DE4431642A1

DE4431642A1 - Reibbelag

Info

Publication number: DE4431642A1
Application number: DE4431642A
Authority: DE
Inventors: Louis Ferdinand Dr Schulte
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Buehl Verwaltungs GmbH
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2014-09-07
Also published as: DE4431642B4

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibbelag insbesondere für Bremsen, Kupplungen oder dergleichen, der zumindest Fasern, wie zum Beispiel Mineralfasern, Füller und Binder enthält.

Reibbeläge der oben genannten Bauart sind beispielsweise durch die US-PS 5,114,769 bekannt geworden und werden insbesondere im Zusammenhang mit Kupplungsscheiben zur Drehmomentübertragung verwendet. Derartige Kupplungsscheiben sind beispielsweise durch die US-PS 4,516,672 und die US-PS 4,718,530 bekannt geworden. Derartige Kupplungsscheiben können dabei zwischen den Rücken an Rücken angeordneten Reibbelägen eine sogenannte Belagfederung aufweisen, die durch Federsegmente gebildet sein kann. Die Belagfederung kann jedoch auch durch elastische Zwischenlagen gebildet sein, die beispielsweise aus Silikonkautschuk bestehen können.

Das Reibmaterial zur Herstellung der Reibbeläge, beziehungs weise Reibringe, bildet einen wesentlichen Kostenfaktor der kompletten Kupplungsscheibe.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Reibbelag zu schaffen, der besonders preiswert in der Herstellung ist und gute Einlaufeigenschaften aufweist.

Der vorliegenden Erfindung lag weiterhin die Aufgabe zugrun de, einen Reibbelag zu schaffen, mit einer hohen Verschleiß festigkeit beziehungsweise Lebensdauer und einer geringen Aggressivität gegenüber dem Gegenreibmaterial, wie zum Beispiel Stahl oder Gußeisen mit Lamellen- oder Kugel graphit. Weiterhin soll der Reibbelag aufgrund seiner Zusammensetzung praktisch keine, beziehungsweise nur eine sehr geringe Geräuschentwicklung und Rupfneigung gewähr leisten sowie während des normalen Betriebes möglichst gleichmäßige Brems- beziehungsweise Reibungseigenschaften aufweisen. Beim Einsatz als rotierender Belag, insbesondere bei Ausbildung als ringförmiger Reibbelag für Kupplungs scheiben, insbesondere für trocken betriebene Kupplungen, soll infolge der Zusammensetzung und des Herstellungsver fahrens außerdem eine hohe Belagberstfestigkeit gewähr leistet sein. Weiterhin soll die Zusammensetzung des Reibbelages asbestfrei sein und ähnliche oder gar bessere Betriebseigenschaften als Asbest enthaltenden Friktions elemente aufweisen.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Reibbelag dadurch erzielt, daß wenigstens eine der in Richtung der Rotations achse des fertigen Belages vorhandenen Belagseitenflächen unbearbeitet ist, wobei es für viele Anwendungsfälle vorteilhaft sein kann, wenn beide Seitenflächen des Belages unbearbeitet sind. Wenigstens eine der Seitenflächen des Reibbelages kann also einen Zustand aufweisen, der denjeni gen nach dem Aushärtevorgang des Belages entspricht.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Reibbelages können also zumindest das abzutragende Material und die hierfür erforderlichen Arbeitsgänge wesentlich reduziert werden oder gar entfallen. Dadurch wird auch der anfallende Staub, beziehungsweise die Menge an zu entsorgendem Abfall stoff, zumindest reduziert. Damit verbunden ist eine wesentliche Kostenreduzierung des Reibbelages.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Reibbelages können je nach Fertigungsverfahren zwischen 0,4 und 0,8 mm pro Belagseite an Materialdicke eingespart werden.

Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der Reibbelag vor dem Aushärtevorgang in einem Preßvorgang, vorzugsweise Heißpreßvorgang, auf eine Sollform gepreßt wird und wenig stens eine Seitenfläche des fertig bearbeiteten Belages einer im Preßvorgang hergestellten und danach lediglich ausgehärteten Seitenfläche entspricht. Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn der Aushärtevorgang durch einen sogenann ten Backvorgang gebildet ist und der zur Verwendung fertige Reibbelag auf wenigstens einer Seitenfläche im "wie gebacke nen Zustand" ist.

Für manche Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, wenn nur diejenige Seite des Belages mechanisch bearbeitet wird, die beim Preßvorgang durch den in eine ringförmige Nut der Preßform eintauchenden Preßstempel gebildet wurde. Dabei kann die bearbeitete Fläche als Reibfläche verwendet werden, so daß über die Einsatzdauer des Reibbelages die gleiche Reibcharakteristik wie bei den bisherigen Belägen vorhanden sein kann. Durch den rohen Zustand der Rückseite kann in vielen Fällen die Berstdrehzahl erhöht werden sowie bei axialer Abstützung der Rückseite auf Belagfedersegmenten die Einbettungsverluste, also die axiale Einarbeitung der Belagfedersegmente in die Rückseite des Reibbelages, verringert werden.

Für manche Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, wenn der Reibbelag eine Reibseite aufweist, die durch zumindest im wesentlichen parallel zur Reibfläche verlaufende Nuten in einzelne Reibabschnitte unterteilt und unbearbeitet ist, wohingegen die der Reibseite abgekehrte Rückseite des Belages bearbeitet sein kann. Diese mechanische Bearbeitung kann dabei in vorteilhafter Weise nach dem Aushärtevorgang erfolgen.

Falls eine der Seiten des Reibbelages mechanisch bearbeitet wird, kann in vorteilhafter Weise eine Schleifoperation verwendet werden.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe weiterhin dadurch gelöst, daß der Reibbelag wenigstens zusammengesetzt ist, beziehungsweise besteht, aus

Fasern, nämlich

- Glasfasern mit einer Länge von 1-10 mm und einem Gewichtsanteil von 10-35%
- Aramid Pulpe mit Faserlängen von 1-3 mm und einem Ge wichtsanteil von 1-15%

Binder, nämlich

- Phenolharz und/oder Kautschuk
mit einem Gewichtsanteil von 15-40%

Füller, nämlich mindestens einem der Stoffe

- Bariumsulfat
- Calciumcarbonat
- Kaolin
- Mikrohohlkugeln
mit einem Gewichtsanteil von insgesamt 15-50%

Reibmittel, nämlich mindestens einem der Stoffe

- SiO₂
- Korund
- gehärtetes, gemahlenes Harz, zum Beispiel Rapok
mit einem Gewichtsanteil von insgesamt 1-15%

Schmiermittel, nämlich mindestens einem der Stoffe

- Graphit
- Koks
- Ruß
- Antimontrisulfid
- Polyacrylnitril (PAN), das vorzugsweise gemahlen, beziehungsweise pulverförmig eingesetzt werden kann
- Zinksulfid
mit einem Gewichtsanteil von insgesamt 1-20%

Messing- und/oder Kupferpulver, das vorzugsweise durch Mahlen erzeugt ist,
mit einem Gewichtsanteil von 1-15%.

Die jeweiligen Gewichtsanteile sind bezogen auf eine trockene Feststoff-Basis.

Unter Polyacrylnitril (PAN) sind beispielsweise solche Kunststoffe gemeint, wie sie im Handel unter der Bezeich nung "Dralon", "Orlon" erhältlich sind.

Zweckmäßig ist es, wenn die Glasfasern einen Durchmesser in der Größenordnung von 12 µm haben.

Unter Mikrohohlkugeln sind Verbrennungsrückstände aus Kohlekraftwerken zu verstehen, in denen Luft eingeschlossen ist und somit hohlkugelförmige Gebilde bilden.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung eines Reibbelages hat den Vorteil, daß eine lösungsmittelfreie Herstellung von Belägen erzielbar ist, wodurch eine umweltfreundliche Herstellung gewährleistet wird. Weiterhin kann durch den Einsatz von Mikrohohlkugeln gezielt eine bestimmte Porosi tät, die in der Größenordnung von 1-40% des Volumens des Belages liegen kann, eingebracht werden, wodurch das Rei bungsverhalten mit dem Gegenreibpartner gezielt eingestellt werden kann. Insbesondere können dadurch Rupfschwingungen, wie sie zum Beispiel im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges im Bereich der Reibungskupplung erzeugt werden, eliminiert, beziehungsweise auf ein noch akzeptables Maß reduziert werden.

Durch die lösungsmittelfreie Herstellungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Beläge kann weiterhin eine wesentliche Verbilligung erzielt werden, da sowohl die verhältnismäßig teueren Lösungsmittel, wie zum Beispiel Trichloräthylen oder Toluol, als auch die aufgrund der umwelttechnischen Auflagen erforderlichen Rückgewinnungsanlagen nicht mehr benötigt werden.

Die verwendeten Fasern können in verschiedener Form vorkom men, zum Beispiel in Form von freien Fasern, Filz und ähnlichem.

Eine vorteilhafte Zusammensetzung, insbesondere zur Her stellung von ringförmigen Reibbelägen für Kupplungsscheiben, ist nachfolgend angegeben, wobei dieses Ausführungsbeispiel keine Beschränkung darstellt.

Bei Belägen mit geringeren Anforderungen bezüglich der Berstfestigkeit, wie zum Beispiel Beläge für Bremsbänder von automatischen Getrieben, oder Beläge die nur eine sehr geringe Dicke aufweisen, wie dies zum Beispiel der Fall ist bei Belägen für Wandlerüberbrückungskupplungen, die in Öl laufen, können zumindest einige der Faserstoffe durch pulverförmige Stoffe ersetzt werden, so können insbesondere die Glasfasern durch Glaspulver oder ähnlichem ersetzt werden.

Weiterhin kann Zellulose beziehungsweise eine Zellulose Pulpe mit Fasern in der Größenordnung von 1-5 mm in der Zusammensetzung verwendet werden. Der Gewichtsanteil kann dabei in der Größenordnung von 1-50% des Gewichtes der gesamten Bestandteile betragen.

Weiterhin können anstatt vom Messing- und/oder Kupferpulver auch Messing- und/oder Kupferpulverfasern oder -späne ver wendet werden. Für manche Anwendungsfälle kann es auch zweckmäßig sein, wenn für eine Belagmischung wenigstens zwei dieser Zusätze verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Belagmischung hat weiterhin den wesentlichen Vorteil, daß sie praktisch trocken verarbeitet werden kann, das bedeutet also, daß verhältnismäßig wenig Flüssigkeit, wie insbesondere Wasser, der Mischung beigefügt werden braucht. So kann der Gewichtsanteil an beigemischter Flüssigkeit weniger als 10% des Gewichtes der Mischung, bezogen auf eine trockene Feststoffbasis, betragen. In besonders vorteilhafter Weise kann die Flüssigkeitszugabe kleiner als 5% des trockenen Mischungsgewichtes sein.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Her stellung eines Reibbelages, insbesondere mit einer erfin dungsgemäßen Zusammensetzung, das eine einfache und kosten günstige Herstellung von Reibbelägen gewährleistet, bei gleichzeitiger hoher mechanischer Festigkeit, insbesondere Berstfestigkeit bei Fliehkrafteinwirkung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch folgende Schritte ab:

- es werden die einzelnen Rohstoffe, nämlich die faserförmigen Bestandteile, das Bindemittel, die Reibungs- und Abriebsmodifikatoren, die Füllstoffe und gegebenenfalls andere in die Rezeptur eingehende Bestandteile abgewogen und vorzugsweise in einem Trockenmischer homogen vermischt;
- eine bestimmte Dosis dieses Gemisches wird in ein Vorformwerkzeug gefüllt, darin gleichmäßig verteilt und danach zu einem Vorpreßling vorverdichtet;
- der Vorpreßling wird in einer Heißpreßform aufgenom men und in einem Heißpreßvorgang auf die Sollform ge preßt, wobei eine weitere Verdichtung des Vorpreß linges stattfindet.

Der Vorpreßling, welcher eine Zwischenform des Belages aufweist, kann nach dem Vorpreßvorgang direkt in die Heißpreßform eingegeben werden, indem er aus dem Vorform werkzeug unmittelbar in die Heißpreßform eingedrückt wird. Besonders vorteilhaft kann es jedoch sein, wenn der Vor preßling bei Raumtemperatur und mit Preßdrücken von 200 bis 1200 N/cm² verpreßt wird und anschließend aus dem Vorformwerkzeug auf einen Zwischenträger ausgedrückt wird und zur Stabilisierung einer thermischen Lagerung, zum Beispiel in einem Umluftofen, unterzogen wird. Die Tempera tur ist dabei derart gewählt, daß die Bindemittelmatrix zumindest teilweise fließt, beziehungsweise angeschmolzen wird, jedoch noch nicht reagiert, also aushärtet. Diese thermische Lagerung, beziehungsweise Behandlung, kann bei Temperaturen von 70 bis 120°C erfolgen, wobei eine Behar rungszeit von 10 bis 120 Minuten zweckmäßig ist. Als Binde mittel eignen sich in vorteilhafter Weise vernetzbare Harze, wie zum Beispiel Phenolharz und/oder vulkanisierbarer Kautschuk.

Die gewünschte Belagporosität kann über das Preßvolumen der Heißpreßform und die gewählte Gemischmenge, also die Einwaage pro Belag, gezielt eingestellt werden. Porositäten in der Größenordnung von 1-40% des Volumens des fertigen Belages können ebenfalls durch entsprechende Wahl der Herstellungsparameter und Anteile der jeweiligen Mischungs bestandteile erzeugt werden. So kann beispielsweise die Belagporosität über die Zugabe von Mikrohohlkugeln (poröse Silikate) gezielt eingestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den wesentli chen Vorteil, daß der Belag aus einer Trockenmischung, oder zumindest im wesentlichen trockenen Mischung, hergestellt werden kann. Das bedeutet also, daß die in das Vorformwerk zeug eingebrachte Mischung keine, beziehungsweise nur eine verhältnismäßig geringe Feuchtigkeit aufweist. Falls eine gewisse Nässe, beziehungsweise Feuchtigkeit der Mischung erwünscht ist, kann der Flüssigkeitsanteil auf einen Wert von weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% des Gewichtes der trockenen Mischung eingestellt werden. Aufgrund der geringen Feuchtigkeit können elektrostatische Aufladungen beim Mischprozeß vermieden werden, zudem wird Feinstaubbildung minimiert.

Als Reibungs- und Abriebsmodifikatoren können die bereits in Verbindung mit dem Reibbelag erwähnten Reibmittel und Schmiermittel eingesetzt werden.

Die Dosierung der Mischung zur Herstellung von Belägen kann gewichtsabhängig oder volumenabhängig erfolgen.

Durch die thermische Lagerung der Vorpreßlinge, beziehungs weise Belagrohlinge, wird eine Formstabilisierung dieser Teile erzielt, wodurch ein besseres Handling ermöglicht wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt die Möglichkeit dar, Niet- und/oder Durchgangslöcher und/oder Nuten, sowie gegebenenfalls andere Anformungen direkt beim Vorpressen und/oder beim Heißpreßvorgang in den Belag einzupressen. Weiterhin kann bei der Herstellung eines Vorpreßlinges und/oder beim Heißpreßvorgang der Belag mit einem Träger verbunden werden. Ein derartiger Träger kann beispielsweise durch einen Metallrücken gebildet sein, der eine Dicke von 0,1 bis 1,0 mm aufweisen und zum Beispiel aus CK75 gestanzt sein kann. Beim Heißpreßvorgang wird der Metallrücken mit dem Belag verbacken. Zweckmäßig ist es, wenn zumindest die mit dem Belag verbundene Seite des Trägers geätzt und/oder sandgestrahlt ist. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn der Träger mit einem Kleber beschich tet ist. Dieser Kleber kann auf Phenolharzbasis aufgebaut sein und in flüssiger Form oder als Folie Verwendung finden. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Kleber lösungsmittel frei ist. Weiterhin können Kleber in Pulverform verwendet werden (Kleber auf Phenolharz- oder Epoxidharzbasis), welche zum Beispiel auf den Träger aufgestreut und bei einer Temperatur von 70 bis 120°C aufgeschmolzen werden können. Der Belagträger wird gemeinsam mit der Mischungsdosis oder gemeinsam mit dem Vorpreßling in das entsprechende Werkzeug eingelegt. Als zweckmäßig haben sich Kleberschichten in der Größenordnung von 25 bis 150 µm Dicke erwiesen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Nuten mit 0,05 bis 0,5 mm Preßbodendicken herstellen. Unter Preßboden dicke ist die verbleibende Dicke des Belages im Bereich des Bodens einer Nut beziehungsweise einer angeformten Ver tiefung zu verstehen.

Die mit den Belägen verbundenen Träger können bereits die erforderlichen Öffnungen beziehungsweise Durchgangsbohrungen und Profilierungen vor dem Verbinden mit den Belägen auf weisen. Diese Profilierungen und Durchgangsöffnungen können jedoch auch nachträglich in die Träger eingebracht werden. Sofern beim Verbinden des Trägerbleches mit dem Belag vorgeformte Öffnungen oder durch verdrängtes Belagmaterial verstopft werden, können diese in einfacher Weise durch Abbohren oder Ausstanzen der unerwünschten Materialrück stände wieder frei gemacht werden.

Der Heißpreßvorgang findet bei Preßdrücken von 200 bis 1200 N/cm², Temperaturen von 140°C bis 220°C und Halte zeiten von 1 bis 4 min/mm Belagdicke statt.

Nach dem Heißpreßvorgang und den darauf gegebenenfalls folgenden Herstellungsschritte, wie Entfernen der Material rückstände an den Rändern und den Durchgangslöchern bezie hungsweise an den Anformungen, dem gegebenenfalls vorhande nen Zwischenschleifen des Belages und gegebenenfalls dem Verkleben mit einem Träger, wie zum Beispiel einem Metall rücken, in einer Heißpresse, können die Beläge in einem Ofen einem Härtezyklus unterworfen werden. Danach können die ausgehärteten, auf Höhenmaß gebrachten Beläge verbaut werden. Bei Belägen ohne Träger kann, falls erforderlich, eine Seite mechanisch bearbeitet werden.

Der Härtezyklus im Ofen kann bei Temperaturen von 150°C bis zu 270°C und einer Lagerzeit von 1 Stunde bis zu 15 Stunden bei Belagdicken von 0,5 bis 5,0 mm erfolgen.

Durch die Verwendung eines Trägers als Belagrücken können weiterhin sehr dünne, auf der Reibseite nicht mechanisch bearbeitete Beläge hergestellt werden, die eine hohe Berst drehzahl aufweisen. Ein nach dem Verfahren hergestellter Belag mit einem Außendurchmesser von 200 mm, einem Innen durchmesser von 130 mm und einer Dicke von 3,5 mm erreicht bei Prüftemperaturen von 200°C bis 250°C eine Berstdrehzahl oberhalb 14.000 Umdrehungen pro Minute.

Die Erfindung kann in vorteilhafter Weise bei der Her stellung von kreisringförmigen Reibbelägen für Kupplungs scheiben, insbesondere für trocken laufende Kupplungen, ver wendet werden. Bei derartigen Kupplungsscheiben ist es üblich, zwischen den einerseits mit einem Schwungrad und andererseits mit der Kupplungsdruckplatte in Reibverbindung stehenden Reibbelägen eine Belagfederung vorzusehen, die mittels sogenannter Belagfedersegmente, die üblicherweise aus Federstahl bestehen, erzeugt wird. Durch die Verwendung von Metallrücken als Trägermaterial für die Beläge oder die Nichtbearbeitung der Rückseite der Beläge, kann das Ein betten, also das über die Lebensdauer der Kupplungsscheibe stattfindende Eingraben der Belagfedersegmente in den Rücken der Beläge vermieden, beziehungsweise minimiert werden. Weiterhin hat die Verwendung eines Verstärkungs- beziehungs weise Trägermateriales den Vorteil, daß die fertigen Beläge dünner ausgeführt werden können, wodurch weiterhin das Massenträgheitsmoment der Kupplungsscheibe reduziert und dadurch die Schaltbarkeit des Getriebes verbessert werden kann.

Scheibenverzug bei Temperaturänderungen an der Kupplungs scheibe durch unterschiedliche Ausdehnungsverhalten von Trägermaterial beziehungsweise Metallrücken und Belag läßt sich durch Preßbodendicken im Bereich des Belages von 0,05 mm bis 0,5 mm verhindern beziehungsweise auf ein akzeptables Maß reduzieren.

Auch bei ringförmigen Belägen ohne Verstärkungsrücken konnten aufgrund der während der Herstellung gegebenen homogenen Verteilung der Trockenmischung in der Vorform Berstdrehzahlen oberhalb 10.000 Umdrehungen pro Minute erreicht werden. (Dabei werden lose Beläge auf Mitnahmestifte aufgenommen und in einer Berstkammer bei Raumtemperatur, nach vorhergehender einstündiger Lagerung der Beläge in einem Umluftofen bei 250°C, mit 50 rad/sec² bis zum Bruch be schleunigt.)

Anhand der Figuren sei die Erfindung näher erläutert.

Dabei zeigt Fig. 1 einen Sektor eines kreisringförmigen, in sich geschlossenen Reibbelages,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 den schematisch dargestellten Herstellungsablauf für einen Kupplungsreibbelag und

Fig. 4 ein Diagramm, aus dem die einzelnen Verfahrens schritte sowie die Alternativ-Herstellungsmöglichkeiten dargestellt sind.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Reibbelag 1 besitzt einen äußeren Durchmesser 2 und einen inneren Durchmesser 3. Der kreisringförmige Reibbelag 1 weist weiterhin Ausnehmun gen 4, 5 auf, die zur Befestigung des Reibbelages 1 auf Belagfedersegmente einer Kupplungsscheibe dienen. Die Ausnehmung 5 dient zur Vernietung des dem Reibbelag 1 unter Zwischenlegung der Belagfedersegmente benachbarten Reibbela ges. Die Ausnehmungen 4 nehmen jeweils einen Niet auf, der den Reibbelag 1 mit dem entsprechenden Federsegment ver bindet. Die Ausnehmung 4 geht in eine Ansenkung 6 über, welche den entsprechenden Nietkopf aufnimmt. Bezüglich der beschriebenen Befestigungstechnik wird beispielsweise auf die US-PS 2,448,880 verwiesen.

Auf der Reibflächenseite 7 besitzt der Reibbelag 1 weiterhin radial verlaufende Nuten 8, welche die Reibfläche 7 in einzelne Reibbereiche 9 unterteilen.

Der Reibbelag 1 kann eine Zusammensetzung aufweisen und nach einem Verfahren hergestellt werden, wie dies noch im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 beschrieben wird.

Gemäß der Erfindung kann wenigstens eine der in Richtung der Rotationsachse 10 des Belages vorhandenen Belagseiten flächen 7, 11 unbearbeitet sein, das bedeutet also, daß nach dem Formen und Aushärten des Belages keine Abtragung, insbesondere durch eine mechanische Bearbeitung, an wenig stens einer der Flächen 7, 11 erfolgt. Das bedeutet also, daß wenigstens eine der beiden Flächen 7, 11 im Rohzustand ist. Besonders kostengünstig ist es, wenn beide Seitenflä chen 7, 11 unbearbeitet bleiben, da dadurch kein Abfall anfällt und die damit verbundene Entsorgung ebenfalls entfällt. Es kann also durch die erfindungsgemäße Ausgestal tung eine geringere Ausgangsmasse für die Herstellung eines Belages verwendet werden.

Für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Belages kann es zweckmäßig sein, wenn vor dem Aushärtevorgang der Reibbe lag 1 in einem Preßvorgang auf eine Sollform gepreßt wird und wenigstens eine Seitenfläche 7, 11 des fertig bearbeite ten Belages einer im Preßvorgang hergestellten und danach lediglich ausgehärteten Seitenfläche entspricht. Der Aushärtevorgang kann dabei durch einen sogenannten Backvor gang gebildet sein und der zur Verwendung fertige Reibbe lag 1 auf wenigstens einer Seite 7, 11 in einem "wie gebacke nen Zustand" sein.

Bei Reibbelägen 1, die im Bereich der Reibfläche zumindest im wesentlichen zu dieser parallel verlaufende Nuten 8 besitzen, ist es zweckmäßig, wenn die Reibseite 7 nach dem Aushärtevorgang nicht bearbeitet ist, die Rückseite 11 jedoch egalisiert ist, zum Beispiel durch einen Schleifvor gang.

Bei Reibbelägen 1 ohne Nuten 8 im Bereich der Reibfläche 7 kann es angebracht sein, wenn die Reibfläche 7 einer egalisierenden Bearbeitung unterzogen wird, wohingegen die Abstützseite 11 im rohen Zustand verbleiben kann.

In Fig. 3 ist die Dosiereinrichtung 11 dargestellt, aus welcher die homogen gemischte Trockenmasse für den Reibbe lag 1 mittels Förderwerkzeugen, wie zum Beispiel Schnecken förderer 12, in eine, vorzugsweise mit Drehzahlen von 1-40 1/min rotierende Vorform 13 gefüllt wird. Bei dem darge stellten Ausführungsbeispiel hat die Vorform 13 eine ringförmige Vertiefung 14. Das in der Vorform 13 enthaltene Gemisch 15 wird mittels eines kammartigen Verteilers 16 gleichmäßig verteilt, so daß die Mischung 15 praktisch eine ebene ringförmige Fläche begrenzt. Danach wird die Mi schung 15 mittels eines in die Vertiefung 14 eintauchenden ringförmigen Stempels 17 zu einem Vorpreßling 18 verdichtet. Dieser Vorpreßling 18 ist praktisch trocken, enthält also praktisch keine oder nur eine sehr geringe Feuchtigkeit. Falls eine gewisse Feuchtigkeit erwünscht ist, kann diese durch Zugabe von geringen Flüssigkeitsmengen in den Trocken mischer oder während der Befüllung der Vorform 13 erzielt werden.

Der Vorpreßling 18 wird aus der Vorform 13 entfernt, zum Beispiel durch Ausdrücken, und vorzugsweise unmittelbar auf einem Träger, zum Beispiel einem Blech 19 aufgenommen. Der Vorpreßling 18 wird dann gemeinsam mit dem Blech 19 in einen Umluftofen 20 eingeführt, in dem eine Temperatur in der Größenordnung von 70 bis 120°C herrscht. Die Verweildauer im Ofen 20 wird dabei derart gewählt, daß das Bindemittel, wie zum Beispiel Phenolharz, anfängt zu fließen, jedoch noch nicht reagiert, beziehungsweise aushärtet. Durch diese Erhitzung wird der Vorpreßling stabilisiert, so daß er ohne Formveränderung in einfacher Weise weiterverarbeitet werden kann. Durch den Stabilisierungsvorgang im Ofen 20 wird also ein wesentlich besseres Handling der Vorpreßlinge erreicht.

Nach dem Stabilisierungsvorgang im Ofen 20 wird der eine Zwischenform aufweisende Vorpreßling 18 in das Unterteil 21 des Heißpreßwerkzeuges eingelegt. Der Vorpreßling 18 wird zwischen dem Oberteil 22 und dem Unterteil 21 des Heiß preßwerkzeuges auf die gewünschte Rohform des Reibbelages gepreßt. Während dieses Vorganges wird der ursprüngliche Vorpreßling 18 im Volumen verringert, so daß die Dichte zunimmt. Durch Wahl der Temperatur, des aufgebrachten Druckes und der Verweildauer kann die gewünschte Dichte und somit auch die Eigenschaften des Belages beeinflußt werden.

Oberteil 22 oder Unterteil 21 des Heißpreßwerkzeuges können auch derart ausgebildet sein, daß die eventuell im Belag erforderlichen Löcher 4,5, Nuten 8 und ähnliches während des Heißpreßvorganges in den Belagrohling eingebracht werden. Hierfür können am Oberteil 22 oder Unterteil 21 des Werkzeu ges entsprechende Anformungen oder Einsätze vorgesehen werden.

Der auf seine Enddichte gebrachte Rohbelag 18a wird aus dem Unterteil des Heißpreßwerkzeuges 21 entnommen, zum Beispiel mittels eines Absaugers 23, welcher mit Unterdruck arbeitet.

Der Rohbelag 18a wird dann zur Aushärtung in einen Ofen eingeführt. Zur Aushärtung können eine Vielzahl von Belä gen 18a aufeinander geschichtet werden. Nach der Aushärtung des Belages erfolgt die Schlußbearbeitung. Dabei kann, falls erforderlich, der Belag gegebenenfalls nur auf einer Seite geschliffen und auf Solldicke gebracht werden. Weiterhin können eventuell vorhandene Belagrückstände im Bereich der angeformten Öffnungen oder Nuten entfernt werden. Bei Bedarf können auch zusätzliche Öffnungen, zum Beispiel durch Bohren, in den Belag eingebracht werden.

Die einzelnen in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Verfahrensschritte sind in dem Diagramm gemäß Fig. 4 ebenfalls angeführt. Aus Fig. 4 können weiterhin die nach dem Vorpressen, beziehungsweise nach der Herstellung des Vorpreßlinges möglichen Weiterverarbeitungsmöglichkeiten zur Herstellung eines fertigen Belages entnommen werden. Bei dem Verfahrensschritt 30 wird der Vorpreßling in einem Heiß preßwerkzeug verdichtet, wobei gleichzeitig die eventuell erforderlichen Nuten 8 oder Löcher 4, 5 eingebracht werden und zusätzlich noch die durch einen Metallrücken gebildete Verstärkung mit dem Belag verbunden wird. Der Metallrücken kann dabei, wie bereits in Verbindung mit Fig. 3 beschrie ben, mit einem Kleber beschichtet sein. Im Verfahrens schritt 31 werden durch Abstanzen und/oder Bohren die unerwünschten Materialrückstände, die sich eventuell im Bereich der Löcher und anderen Anformungen angesammelt haben können, entfernt. Der so gebildete Belag wird dann einem Härtezyklus unterworfen und danach, falls notwendig, fertig bearbeitet.

Bei der weiterhin in Fig. 4 dargestellten alternativen Weiterbearbeitung eines Vorpreßlinges kann in einem Ver fahrensschritt 32 der Vorpreßling in einer Heißpreßform verdichtet werden, wobei gleichzeitig die eventuell erford erlichen Löcher 4, 5 und Nuten 8 eingepreßt werden können. Nach dem Heißpressen des Belages wird dieser in einem Arbeitsgang 33 zumindest auf einer Seite angeschliffen und die unerwünschten Materialrückstände im Bereich der Löcher und Nuten beseitigt. Parallel hierzu können die Belagver stärkungen in Form von Metallrücken, zum Beispiel durch Stanzen, hergestellt werden. Der einem Belag zugeordnete Metallrücken wird zumindest auf einer Seite gereinigt, zum Beispiel durch Ätzen und/oder Sandstrahlen und mit einem Kleber beschichtet. Dieser Vorgang ist mit dem Bezugs zeichen 24 gekennzeichnet. Der so behandelte Metallrücken wird mit dem angeschliffenen Belag in einer Heißpresse verklebt. Beim Einlegen der Teile in die Heißpresse ist dabei zu beachten, daß eine angeschliffene Seite des Belages mit der mit Kleber beschichteten Seite des Metallrückens in Kontakt kommt. Nach dem Verbinden von Belag und Metallrücken erfolgt wiederum ein Aushärten.

Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Mischung und des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß eine lösemittelfreie Herstellung der Reibbeläge ermöglicht wird. Aufgrund des gleichmäßigen Eintrages der Pulver-/Fasermi schung in die rotierende Vorform mit Verteilwerkzeug können Dichteschwankungen, Materialungleichverteilungen und Konzentrationsschwankungen im Reibbelag minimiert werden. Dies führt zu hohen Berstfestigkeiten des fertigen Reibbela ges sowie zu gleichmäßigem Reibwert- und Verschleißverhal ten.

Entmischungen schwerer Komponenten, Feinstaubbildung und elektrostatische Aufladungen der Mischung bei der Weiter verarbeitung lassen sich durch Zugabe von weniger als 10 Ge wichtsprozent Wasser während des Mischvorganges vermeiden.

Wird bei der Verteilung der Mischung in eine Vorform mit Wasseranteilen größer als 10 Gewichtsprozent gearbeitet, so kann es zu Entmischungseffekten aufgrund von Sedimentations vorgängen kommen.

Das beschriebene Verfahren zeichnet sich somit nicht nur durch einen geringen Flüssigkeitsanteil in der Mischung aus - vorzugsweise kleiner als 10 Gewichtsprozent -, sondern ermöglicht zudem durch den niedrigen Flüssigkeitsgehalt, wie insbesondere Wassergehalt, auf eine Flüssigkeitsrückführung und -aufbereitung zu verzichten.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den wesentli chen Vorteil, daß die bei der Herstellung beziehungsweise Produktion von Belägen anfallenden Abfälle in Form von Grate, Schleifstaub und Spänen im Herstellungsprozeß für Beläge wiederverwendet werden können. Auch die bei ver schlissenen Kupplungsscheiben vorhandenen Belagreste können dem erfindungsgemäßen Produktionsverfahren wieder zugeleitet werden. Diese verschlissenen Beläge können bei der Aufberei tung von Kupplungsscheiben gesammelt werden.

Die nach dem Gebrauch der Beläge verbleibenden Belagreste sowie die während der Produktion von neuen Belägen ent stehenden Abfälle werden gemahlen und als Füllstoff der Belagrezeptur zugesetzt. Der Gewichtsanteil des gemahlenen "Abfalles" kann dabei bis zu 80% des Gesamtgewichtes der trockenen Rezeptur betragen. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn dieser Anteil in der Größenordnung von 10 bis 50% liegt.

Die Wiederverwendung der normalerweise als Abfall entsorgten Belagreste beziehungsweise Bearbeitungsreste hat die Vorteile, daß die Entsorgungskosten für diese Reste einge spart werden und die Rohstoffkosten für einen neuen Belag gesenkt werden.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebe ne Ausführungsbeispiel beziehungsweise Verfahren beschränkt, sondern umfaßt auch Varianten, die durch Kombination von in Verbindung insbesondere mit den Figuren beschriebenen Merkmalen beziehungsweise Verfahrensweisen gebildet werden können. Weiterhin können einzelne beschriebene Merkmale beziehungsweise Verfahrensweisen für sich alleine genommen eine selbständige Erfindung darstellen. Die Anmelderin behält sich also vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung offenbarte Merkmale und/oder Verfahrensweisen von erfindungswesentlicher Bedeutung zu beanspruchen.

Claims

1. Reibbelag mit einer kreisringartigen Form, der wenig stens folgende Bestandteile aufweist:
Fasern, Binder, Füller,
und der einem Aushärtevorgang unterzogen wurde, wobei wenigstens eine der in Richtung der Rotationsachse des Belages vorhandenen Belagseitenflächen unbearbeitet ist.

2. Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Seitenflächen des Belages unbearbeitet sind.

3. Reibbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß vor dem Aushärtevorgang der Reibbelag in einem Preßvorgang auf eine Sollform gepreßt wird und wenig stens eine Seitenfläche des fertig bearbeiteten Belages einer im Preßvorgang hergestellten und danach lediglich ausgehärteten Seitenfläche entspricht.

4. Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aushärtevorgang durch einen sogenannten Backvorgang gebildet ist und der zur Ver wendung fertige Reibbelag auf wenigstens einer Seiten fläche im "wie gebackenen Zustand" ist.

5. Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur diejenige Seite des Belages mechanisch bearbeitet ist, welche beim Preßvorgang durch den in eine ringförmige Nut der Preßform eintauchenden Preßstempel gebildet wurde.

6. Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibbelag eine erste, für den Reibeingriff vorgesehene Seite besitzt und eine zweite, zur axialen Abstützung auf einem Träger dienende Seite aufweist und lediglich die erste Seite bearbeitet ist.

7. Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibbelag eine Reibseite auf weist, die durch zumindest im wesentlichen parallel zur Reibfläche verlaufende Nuten in einzelne Reibabschnitte unterteilt und unbearbeitet ist, wohingegen die der Reibseite abgekehrten Rückseite des Belages bearbeitet ist.

8. Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bestehend aus
Fasern, nämlich

- Glasfasern mit einer Länge von 1-10 mm und einem Gewichtsanteil von 10-35%
- Aramid Pulpe mit einer Faserlänge von 1-3 mm und einem Gewichtsanteil von 1-15%

Binder, nämlich

- Phenolharz und/oder Kautschuk
mit einem Gewichtsanteil von 15-40%

Füller, nämlich mindestens einem der Stoffe:

- Bariumsulfat
- Calciumcarbonat
- Kaolin
- Mikrohohlkugeln
mit einem Gewichtsanteil von 15-50%

Reibmittel, nämlich mindestens einem der Stoffe

- SiO₂
- Korund
- gehärtetes, gemahlenes Harz, zum Beispiel Rapok
mit einem Gewichtsanteil von 1-15%

Schmiermittel, nämlich mindestens einem der Stoffe

- Graphit
- Koks
- Ruß
- Antimontrisulfid
- Polyacrylnitril
- Zinksulfid
mit einem Gewichtsanteil von 1-20%
- Messing- und/oder Kupferpulver (gemahlen)
mit einem Gewichtsanteil von 1-15%.

9. Verfahren zur Herstellung eines Belages nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere asbestfreien Belages, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die faserförmigen Bestandteile, wie zum Bei spiel Glasfasern und/oder Aramid Pulpe,
das Bindemittel, wie zum Beispiel vernetzbare Harze und/oder Kautschuk,
die Reibungs- und Abriebmodifikatoren und
die Füllstoffe
homogen gemischt werden,
b) eine bestimmte Dosis dieses Gemisches in ein Vorformwerkzeug gefüllt, darin gleichmäßig ver teilt und danach zu einem Vorpreßling verdich tet wird,
c) der Vorpreßling in einem Formwerkzeug aufgenom men und in einem Heißpreßvorgang auf eine Sollform gepreßt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Heißpreßvorgang der Vorpreßling einer thermi schen Behandlung ausgesetzt wird, derart, daß die Binde mittelmatrix fließt, beziehungsweise zumindest ange schmolzen wird, jedoch noch nicht reagiert. Dies wird erreicht, indem die thermische Vorbehandlung bei Tempe raturen im Schmelzbereich des Bindemittelharzes statt findet.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich net, daß der auf Sollform gepreßte Reibbelag in einem Ofen ausgehärtet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aushärtevorgang der Belag auf einer Seite geschliffen wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß während des Heißpreßvorganges des Belages die erforderlichen Nuten, Durchgangslöcher und ähnliche Anformungen beziehungsweise Öffnungen in den Belag eingebracht werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aushärtevorgang im Ofen, der Belag nicht oder nur auf einer Seite geschliffen wird.

15. Verfahren zur Herstellung eines Belages nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag mit einem Verstärkungsrücken, wie zum Beispiel Verstärkungsblech verbunden ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,daß der Verstärkungsrücken beim Heißpreßvorgang mit dem Belag verbunden wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsrücken durch einen getrennten Klebe prozeß mit dem fertig hergestellten Belag verbunden wird.