DE69005791T2 - Nassreibungsmaterial. - Google Patents

Nassreibungsmaterial.

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DE69005791T2
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rubber
oil
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Shiro Nakazawa
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    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02Composition of linings ; Methods of manufacturing
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Friktionsmaterialien vom Gummi-Typ hatten jedoch Nachteile, die von der Art des Gummis abhingen, und auch solche, die alle Materialien vom Gummityp aufwiesen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • eine chemische Reaktion verändert werden kann, groß, wodurch die Stabilität der Friktionscharakteristika verloren geht.
  • 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.
  • 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
  • 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;
  • die Figur 2 zeigt in ähnlicher Weise Kurven, welche die Wechselbeziehungen zwischen der verstrichenen Zeit und dem Änderungsverhältnis der Belagsdicke darstellen;
  • die Figuren 3 und 4 zeigen in ähnlicher Weise Kurven, welche die Wechselbeziehungen zwischen der verstrichenen Zelt und dem Elastizitätsmodul darstellen;
  • die Figur 5 zeigt in ähnlicher Weise Kurven, welche die Wechselbeziehungen zwischen der Anzahl der Zyklen und der Knicklast pro tatsächliche Fläche darstellen;
  • die Figur 6 zeigt in ähnlicher Weise Kurven, welche die Wechselbeziehungen zwischen der Energieabsorption und der Leistungsaufnahme darstellen; und
  • die Figur zeigt Kurven, welche die Wechselbeziehungen zwischen der Zahl der Einschaltungen und dem Friktionskoeffizienten und dem Verschleißgrad darstellen.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Friktionsmaterials der vorliegenden Erfindung ist nicht speziell begrenzt aber Herstellungsverfahren der Pulvermetallurgie können als bevorzugtes Beispiel angewendet werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • Im folgenden werden die experimentellen Resultate beschrieben. Diejenigen, die nur als "Beispiel" genannt werden, zeigen die Ergebnisse des Beispiels 3 als typisches Beispiel.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • Energie-Dissipation: 20, 0 kg.m/cm²
  • Gleitgeschwindigkeit: 18,53 m/Sek.
  • Anzahl der Rotationen: 1142 U/Min.
  • Trägheit: 2.807 kg.m.Sek.²
  • Einheitsdruck: 9,0 bis 10,1 kg/cm²
  • Ölsorte: Dieselmotorenöl-30
  • Fließgeschwindigkelt des Öls: 8 ccm/cm².Min.
  • Öltemperatur: 100ºC
  • Intervall: 42 Sekunden/Zyklus
  • Form der Rille: Waffelrille
  • Friktionsmaterial: Φ335 x Φ283,5, 2 Scheiben, 4 Flächen
  • Verbundmaterial: S55C (AISI 1055), Oberflächenrauhtiefe: maximal 6 um.
  • 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)
  • 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
  • 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.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein hervorragendes Naßfriktionsmaterial zur Verfügung, der Wert der vorliegenden Erfindung für die Industrie ist daher groß.

Claims (4)

1. Ein Friktionsmaterial umfassend 5 bis 40 Gewichts% eines hitzehärtbaren Harzes als Bindemitel, wobei der Rest ein Füllstoff ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem genannten Füllstoff ein abgeschieferter Graphit, der mit einem Gummi imprägniert oder beschichtet ist, enthalten ist.
2. Ein Friktionsmaterial gemäß Anspruch 1, worin der genannte Füllstoff zumindest ein granuliertes poröses Zellstoffpulver enthält, das teilweise mit dem hitzehärtbaren Harz gebunden ist.
3. Ein Friktionsmaterial gemaß Anspruch 2, worin das genannte granulierte Zellstoffpulver, das teilweise an ein hitzehärtbares Harz gebunden ist, eine Porosität von 20 bis 70% aufweist.
4. Ein Friktionsmaterial gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Gehalt an abgeschiefertem Graphit, der mit einem Gummi imprägniert oder beschichtet ist, 1 bis 60 Gewichts% beträgt.
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