen viel genauer eingehalten werden.
Die erfindungsgemäßen Reibbeläge haben 2 bis 5 % höhere
Grindosonic-Werte, was auf eine Verringerung der
Bremsgeräusche schließen läßt. Die Reibwerte steigen
mit zunehmendem Siliconölanteil an, und der
Belagverschleiß nimmt etwas ab, verglichen mit
Reibbelägen ohne Siliconölzugabe. Der Verschleiß an der
Bremstrommel, bzw. Bremsscheibe verändert sich nicht.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele
näher erläutert.
Für die Herstellung einer Reibbelagmischung werden
1,5 Gew.-% organische Fasern
7,0 Gew.-% Mineralfasern
20,0 Gew.-% Metallfasern und -späne
25,0 Gew.-% Metallpulver
14,5 Gew.-% Füllstoffe
21,0 Gew.-% fester Schmierstoff und Reibstützer
und 11,0 Gew.-% Bindemittelpulver
7,0 Gew.-% Mineralfasern
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25,0 Gew.-% Metallpulver
14,5 Gew.-% Füllstoffe
21,0 Gew.-% fester Schmierstoff und Reibstützer
und 11,0 Gew.-% Bindemittelpulver
in einem Intensivmischer unter Zugabe von 0,5 Gew. -%
Siliconöl, bezogen auf das Trockengemisch, homogen
gemischt. Das Siliconöl hat bei 25°C eine Viskosität
von 20 mm2s-1. Das rieselfähige Gemisch wird in einen
Vorratsbehälter gefördert und gelangt von dort über
eine Dosiervorrichtung in die Presse, wo es in üblicher
Weise durch Vorverdichten und Heißpressen zu
Scheibenbremsbelägen geformt und mit den Rückenplatten
verbunden wird. Die so erhaltenen Beläge werden
maßhaltig geschliffen und im Ofen nachgehärtet.
Die Reibbelagmischung ließ sich gut verpressen. Die im
Ofen nachgehärteten Beläge waren frei von Lunkern und
Rissen und zeigten unter dem Mikroskop eine
gleichmäßige Verteilung der Komponenten in der
angeschliffenen Oberfläche. Die Beläge wurden einer
Krauss-Prüfung unterzogen, deren wichtigste Ergebnisse
in der Tabelle wiedergegeben sind. Alle Werte liegen im
geforderten Soll-Bereich. Außerdem wurde der
Grindosonic-Wert bestimmt.
Wie im Beispiel 1 wird eine Reibbelagmischung
hergestellt und zu Scheibenbremsbelägen
weiterverarbeitet, wobei jedoch 2 Gew.-% des
Siliconöls, bezogen auf das Trockengemisch zugesetzt
werden. Die Beläge sind ebenfalls riß- und lunkerfrei.
Die Ergebnisse der Krauss-Prüfung und der
Grindosonic-Wert sind in der Tabelle wiedergegeben.
Zur Bestimmung des Staubanteils werden 100 g der
rieselfähigen Mischung in eine rotierende Trommel
gefüllt, und die Staubpartikel mit einem konstanten
Luftstrom von 200 l cm-2h-1 über eine Zeit von
0,1 h ausgetragen. Die Staubpartikel werden in einer
Beruhigungszone und an einem nachgeschalteten Filter
abgeschieden. Die gesamte Staubmenge betrug 0,55 g.
Wie in den Beispielen 1 und 2 wird eine
Reibbelagmischung jedoch ohne Siliconöl hergestellt und
zu Scheibenbremsbelägen weiterverarbeitet. Die Beläge
sind zwar frei von Rissen und Lunkern, zeigen aber
teilweise im Anschliff Bereiche unterschiedlicher
Porosität und eine ungleichmäßige Verteilung der
Komponenten. Die Ergebnisse der Krauss-Prüfung und der
Grindosonic-Wert sind in der Tabelle wiedergegeben.
Wie im Beispiel 2 wird der Staubanteil der
Reibbelagmischung bestimmt. Er beträgt 5,31 g und liegt
somit fast um den Faktor 10 höher als bei der Mischung
mit 2 Gew.-% Siliconöl.
Es ist bekannt, daß durch dosierten Flüssigkeitszusatz
Staub gebunden und ein homogeneres rieselfähiges
Gemisch erhalten wird. Da aber das Siliconöl im
Reibbelag verbleibt, muß es auch dessen Eigenschaften
verändern. Siliconöle werden häufig als Schmiermittel
verwendet. Es war daher überraschend, daß der Zusatz
von Siliconöl bei den Belägen eine Erhöhung der
Reibwerte bewirkt.
Außerdem reduziert das Siliconöl durch seine
wasserabweisende Wirkung das Naßfading, verhindert das
Quellen der Beläge und wirkt als Korrosionsschutz.
Wegen der Reibwerterhöhung durch den Siliconölzusatz
ist es möglich, den Anteil schmirgelnder Bestandteile
(Reibkörner, Reibstützer) in der Reibbelagmischung zu
reduzieren. Dadurch wird der Verschleiß an der Scheibe,
bzw. Trommel verringert und die Geräuschentwicklung
beim Bremsen vermindert.
Claims (6)
1. Asbestfreier, organisch gebundener Reibbelag,
dadurch gekennzeichnet, daß er 0,5 bis 5 Gew.-%
Siliconöl, bezogen auf die Reibbelagmischung
enthält.
2. Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß er Siliconöl mit einer Viskosität von 10 bis
1000 mm2 s-1, insbesondere von 10 bis 100 mm2 s-1
enthält.
3. Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages gemäß
Anspruch 1, durch Mischen der trockenen
Komponenten, Formen der Mischung zu einem
Reibbelag, Aushärten und ggf. mechanisches
Bearbeiten des Belages und Befestigen an einem
Reibbelagträger, dadurch gekennzeichnet, daß den
trockenen Komponenten beim Mischen 0,5 bis
5 Gew.-%, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 Gew.-%
Siliconöl zugesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reibbelagmischung zunächst kalt vorgepreßt
und anschließend heißverpreßt wird, wobei der
Belag geformt und zumindest teilweise ausgehärtet
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Belag abschließend im Ofen
gehärtet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des
ausgehärteten und ggf. mechanisch bearbeiteten
Belags thermisch behandelt wird.
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