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Die vorliegende Erfindung betrifft ein organisches
Friktionsmaterial zum Auskleiden oder Belegen der sogenannten Naßsystem-bremsen oder
-kupplungen, um in Gegenwart eines geeigneten Schmieröls (Kühlöls)
verwendet zu werden.
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Die gemäß dem Stand der Technik verwendeten
Naßfriktionsmaterialien umfassen Friktionsmaterialien vom Sintermetall-Typ, vom Papier-
Typ, gewebte und geformte Friktionsmaterialien und solche vom Gumm-Typ und
unter den geformten Friktionsmaterialien gibt es eines vom Graphit-Typ, das
hauptsächlich aus Graphit oder Koks besteht, und es gibt auch ein
Friktionsmaterial aus geformten Harz, das hauptsächlich aus verschiedenen
Füllmitteln besteht.
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Unter diesen Friktionsmaterialien weisen die Friktionsmaterialien
aus Sintermetallen eine hervorrangende Hitzebeständigkeit und auch eine hohe
Wärmeleitfähigkeit auf, und sie wurden für Hochleistungszwecke verwendet.
Wenn jedoch eine Friktionsscheibe einen größeren Maßstab aufweist, wird es
wegen ihrer beschränkten Bearbeitbarkeit schwierig, sie gleichmäßig
parallel zu machen, wobei ein teilweiser Kontakt mit der Verbundscheibe
oder der Gegenscheibe eintritt, was Unannehmlichkeiten in der Weise mit
sich bringt, daß die Friktionsscheibe in dieser Region eine konzentrierte
thermische Aufladung erhält, welche die Grenze des Festfressens
überschreitet, oder daß ein plastisches Fließen eintritt.
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Aus diesem Grunde wurde in Betracht gezogen, die Ableitung der
Hitze durch plastische Deformation der Friktionsscheibe zu bewerkstelligen,
um sie gleichmäßig mit der gesamten Oberfläche der verbundenen Scheibe in
Kontakt zu bringen. Als Friktionsmaterial für diesen Zweck wurden solche
vom Papier-Typ, vom Gummi-Typ, vom Graphit-Typ und vom Typ eines geformten
Harzes, und insbesondere in steigendem Maße solche vom Papier-Typ und vom
Gummi-Typ verwendet.
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Friktionsmaterialien vom Papier-Typ werden mit den üblichen
Verfahren zur Papiergewinnung hergestellt, indem verschiedene zusätzliche
Komponenten zu den Cellulosefasern als Hauptkomponente hinzugefügt werden
und mit Phenolharz gebunden werden, und sie weisen etwa 40 bis 50%
zusammenhängende Poren auf. Da sie durch Druck beträchtlich plastisch
deformiert werden können, können sie leicht mit der gesamten Oberfläche der
verbundenen Scheibe in Kontakt kommen, und sie werden als gut kompatibel
betrachtet. Cellulosefasern weisen die Vorteile einer guten Affinität zu
Ölen und eines hohen Friktionskoeffizienten auf, sie wurden daher in großem
Umfang als das Material mit einer hohen Leistungsaufnahme (oder
Geschwindigkeit der Energie-Dissipation) bei mittlerer und geringer
Energieabsorption (oder Energie-Dissipation) verwendet.
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Da jedoch die Elastizität durch Verwicklungen der Fasern erhalten
wird, liegen die Nachteile des Papiertyps darin, daß die Rückverformung in
den alten Zustand nach Druckverformung gering ist. Durch die Herstellung
von Bogen sind auch die Fasern nach einer bestimmten Richtung orientiert
und daher muß eine Rauhtiefe der Verbundscheibe von 1 um oder weniger
erreicht werden. Ansonsten gibt es auch Probleme mit der Hubeinstellung
etc. während der Druckhaltung und mit der Schwankung des
Friktionskoeffizienten abhängig vom Druck, und die Beladungskapazität ist geringer als die
des Gummi-Typs.
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Um dies zu verbessern gibt es ein Material, bei welchem
Zellstoffpulver als Granulat zugegeben wird, wie es in der Japanischen
Patentveröffentlichung 27755/1978 beschrieben wird, wobei das Material
ungeordnet orientierte Fasern aufweist, wodurch die Verschleißfestigkeit
und die Druckübertragung verbessert und die Vorteile des Papier-Typs
beibehalten werden.
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Weiterhin wird im Falle des Gummi-Typs ein Kontakt der gesamten
Oberfläche mit der Verbundscheibe durch elastische Deformation erhalten.
Aus diesem Grund wurden viele Versuche unternommen, Materialien zu
verwenden, die mit einer Elastizität mit niedrigem Modul angereichert sind.
Es wurde ein Friktionsmaterial durch Verwendung eines Fluorelasto-meren
als Bindemittel vorgeschlagen (Japanische vorläufige
Patentveröffentlichungen No. 18749/1977 und No. 85878/1982), ferner ein Material durch
Verwendung eines Epoxyharzes und eines Nitrilgummis (Japanische
Patentveröffentlichung No. 2733/1982) und ein Material durch Verwendung
eines Phenolharzes und eines Nitrilgummis (Japanische vorläufige
Patentveröffentlichung No. 92983/1981). Alle diese Materialien hatten einen
Elastizitätsmodul von etwa 10 bis 60 kg/mm², sie hatten die gewünschte
Elastizität bei dem gewöhnlich verwendeten eingestellten Druck, und sie
können auch durch Erhitzen erweicht werden, selbst wenn sie einen
teilweisen Kontakt verursachen, wobei sie die Energie-Dissipation durch den
Kontakt der gesamten Oberfläche ermöglichen. So hat sich unter bestimmten
Anwendungsbedingungen ein Material ergeben, das eine sehr hohe
Beständigkeit gegen Festfressen (keine Hitzebeständigkeit) aufweist. Es ist auch ein
spezifisches Kennzeichen des Gummi-Typs, daß die Leistungsaufnahme bei
mittlerer oder niedrigen Energieabsorption sehr hoch ist.
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Die Friktionsmaterialien vom Gummi-Typ hatten jedoch Nachteile,
die von der Art des Gummis abhingen, und auch solche, die alle Materialien
vom Gummityp aufwiesen.
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Der Fluorgummi-Typ ist hervorragend hinsichtlich seiner
Hitzebestädigkeit und Ölfestigkeit. Da jedoch Fluorgummi selbst eine geringe
Festigkeit besitzt, mußten kostspielige Materialien in großen Mengen
angewendet werden, um die erforderliche Festigkeit des Materials zu
erreichen, und warfen Probleme hinsichtlich der Kosten auf. Aus dem
gleichen Grund ist es auch schwierig, ein Material zu erhalten, das eine
große Menge von porösen Materialien oder Füllstoffen enthält, und es gab
auch eine Beschränkung hinsichtlich der Friktionscharakteristika.
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Gummis sind, anders als Fluorgummi, meist Materialien, die
ergänzend mit Harzen angereichert sind, und sie können als Bindemittel mit
anderen Harzen polymerisiert oder zu Harzen zugemischt werden. Diese Gummis
haben sich jedoch in ihrer Leistungsfähigkeit als nicht zufriedenstellend
für Bremsen oder Kupplungen erweisen, welche unter harten Bedingungen
hinsichtlich der Hitzebeständigkeit, der Ölfestigkeit und der
Charakteristik der thermischen Alterung verwendet werden. Wenn z.B. ein
Material, das aus einem mit Carboxygruppen modifizierten Nitrilgummi,
covalent an ein Epoxyharz gebunden, besteht, als Bindemittel verwendet
wird, werden jedoch, obwohl eine sehr hohe Leistungsaufnahme erreicht
werden kann, wenn die Energieabsorption gering ist, unter den
Anwendungsbedingungen, bei denen die Energieabsorption groß ist oder die Temperatur
des gesamten Materials höher wird, wie bei anhaltendem Gleiten,
Schwierigkeiten wie Verziehen oder abnormaler Materialverschleiß auftreten,
wodurch nur eine sehr geringe Leistungsaufnahme erwartet werden kann. Die
meisten dieser Gummis haben auch im Molekül verbliebene Doppelbindungen,
ebenso ist der Freiheitsgrad zwischen den Molekülen höher als bei den
hitzehärtbaren Harzen. Daher werden sie durch den Einfluß von hohen
Temperaturen und Öladditivs zersetzt, oxydiert, aufgebläht oder chemischen
Reaktionen unterworfen, wobei sich verschiedene Eigenschaften, wie die
Härte, die Elastizität und die Festigkeit, ändern, wodurch Schwierigkeiten
wie eine deutliche Verschlechterung der Friktionscharakteristika, wie
Resistenz gegen Festfressen, Friktionskoeffizient und Verschleiß,
hervorgerufen werden.
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Das Friktionsmaterial unter Verwendung eines Gummis als Teil des
Bindemittels wird im allgemeinen unter Verwendung der üblichen Verfahren
zur Formgebung von Gummi hergestelit, nämlich durch Mischen der
betreffenden Komponenten mittels eines Kneters wie Knetwalzen oder eines
Banbury-Mischers, worauf die Mischung auf Kalanderwalzen aufgegeben wird,
um eine Folie zu erhalten, die dann in eine Form gegeben wird, um durch
Hitzeeinwirkung vernetzt zu werden, oder die Mischung wird direkt in eine
Form, wie z.B. in eine Druckpreßspritzform, gegeben, um dort vernetzt zu
werden. Die Porosität des Materials ist jedoch sehr gering, nur wenige
Prozent, und der Kühleffekt des Öls kann nur mir Schwierigkeiten in den
inneren Teil des Materials ausgedehnt werden, und es können auch
Schwierigkeiten bei dem Ablaufvorgang des Öls, das sich an der Übergangsfläche mit
dem Verbundmaterial befindet, auftreten, mit gleichzeitigen Nachteilen, wie
die Verringerung des Friktionskoefrizienten abhangig von den
Anwendungsbedingungen.
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Ein weiterer großer Nachteil des Gummi-Typs ist ferner die geringe
Hitzebeständigkeit. Wenn ein Gummi als Teil des Bindemittels verwendet
wird, wird die Festigkeit des Materials bei einer Temperatur von 150ºC oder
höher im allgemeinen äußerst gering, und bei einer Temperatur von 200ºC
oder höher wird selbstverständlich die Festigkeit der meisten Materialien
verringert oder sie können sogar innerhalb kurzer Zeit zersetzt werden. Aus
diesem Grunde wird durch den Druck und die Scherkraft beim Gleiten ein
Knicken, ein abnormaler Verschleiß und eine Erniedrigung des
Friktionskoeffizienten des Materials auftreten. Für
Hochleistungs-Friktionsmaterialien für ein Naßsystem ist jedoch die Festigkeit des Materials bei einer
Erhöhung der Temperatur auf 200 bis 250"C sehr wichtig, auch für eine
relativ kürzere Zeit. Unter den Bedingungen, die gegenwärtig für die
Verwendung von Hochleistungsmaterialien verlangt werden, ist eine Situation
denkbar, bei der die Verbundscheibe selbstverständlich, und auch die
Friktionsscheibe und das Schmieröl insgesamt eine Temperatur bis zu 200 bis
250ºC erreichen, so eine Situation tritt auch in der Praxis ein. Die
derzeit häufig benutzten Schmieröle besitzen jedoch Zündtemperaturen von
230 bis 240º und es ist aus Sicherheitsgründen nicht erwünscht, daß das
Schmieröl insgesamt so einer Temperatur wie der Zündtemperatur ausgesetzt
wird, und die Temperatur rund um diese Zündtemperatur kann in der
gegenwärtigen Situation als die maximale benutzbare Temperatur angesehen
werden.
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Weiterhin sind die Friktionsmaterialien aus Graphit und Koks
hinsichtlich ihrer Hitzebeständigkeit überlegen, aber hinsichtlich des
Elastizitätsmoduls unterlegen, wenn man sie mit dem Gummi-Typ und dem
Papier-Typ vergleicht, und mehr geeignet für eine hohe Energieabsorption,
aber unterlegen hinsichtlich der Energieabsorptionskapazität im Vergleich
zum Gummi-Typ.
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Die meisten Friktionsmaterialien vom Typ eines geformten Harzes
zeigen ein Verhalten, das zwischen dem des Papier-Typs und dem des Gummi-
Typs liegt und sie besitzen relativ höhere Friktionskoeffizienten und eine
hohe Leistungsaufnahme im mittleren Grad der Energieabsorption. Sie
besitzen eine hohe Hitzebeständigkeit und hitzehärtbare Harze wie ein
Phenolharz, ein Epoxyharz, ein Harnstoffharz, ein Melaminharz und ein
Polyimidharz, die im allgemeinen für Friktionsmaterialien verwendet werden,
sind nämlich auch mit mechanischen Elementen ausgerüstet, die während des
Gleitens selbst bei Verwendung unter Temperaturverhältnissen von 200 bis
250ºC für eine kurze Zeit benotigt werden, und insbesondere ein
Polyimidharz verträgt Temperaturen von 250ºC und darüber.
ZUSAMMENFASSUNG DEP ERFINDUNG
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Naßfriktionsmaterial zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile der oben
genannten Materialien überwindet und stabile
Hochleistungs-Friktionscharakteristika über eine lange Zeit selbst bei hoher Beanspruchung
aufweist.
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Gemäß den Untersuchungen, die von den Erfindern der vorliegenden
Anmeldung durchgeführt wurden, sollte das Bindemittel, welches das Gerüst
der Friktionsmaterialien bildet, ein Harz sein, welches eine hohe
Hitzebeständigkeit aufweist und auch chemisch stabil ist, wie oben
beschrieben, und die Elastizität, die für den Kontakt mit der gesamten
Oberfläche der Verbundscheibe erforderlich ist, sollte mittels der
zusätzlichen Kompcnenten (Füllstoffe erreicht werden. Als Füllstoffe zur
Erreichung einer Elastizität werden Gummis bevorzugt, da ihr Ansprechen auf
Druck hervorragend ist, die verrormbare Menge bei Beanspruchung groß ist
und die Rückverformung, wenn die Beanspruchung aufhört, schnell eintritt.
Entsprechend ist die Zugabe eines Gummis in einem dispersen Zustand als
Füllstoff eine beachtlich wirkungsvolle Maßnahme. Wenn jedoch ein Gummi in
einer Menge zugegeben wird, die ausreicht, um die erforderliche Elastizität
zu erreichen, ist die Möglichkeit, daß das Gummi durch Hitze oder durch
eine chemische Reaktion verändert werden kann, groß, wodurch die Stabilität
der Friktionscharakteristika verloren geht.
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eine chemische Reaktion verändert werden kann, groß, wodurch die Stabilität
der Friktionscharakteristika verloren geht.
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Entsprechend erforschten die Erfinder der vorliegenden Anmeldung
die Verfahren hinsichtlich der Zugabe von Gummis zu den Füllstoffen, und
führten verschiedene Versuche durch, um die vorliegende Erfindung zustande
zu bringen.
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Mehr speziell ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein
Friktionsmaterial, das 5 bis 40 Gew.% eines hitzehärtbaren Harzes als
Bindemittel enthält, wobei der Rest ein Füllstoff ist, worin das genannte
Friktionsmaterial für ein Naßsystem in dem genannten Füllstoff einen
abgeschieferten Graphit enthält, der mit zumindest einem Gummi imprägniert
oder beschichtet ist. Ferner kann der obige Füllstoff zusätzlich zu dem
abgeschieferten Graphit, der mit Gummi imprägniert oder beschichtet ist,
mindestens ein poröses granuliertes Zellstoffpulver enthalten, das
teilweise mit einem hitzeaushärtbaren Harz gebunden ist. Der Gehalt an dem
abgeschieferten, mit einem Gummi imprägnierten oder beschichteten Graphit
kann bevorzugt 1 bis 60 Gew.% sein, und wenn ein poröses granuliertes
Zellstoffpulver, das partiell mit einem hitzeaushärtbarem Harz gebunden
ist, enthalten ist, so beträgt die Porosität des granulierten Pulvers
bevorzugt 20 bis 70%.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Figur 1 zeigt Kurven, welche die Wechselbeziehungen zwischen
der verstrichenen Zeit und der Elastizität in den Friktionscharakteristika
bei experimentellen Messungen des Friktionsmateriais gemäß der vorliegenden
Erfindung und dem Friktionsmaterlal für Vergleichszwecke darstellen;
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die Figur 2 zeigt in ähnlicher Weise Kurven, welche die
Wechselbeziehungen zwischen der verstrichenen Zeit und dem Änderungsverhältnis der
Belagsdicke darstellen;
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die Figuren 3 und 4 zeigen in ähnlicher Weise Kurven, welche die
Wechselbeziehungen zwischen der verstrichenen Zelt und dem
Elastizitätsmodul darstellen;
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die Figur 5 zeigt in ähnlicher Weise Kurven, welche die
Wechselbeziehungen zwischen der Anzahl der Zyklen und der Knicklast pro
tatsächliche Fläche darstellen;
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die Figur 6 zeigt in ähnlicher Weise Kurven, welche die
Wechselbeziehungen zwischen der Energieabsorption und der Leistungsaufnahme
darstellen; und
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die Figur zeigt Kurven, welche die Wechselbeziehungen zwischen
der Zahl der Einschaltungen und dem Friktionskoeffizienten und dem
Verschleißgrad darstellen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der abgeschieferte Graphit der vorliegenden Erfindung umfaßt
Kristalle eines Graphits mit hexagonal geformten Flächen des natürlichen
oder künstlichen Graphits, die durch physikalische oder chemische
Einwirkung lamellenartig geschichtet wurden, wovon Kristalle auf mehrfache
bis zu einige hundertfache, vorzugsweise auf zweifache bis zu 200-fache,
Schichtabstände erweitert werden.
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Als Gummis zum Imprägnieren oder zum Überziehen können allgemein
Gummis mit einer hervorragenden Hitzebständigkeit und Ölfestigkeit
verwendet werden. Bevorzugte Beispiele können aus natürlichem Gummi, NBR
(Acryinitril-Butadien-Gummi), SBR (Styrol-Butadien-Gummi), Acrylgummi,
Thiocolgummi, Epichlorhydringummi, Silicongummi, Fluorgummi oder aus
hydrierten oder modifizierten Gummis von diesen ausgewählt werden.
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Die in den Ansprüchen definierten Gewichtsverhältnisse der
Zusammensetzung bedeuten, daß jedes der verschiedenen Charakteristika des
Friktionsmaterials, wie Friktionskoeffizient, Verschleißfestigkeit,
Haltbarkeit und Festigkeit, nachteilig beeinflußt werden, wenn irgendeine
Komponente aus dem angegebenen Bereich herausfällt.
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Mehr ins Einzelne gehend: Wenn von dem hitzeaushärtbaren Harz als
Bindemittel weniger als 5% vorhanden sind, ist die Festigkeit des Materials
gering, was einen Defekt des Materials und eine Steigerung des Verschleißes
mit sich bringt, während wenn andererseits 40% oder mehr vorhanden sind,
solche Schwierigkeiten vorkommen können, daß unter hoher Beanspruchung ein
plastisches Fließen hervorgerufen wird oder kein erwünschter oder stabiler
Friktionskoeffizient erhalten werden kann.
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Die Einschränkung des Anspruchs 4 (ein Wert für den mit einem
Gummi imprägnierten oder überzogenen abgeschiefeten Graphit) wurde nicht
deshalb durchgeführt, weil außerhalb dieses Bereichs irgendwelche
Schwierigkeiten entstehen könnten, sondern weil dieser Bereich mit einem
hohen Zusatzeffekt wirtschaftlich ist.
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Der Grund für die Beschränkung der Porosität des granulierten
Cellulosepulvers ist, daß die Elastizität und der Einschluß von Öl gering
sind, wenn sie 20% oder weniger beträgt, während bei 70% oder mehr Probleme
mit der Festigkeit und einem sichtbaren Anteil an plastischer Verformung
auftreten.
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Das Verfahren zur Herstellung des Friktionsmaterials der
vorliegenden Erfindung ist nicht speziell begrenzt aber
Herstellungsverfahren der Pulvermetallurgie können als bevorzugtes Beispiel angewendet
werden.
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Die Füllstoffe und Harzkomponenten werden in einem geeigneten
Mischgerät, wie in einem V-Typ-Mischer, einem Henschel-Mischer, einem
Ledige-Mischer und anderen, gemischt, das Gemisch wird in eine Form gefüllt
und formgepreßt. Der formgepreßte rohe Presskörper wird unter Erhitzen
geformt, um ein Aushärten durch die Reaktion der Harzkomponente zu
bewirken. Es ist natürlich möglich, das Erhitzen gleichzeitig mit dem
Formpressen durchzuführen und der Preßteil kann auch gleichzeitig mit der
Hitzeaushärtung an einen metallischen Träger angeheftet werden.
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Die wichtigste Maßnahme der vorliegenden Erfindung ist die
gleichzeitige Zugabe eines Gummis und eines abgeschieferten Graphits, und noch
wirkungsvoller ist die Zugabe eines mit einem Gummi imprägnierten oder
beschichteten abgeschieferten Graphits, und eine zweite wichtige Maßnahme
ist ferner die Zugabe eines Granulats, das Zellstoffpulver als
Hauptkomponente enthält, und mit einem hitzehärtbaren Harz an das Material gebunden
ist. Die vorliegende Erfindung weist einen ausreichenden Effekt selbst mit
der ersten Maßnahme allein auf, was eine unabhängige Erfindung darstellt,
aber durch die Zugabe des granulierten Pulvers der zweiten Maßnahme kann
der Einfluß von Öladditivs oder der Einfluß von Hitze, die, wenn nur die
erste Maßnahme durchgeführt wird, direkt aufgenommen werden, besser
verteilt werden, und es kann auch der dynamische Friktionskoeffizient
gesteigert werden und die Friktionscharakteristika können verbessert
werden, z.B. kann die Differenz zwischen dem dynamischen und dem statischen
Friktionskoeffizienten verringert werden.
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Graphit wurde gemäß dem Stand der Technik als typische
Gleitmittelkomponente zu dem Friktionsmaterial zugesetzt, er hat einen
großen Wärmeinhalt, er verbessert in großem Maße die den Widerstand gegen
Festfressen verleihende Charakteristik und weist auch eine hervorragende
thermische und chemische Stabilität auf. Die vorliegende Erfindung liefert
durch seine Kombination mit Gummi einen Füllstoff mit hervorragender
Wirkung als Friktionsgleitmaterial, und da ein abgeschieferter Graphit, der
auf das mehrfache bis auf einige hundertfarhe erweitert wurde, mit einer
geeigneten Menge eines Gummis imprägniert oder beschichtet wird, kann auch
der Effekt seines Zusatzes durch Zusatz einer sehr kleinen Menge erkannt
werden. Der abgeschieferte Graphit ist wenig rückbildbar, obwohl er
hervorragend hinsichtlich seiner Kompressibilität sein kann, aber wenn er
mit einem Gummi der vorliegenden Erfindung imprägniert oder beschichtet
wird, ist er hervorragend hinsichtlich der Druckabhängigkeit, und die
Zugabe auch nur einer kleinen Menge hat einen großen Effekt auf die
Elastizität, und der Einfluß auf die Elastizität ist selbst bei
Hitzeeinwirkung und durch chemische Reaktionen gering.
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Die Zugabe von granuliertem Pulver, das Zellstoffpulver enthält
und mit einem hitzehärtbaren Harz gebunden ist, war eine Methode, die, wie
oben beschrieben, im Stand der Technik von dem Friktionsmaterial vom
Papier-Typ bekannt war, aber durch seine Anwendung auf das mit einem Harz
gebundene Friktionsmaterial, insbesondere durch seine Kombination mit einem
mit Gummi imprägnierten oder beschichteten abgeschieferten Graphit, kann
der besondere synergistische Effekt der vorliegenden Erfindung erreicht
werden.
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Wenn das Friktionsmaterial der vorliegenden Erfindung gemäß dem
pulvermetallurgischen Produktionsverfahren, wie oben beschrieben,
hergestellt wird, kann ein Material mit einer geeigneten Menge von in
Verbindung stehenden Hohlräumen erhalten werden, und die Poren werden das
Öl an den Grenzflächen zwischen dem Friktionsmaterial und dem
Verbundmaterial ausreichend herausdrücken, oder sie werden die Nachschubwege für
das Öl aus dem Inneren des Materials zu der Friktionsgrenzfläche werden, um
die Menge des Schmieröls, das an der Grenzfläche vorhanden ist, zu steuern,
wobei die Charakteristik des Friktionskoeffizienten der
Gleitgeschwindigkeit und die Charakteristik des Friktionskoeffizienten des
Grenzflächendrucks gut gesteuert werden können. Das Öl als das Kühlmedium kann auch
nicht nur die Kühlung der Grenzflächen, aber auch die innerhalb des
Materials mittels den in Verbindung stehenden Poren bewerkstelligen. Ferner
haben die Poren die Wirkung, daß sie die Elastizität des Materials
steigern. Obwohl die pulvermetallurgische Produktionsmethode und der oben
erwähnte Effekt bei der Herstellung von Friktionsmaterialien an sich
bekannt waren, liegt der Wert der vorliegenden Erfindung darin, daß sie
eine Verbesserung des Friktionsmaterials mit einem Material, das gemäß
einer pulvermetallurgischen Produktionsmethode hergestellt werden kann,
zustande brachte.
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Das Friktionsmaterial der vorliegenden Erfindung mit einer
Porosität von 15 bis 70 Vol.% und einem Elastizitätsmodul der Elastzität
von 10 bis 80 kg/mm² erbringt besonders gute Resultate, aber auch bei einem
mit 15% oder weniger kann der Effekt des Füllmittels der vorliegenden
Erfindung erkannt werden.
BEISPIELE
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Beispiele der vorliegenden Erfindung gemäß der Pulvermetallurgie
werden unten beschrieben. Diese Beispiele werden zur Bestätigung des
Effekts der vorliegenden Erfindung vorgelegt, der Schutzumfang der
Patentansprüche wird durch die Beispiele keineswegs beschränkt.
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Die Ausgangsstoffe werden in der Tabelle 1 gezeigt. CTBN ist ein
mit einer Carboxygruppe modifiziertes Nitrilgummi und es können auch andere
als die in der Tabelle erwähnten Stoffe, nämlich "geringste Mengen von
anderen aushärtenden Mitteln, Katalysatoren und Antioxydantien" in
geeigneter Weise zugesetzt werden.
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Die betreffenden Komponenten, die in der Tabelle gezeigt werden,
werden in Gewichtsprozenten, die in der Tabelle angegeben werden,
eingewogen, mit einem V-Typ-Miscner, einem Ledige-Mischer oder einem
Henschel-Mischer gemischt, in eine Form von 335 mm Außendurchmesser und
283 mm Innendurchmesser und 5 mm Tiefe gefüllt und formgepreßt. Der
erhaltene Presskörper wurde bei einem Harz vom Polyimid-Typ bei 250ºC und
bei einem Phenolharz-Typ bei 180ºC über etwa 4 Stunden ausgehärtet.
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Es wurde gefunden, daß die erhaltenen typischen Werte der
physikalischen Eigenschaften des Belag-(oder Auskleidungs-)materials 40%
der Porosität, 200 kgf/cm² der Biegebruchfestigkeit, HR15Y24 der Härte und
35 kgf/mm² des Elastizitätsmoduls der Elastizität betragen. Die produzierte
Scheibe wurde an eine Kernscheibe aus Stahl mit einem Klebemittel
angeheftet, eine Ölrille für das Schmieröl wurde mittels mechanischer
Bearbeitiung gebildet und die Dicke des Belags (Auskleidung) wurde auf
einer Oberfläche auf 0,9 mm geschliffen, um sie fur das Experiment zur
Verfügung zu stellen.
Tabelle 1
Probe
Vergl.-beispiel
Beispiel
Komponente
Aromat.Polyamdfaser
Kohlefaser
Glasfaser
Kaliumtitanatfaser
Phenolfaser
Messingpulver
Cashew-Staub
Koks
Granuliertes Zellstoffpulver
Mit Gummi abgeschieferter Graphit
Graphit
Galciumfluorid
Molybdändisulfid
Silica
Zirkoniumsand
Epoxyharz
Phenolharz
Polyimidharz
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Als Vergleichsbeispiele wurden ein Friktionsmaterial vom Gummi-
Typ, hergestellt mittels der Knet-Folienmethode im Vergleichsbeispiel 1,
und ein Friktionsmaterial vom Koks-Graphit-Typ, hergestellt mittels der
Pulvermetallurgie-Methode im Vergleichsbeispiel 2 gezeigt. Beides sind im
Handel erhältliche Produkte oder kommen Handelsprodukten sehr nahe.
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Im folgenden werden die experimentellen Resultate beschrieben.
Diejenigen, die nur als "Beispiel" genannt werden, zeigen die Ergebnisse
des Beispiels 3 als typisches Beispiel.
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Die Figur 1 zeigt die experimentellen Resultate, die erhalten
werden, wenn das Material mit einem Röhrenprüfgerät für eine lange Zeit in
Öl getaucht wird, wobei Dieselöl S-3 10W bei einer Öltemperatur von 120ºC
verwendet wird. Im Vergleichsbeispiel 1 stieg der Elastizitätsmodul der
Elastizität im Verlauf der Eintauchzeit steil an, wobei das Material des
Belags hart wurde. Andererseits gibt es im Vergleichsbeispiel 2 keine
Veränderung während des Zeitablaufs, aber der Elastizitätsmodul der
Elastizität ist hoch und ein Hitzepunkt wird bei Inanspruchnahme als Bremse
oder Kupplung erzeugt, wobei der Grenzwert des Festfressens (zulässige
Kapazität der Energieabsorption) klein ist. Im Beispiel wurde ein
ausreichender Elastizitätsmodul der Elastizität beibehalten.
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Die Figur 2 zeigt die Resultate des Aufquellens, wenn in das
gleiche Öl getaucht wurde (Dieselöl: S-3 10W, Öltemperatur: 120ºC und Gerät
des Versuchs: Alterungs-Röhrchenprüfgerät). Im Gegensatz zum
Vergleichsbeispiel 1, bei dem durch Einfluß des Öls oder durch die Menge des
Öladditivs eine Quellung eintrat, war das Material des Beispiels stabil,
wie ersichtlich ist.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen die Änderungen, die mit dem Zeitablauf
eintreten, wenn die Materialien an der Luft einer Temperatur von 100ºC und
von 200ºC ausgesetzt werden, Es ist ersichtlich, daß das Material des
Beispiels selbst bei einer hohen Temperatur von 200ºC stabil bleibt. Im
Vergleichsbeispiel 1 wird der Elastizitätsmodul der Elastizität nach 1000
Stunden erniedrigt, das ist die Folge davon, daß das Material hart wird und
sich dann so verschlechtert, daß es brüchig wird.
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Die Figur 5 zeigt die Knickfestigkeit des Materials beim Gleiten
bei einer Temperatur von 180ºC (Amplitudenwinkel: ± 1º; Ölsorte: EO 30-CD,
wirksame Spiralfläche: auf 60% eingestellt, Rotorkopf: Φ20, Zykluszeit des
Rotors: 100 cpm, die Beobachtung der Oberfläche wurde über etwa 500 Zyklen
durchgeführt). Die Achse der Ordinate zeigt die auf den Belag ausgeübte
Belastung pro tatsächliche Fläche, und die Achse der Anszisse zeigt die
Anzahl der Zyklen und wieviele Zyklen unter dieser Belastung überstanden
wurden, bevor eine Knickung auftrat. Verglichen mit den
Vergleichsbeispielen ist es ersichtlich, daß das Beispiel um das Dreifache oder mehr
widerstandsfähiger gegen die Belastung ist. Ferner ist zu der Form der
Knickung zu sagen, daß bei den Vergleichsbeispielen Sprünge im Material
auftreten, sodaß es in Stücke zerfällt, während bei dem Beispiel nur ein
Einsinken unter der Belastung beobachtet wird, aber kein Sprung gebildet
wird.
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Die Figur 6 zelgt die Kurve der zulässigen Energieabsorption
(Größe des Belags: Φ335 x Φ283,5, Gesamtzahl der Friktionsflächen: 2
Scheiben (4 Flächen), Ölsorte: Dieselmotorenöl #30, Öltemperatur: 100ºC,
Fließgeschwindigkeit des Öls: 8 ccm/cm².Min.). Die Region oberhalb der
Kurve ist die gefährliche Region, und diejenige unterhalb der Kurve die
sichere Region. Es ist ersichtlich, daß das Beispiel einen sehr hohen
Grenzwert der zulässigen Energieabsorption aufweist und für
Hochleistungszwecke verwendbar ist.
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Die Figur 7 zeigt die Resultate einer Dauerprüfung mit 50.000
Zyklen unter Hochleistungsbeanspruchung bei einer Energie-Dissipation
(Energie-absorption) von etwa 20 kgf/cm² und einer Leistungsaufnahme
(Geschwindig-keit der Energie-Dissipation) von etwa 10 kgfm/cm².Sek. unter
den unten gezeigten Prüfbedingungen:
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Energie-Dissipation: 20, 0 kg.m/cm²
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Gleitgeschwindigkeit: 18,53 m/Sek.
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Anzahl der Rotationen: 1142 U/Min.
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Trägheit: 2.807 kg.m.Sek.²
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Einheitsdruck: 9,0 bis 10,1 kg/cm²
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Ölsorte: Dieselmotorenöl-30
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Fließgeschwindigkelt des Öls: 8 ccm/cm².Min.
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Öltemperatur: 100ºC
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Intervall: 42 Sekunden/Zyklus
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Form der Rille: Waffelrille
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Friktionsmaterial: Φ335 x Φ283,5, 2 Scheiben, 4 Flächen
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Verbundmaterial: S55C (AISI 1055), Oberflächenrauhtiefe: maximal
6 um.
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Das Produkt von der Energieabsorption pro Flächeneinheit mit der
maximalen Leistungsaufnahme pro tatsächliche Flächeneinheit beträgt etwa
650 (kgfm)²/(cm²)(cm².Sek.), woraus ersichtlich ist, daß das Beispiel einen
stabilen Friktionskoeffizienten und eine zulässige Verschleißmenge unter
Hochleistungsbeanspruchung aufweist, die etwa das Zweifache derjenigen des
Standes der Technik beträgt.
Tabelle 2
Material des Vergleichsbeispiels
Material des Beispiels
Testbedingung
Minuten (Knickung des Materials)
Stunden oder länger (keine Veränderung)
Minuten oder länger (Test unterbrochen)
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Die Tabelle 2 zeigt die Testresultate bei kontinuierlichem
Gleiten. Zwei Scheiben (4 Flächen) wurden verwendet, das Öl war die Ölsorte
#30, die Fließgeschwindigkeit des Öls betrug 8 ccm/cm².Min., und die
Öltemperatur 100ºC. Die Testbedingung 1 ist 8,6 m/Sek.
Gleitgeschwindigkeit und 3,1 kgf/cm² Einheitsdruck, die Testbedingung 2 ist 10,0 m/Sek.
Gleitgeschwindigkeit und 7,0 kgf/cm² Einheitsdruck. Im Beispiel wurde unter
der Testbedingung 2 die Öltemperatur bis zum Zündpunkt und darüber in 15
Minuten erhöht, daher wurde der Test unterbrochen. Es ist ersichtlich, daß
das Material des Beispiels auch bei kontinuierlichem Gleiten hervorragend
ist.
Tabelle 3
Vergleichsbeispiel
Beispiel
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Die Tabelle 3 zeigt die Grenzwerte des Produkts aus der
Energieabsorption pro Flächeneinheit und der maximalen Leistungsaufnahme pro
tatsächliche Flächeneinheit in den Beispielen 1 bis 6 und in den
Vergleichsbeispielen 1 und 2. Hierbei wurden zwei Scheiben (4 Flächen) mit
einem Außendurchmesser von 335 mm und mit einem Innendurchmesser von
283,5 mm verwendet, das Öl war ein Dieselmotorenöl der Ölsorte #30, die
Öltemperatur betrug 100ºC, die Fließgeschwindigkeit des Öls 8 ccm/cm².Min.,
die Zahl der Einschaltungen 200 und der Grenzwert lag bei einer
Energieabsorption von 20 kgm/cm². Es ist ersichtlich, daß der Effekt der
vorliegenden Erfindung groß ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein hervorragendes
Naßfriktionsmaterial zur Verfügung, der Wert der vorliegenden Erfindung für
die Industrie ist daher groß.