DE69811823T2

DE69811823T2 - Rohmaterialgranulat für Reibmaterial und dazugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69811823T2
Application number: DE69811823T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Sugai
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd; Akebono Research and Development Centre Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd; Akebono Research and Development Centre Ltd
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1998-11-03
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2018-11-04
Also published as: JPH11129252A; EP0915265A1; US6265356B1; EP0915265B1; DE69811823D1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Körnchen, die sich zum Herstellen von Reibmaterial eignen, das für Bremsen und Kupplungen eingesetzt wird, die in verschiedene Fahrzeuge und industrielle Maschinen integriert werden. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der Körnchen.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Reibmaterial, das verbreitet für Bremsbeläge und Kupplungsbeläge eingesetzt wird, die in verschiedene Fahrzeuge und industrielle Maschinen integriert werden, wird wie folgt hergestellt. Ausgangs-Rohmaterial, das Rohmaterial-Faser, wie beispielsweise wärmebeständige organische Faser, anorganische Faser und Metallfaser, enthält und darüber hinaus Rohmaterial-Pulver, wie beispielsweise anorganischen und organischen Füllstoff, Reibungs-Modifikationsmittel und wärmehärtbares Harz-Bindemittel, enthält, wird bei Raumtemperatur mit einem vorgegebenen Druck geformt (Vorformen) und dann bei einer vorgegebenen Temperatur warmgeformt. Anschließend wird es ausgehärtet (Nachhärten) und endbearbeitet.
Bei dem Vorgang, bei dem das Ausgangs-Rohmaterial gemischt und gemessen wird und anschließend das gemessene Material in eine Form zum Warmformen gefüllt wird, wird Pulver (Gemisch) verarbeitet, dessen Form veränderlich ist. In vielen Fällen umfasst Rohmaterial-Pulver feine Teilchen, deren Durchmesser mehrere 10 um beträgt, um die Reibeigenschaften des Reibmaterials zu gewährleisten. Daher entsteht bei allen Vorgängen, bei denen das Material verarbeitet wird, Staub. Dementsprechend ist es notwendig, Gegenmaßnahmen zu ergreifen, um das Entstehen von Staub zu verhindern, so ist es beispielsweise erforderlich, bei jedem Vorgang eine Abschirmplatte anzuordnen. Wenn die Gegenmaßnahme wie oben beschrieben getroffen wird, steigen die Herstellungskosten. Des Weiteren besteht das Rohmaterial-Pulver aus feinen Teilchen, deren spezifische Oberfläche groß ist. Daher neigt das Rohmaterial-Pulver dazu, an einer Innenfläche der Form zu haften. Dementsprechend wird es schwierig, das Ausgangs-Rohmaterial gleichmäßig in die Form zu füllen.
Um die oben stehenden Probleme zu lösen, wird das Ausgangs-Rohmaterial granuliert. Das heißt, verschiedene Rohmaterial-Pulver und Rohmaterial-Fasern, die das Ausgangs-Rohmaterial darstellen, werden gerollt, während ihnen Bindemittel zugesetzt wird, so dass Körnchen, deren Durchmesser 2 bis 5 mm beträgt, erzeugt werden können, und diese Körnchen werden als das Material zum Herstellen von Reibmaterial eingesetzt.
Wenn Rohmaterial-Pulver granuliert wird, ist es möglich, das oben stehende Problem des Entstehens von Staub beim Vorgang der Verarbeitung zu lösen, und es ist ebenfalls möglich, das oben stehende Problem des Anhaftens von Rohmaterial-Pulver an den Innenflächen der Form zu lösen.
Rohmaterial-Fasern werden ursprünglich zugesetzt, um die mechanische Festigkeit von Reibmaterial zu verbessern, wenn die Rohmaterial-Fasern vollständig und gleichmäßig verteilt und miteinander verwirrt werden. Bei einem Verfahren, bei dem Material granuliert wird, wird jedoch Rohmaterial-Faser in die Körnchen integriert und für jedes Körnchen geteilt. Daher ist es unmöglich, dass die Rohmaterial-Fasern miteinander verwirrt werden. Daher verringert sich die Verstärkungswirkung, die die wichtigste Wirkung darstellt, und es ist in einigen Fällen nicht möglich, die Verstärkungswirkung zu erzielen.
Normalerweise sind Körnchen im Wesentlichen kugelförmig. Wenn die in eine Form gefüllten Körnchen bei einer vorgegebenen Temperatur und vorgegebenem Druck warmgeformt werden, ist es schwierig, jedes Körnchen im anfänglichen Stadium des Warmformens aufzubrechen. Daher besteht die Möglichkeit, dass Rohmaterial des Reibmaterials, das in Körnchen enthalten ist, nicht ausreichend miteinander vermischt wird. Darunter leidet die Einheitlichkeit des Reibmaterials.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist angesichts der oben beschriebenen Umstände gemacht worden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Körnchen aus Rohmaterial, das vorzugsweise zum Herstellen von Reibmaterial angesetzt wird, leicht und zu geringen Kosten zu schaffen, ohne dass eine spezielle Vorrichtung eingesetzt wird.
Die oben stehende Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann mit den Körnchen aus Anspruch 1 und dem Verfahren aus Anspruch 3 erfüllt werden.
Bei den Körnchen aus Rohmaterial, die zum Herstellen von Reibmaterial eingesetzt und erzeugt werden, wenn die Primärkörnchen zerkleinert werden, und in der vorliegenden Patentbeschreibung im Folgenden als die Sekundär-Körnchen bezeichnet werden, wird Rohmaterial-Pulver auf der Oberfläche von Rohmaterial-Fasern durch das Bindemittel und physische Adsorption fixiert. Daher wird kein Rohmaterial-Pulver von der Oberfläche von Rohmaterial-Fasern gelöst. Des Weiteren ist die Zugfestigkeit der Rohmaterial- Fasern an sich hoch. Daher wird die Rohmaterial-Faser auch dann selten durchtrennt, wenn sie einer äußeren Kraft ausgesetzt ist, die ausreichend stark ist, um die Primär- Körnchen zu zerkleinern. Dementsprechend werden diese Sekundär-Körnchen in einer veränderbaren Form gewonnen, durch die die Rohmaterial-Faser das Rohmaterial- Pulver hält und an der Oberfläche des Rohmaterial-Pulvers frei liegt.
Wenn diese Sekundär-Körnchen eingesetzt werden, ist es möglich, die mechanische Festigkeit des gewonnenen Reibmaterials zu verbessern, da das Fasermaterial, das an der Oberfläche des Rohmaterial-Pulvers frei liegt, mit den Rohmaterial-Fasern der benachbarten Sekundär-Körnchen verwirrt wird. Bei den Sekundär-Körnchen wird beim Vorgang des Zerkleinerns eine große Anzahl an Vorsprüngen in spitzen Winkeln ausgebildet. Daher werden die Sekundär-Körnchen in der Anfangsphase des Warmformens leicht gebrochen, und das Reibmaterial wird vermischt. Damit ist es möglich, Reibmaterial herzustellen, in dem das Rohmaterial des Reibmaterials gleichmäßig dispergiert ist. Des Weiteren sind die Formen der Sekundär-Körnchen veränderlich, und die Größen ändern sich auf verschiedene Weise. Dementsprechend kann die Form dicht mit den Sekundär-Körnchen gefüllt werden. Daher ist es im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall, bei dem kugelförmige Körnchen eingesetzt werden, möglich, Reibmaterial mit hoher Dichte herzustellen.
Beim Vorgang des Herstellens der Sekundär-Körnchen kann eine Reihe von Vorgängen, die das Mischen, das Granulieren und das Zerkleinern von Rohmaterial einschließen, mit ein und demselben Mischer ausgeführt werden. Dementsprechend sind keine zusätzlichen Vorrichtungen erforderlich, und die Kosten steigen nicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Flussdiagramm, das einen Herstellungsvorgang der vorliegenden Erfindung zum Herstellen von Körnchen aus Rohmaterial darstellt, die zum Herstellen von Reibmaterial eingesetzt werden;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die ein Modell des Herstellungsvorgangs der vorliegenden Erfindung zum Herstellen von Körnchen aus Rohmaterial darstellt, die zum Herstellen von Reibmaterial eingesetzt werden; und
Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Sekundär-Körnchens, das in Fig. 2 dargestellt ist.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Bezüglich der Körnchen aus Rohmaterial zum Herstellen von Reibmaterial der vorliegenden Erfindung, d. h., bezüglich der Sekundär-Körnchen, werden die Details unter Bezugnahme auf das Herstellungsverfahren erläutert.
Die Primär-Körnchen werden, wie in dem Flussdiagramm in Fig. 1 dargestellt, zunächst vor dem Herstellen der Sekundär-Körnchen hergestellt. Diese Primär-Körnchen können mit dem herkömmlichen Granulierverfahren wie folgt hergestellt werden. Rohmaterial- Fasern, Rohmaterial-Pulver und Bindemittel werden gemessen, so dass sie in einem vorgegebenen Verhältnis vorhanden sind. Die Rohmaterial-Fasern, das Rohmaterial- Pulver und das Bindemittel, die so gemessen wurden, werden in einen Mischer gefüllt, so dass sie gleichmäßig miteinander vermischt werden können. Damit ist das Aus gangs-Rohmaterial erzeugt. Anschließend wird dem Ausgangs-Rohmaterial eine geeignete Menge Wasser zugesetzt. Dann wird das Ausgangs-Rohmaterial gerollt. Auf diese Weise können die Primär-Körnchen hergestellt werden.
Die Betriebsbedingungen beim Mischen und Granulieren unterscheiden sich je nach dem einzusetzenden Mischer und einer Menge des Ausgangs-Rohmaterials voneinander. So wird beispielsweise ein Ruhr-Mischer eingesetzt, der einen Mischbehälter hat, dessen Fassungsvermögen 10 Liter beträgt. 2 kg Ausgangs-Material werden in den Mischbehälter gefüllt, und Drehflügel werden 1 bis 5 Minuten lang mit 100 bis 1000 U/min gedreht. So kann Ausgangs-Rohmaterial in einheitlicher Menge hergestellt werden. Nachdem dem Ausgangs-Rohmaterial Wasser zugesetzt worden ist, wird es 1 bis 10 Minuten lang mit 10 bis 1000 U/min gerollt. Mit dem oben beschriebenen Vorgang ist es möglich, Primär-Körnchen herzustellen, deren Durchmesser ungefähr 5 bis 40 mm beträgt.
Rohmaterial-Fasern werden herkömmlicherweise für Reibmaterial eingesetzt. Beispiele für einsetzbare Fasermaterialien sind Metallfasern, die aus Stahl, Kupfer und Messing bestehen, anorganische Fasern, wie beispielsweise Kohlefasern, Glasfasern und Keramikfasern aus Kaliumtitanat, sowie organische Fasern, wie beispielsweise Aramid- Fasern und feuerbeständige Acryl-Fasern.
Rohmaterial-Pulver werden herkömmlicherweise für Reibmaterial eingesetzt. Beispiele für einsetzbare Rohmaterial-Pulver sind Reibungs-Modifikationsmittel, die Reibteilchen, wie beispielsweise Kaschugummi-Staub und Latex-Staub, Metallteilchen, wie beispielsweise Kupfer, Schwefel, Aluminium und Zink oder Metalloxid, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Siliziumoxid und Zirkonoxid, festes Schmiermittel, wie beispielsweise Graphit oder Molybdendisulfid, schuppenförmige Substanzen, wie beispielsweise Vermiculit und Glimmer, und Füllstoffe, wie beispielsweise Bariumsulfat und Kalziumkarbonat, enthalten.
Bindemittel werden herkömmlicherweise für Reibmaterial eingesetzt. Beispiele für einsetzbare Bindemittel sind Bindemittel, die aus wärmehärtbarem Harz, wie beispielsweise Phenolharz (einschließlich geradkettiges (nichtmodifiziertes) Phenolharz und mit Latex modifiziertes Phenolharz oder dergleichen), Melamin-Harz, Epoxyd-Harz und Cyanat ester-Harz bestehen. Diese Bindemittel können entweder fest (pulverförmig) oder flüssig sein.
Ein Mischverhältnis der oben stehenden Rohmaterial-Fasern, des Rohmaterial-Pulvers und des Bindemittels ist nicht speziell auf einen bestimmten Wert eingeschränkt. Es wird entsprechend der Zusammensetzung eines gewünschten Reibmaterials ausgewählt.
Das Primärkörnchen 1, das durch das Granulieren erzeugt wird, ist, wie in Fig. 2 dargestellt, kugelförmig. Der größte Teil der Rohmaterial-Fasern ist in dem Primär-Körnchen 1 eingeschlossen. Keine Rohmaterial-Faser erstreckt sich in der Oberfläche aus dem Primär-Körnchen 1 nach außen.
Dann werden die Primär-Körnchen 1 mit dem gleichen Mischer zerkleinert und in die Sekundär-Körnchen 2 verwandelt. Was das Zerkleinerungsverfahren angeht, so können verschiedene Verfahren eingesetzt werden. Es ist einfach und wirkungsvoll, ein Verfahren einzusetzen, bei dem die Rollgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit der Drehflügel der Vorrichtung) gegenüber dem Granulieren der Primär-Körnchen 1 erhöht wird, so dass die Primär-Körnchen miteinander kollidieren können. Als Alternative dazu ist es einfach und wirkungsvoll, ein anderes Verfahren einzusetzen, bei dem die Primär-Körnchen 1 mit den Drehflügeln geschnitten und gebrochen werden, deren Profile so geformt sind, dass sie scharf sind. Das heißt, bei dem oben erwähnten Mischer wird die Drehgeschwindigkeit der Drehflügel auf 300 bis 2000 U/min erhöht, und der Mischvorgang wird 0,1 bis 5 Minuten lang ausgeführt.
Das so erzeugte Sekundär-Körnchen 2 setzt sich, wie in der vergrößerten Ansicht in Fig. 3 dargestellt, wie folgt zusammen. Es weist eine Vielzahl von scharfen Vorsprüngen auf, die mit den Winkeln α und β in der Zeichnung angedeutet sind, und des Weiteren erstreckt sich eine große Anzahl Rohmaterial-Fasern von der Oberfläche des Sekundär- Körnchens nach außen. Das Profil und die Größe der Sekundär-Körnchen unterscheiden sich.
Dabei kann das Granulieren und Zerkleinern der Primär-Körnchen mit ein und demselben Mischer ausgeführt werden. Daher ist es nicht notwendig, eine neue Herstellungsvorrichtung bereitzustellen, so dass die Herstellungskosten nicht steigen.
Es ist möglich, Reibmaterial aus dem Ausgangs-Rohmaterial der oben erwähnten Sekundär-Körnchen 2 herzustellen. Der Herstellungsvorgang wird im Folgenden beschrieben.
Zunächst werden die Sekundär-Körnchen 2 in die Form gefüllt. Dabei können sich die Profile der Sekundär-Körnchen 2 ändern, und die Größen unterscheiden sich. Dadurch ist es möglich, die Sekundär-Körnchen 2 mit hoher Dichte fest in die Form zu füllen. Dann wird ein Vor-Formvorgang an den Sekundär-Körnchen 2 bei Raumtemperatur ausgeführt, so dass eine Vorform des Reibmaterials entsteht.
Danach wird eine Druckplatte an der Form angebracht, und das Wärmeformen wird durchgeführt. In diesem Fall werden die Sekundär-Körnchen 2, da sie eine große Anzahl scharfer Vorsprünge aufweisen, im anfänglichen Stadium des Warmformens leicht gebrochen und miteinander vermischt. Daher wird das Rohmaterial des Reibmaterials gleichmäßig in der Form verteilt. Gleichzeitig können die Rohmaterial-Fasern, da sie frei liegen, leicht miteinander verwirrt werden. Daher ist es möglich, einheitliches Reibmaterial mit hoher mechanischer Festigkeit herzustellen.
Nach dem Warmformen werden Nachhärten und Endbearbeitung durchgeführt, um das Reibmaterial fertig zu stellen.
Es bestehen keinen speziellen Einschränkungen hinsichtlich der oben erwähnten Bedingungen bei der Reihe von Vorgängen. Es ist möglich, ein übliches Verfahren auszuführen, so kann beispielsweise Vorformen mit dem Oberflächendruck von 100 bis 500 kgf/cm² ausgeführt werden, und Warmformen kann mit dem Oberflächendruck von 200 bis 1000 kgf/cm² 3 bis 15 Minuten lang bei 130 bis 180ºC ausgeführt werden, und das Nachhärten kann 1 bis 15 Stunden lang bei 150 bis 300ºC ausgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf ein Beispiel der vorliegenden Erfindung und gleichzeitiger Bezugnahme auf ein Vergleichsbeispiel wird die vorliegende Erfindung detaillierter erläutert, es ist jedoch anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das spezielle Beispiel beschränkt ist.
Bei diesem Beispiel enthielt Rohmaterial-Pulver 5 Gew.-% Graphit, 20 Gew.-% Bariumsulfat, 30 Gew.-% Kalziumkarbonat und 15 Gew.-% Reibteilchen (gemischt aus Kaschugummi-Staub und Melamin-Staub). Bei den 20 Gew.-% Rohmaterial-Fasern handelt es sich um ein Gemisch, das aromatische Polyamid-Faser, Kupfer-Faser und Glasfaser enthielt. Bei dem Bindemittel handelte es sich um 10 Gew.-% Phenolharz. 2 kg Ausgangs-Rohmaterial, das das oben erwähnte Rohmaterial-Pulver, 20 Gew.-% der Rohmaterial-Faser und 10 Gew.-% des Phenolharzes enthielt, wurde in einen Hochgeschwindigkeits-Rührmischer gefüllt, wobei das Fassungsvermögen des Mischbehälters desselben 10 Liter betrug, und 7 Minuten lang bei der Drehgeschwindigkeit von 450 U/min der Drehflügel gemischt.
Dann wurde eine geeignete Menge an Wasser in den Mischbehälter gefüllt, und die Drehflügel wurden 3 Minuten lang bei 80 U/min gedreht, so dass die Primär-Körnchen hergestellt wurden. Bei diesen Primär-Körnchen handelte es sich um Kugeln, in denen Rohmaterial-Fasern enthalten waren.
Anschließend wurde die Drehgeschwindigkeit der Drehflügel auf 800 U/min erhöht, und der Vorgang wurde 2 Minuten lang fortgesetzt, so dass die Sekundär-Körnchen hergestellt wurden. Das Aussehen der Sekundär-Körnchen ist in der schematischen Darstellung in Fig. 3 zu sehen. Wie in der Zeichnung dargestellt, wies das Sekundär-Körnchen eine große Anzahl scharfer Vorsprünge auf, und Rohmaterial-Fasern lagen an der Oberfläche des Sekundär-Körnchens frei.
Die so hergestellten Sekundär-Körnchen wurden in eine Heißpresse gefüllt und 10 Minuten lang mit einem Oberflächendruck von 500 kgf/cm² bei 150ºC warmgeformt. Dann wurde das so geformte Erzeugnis 3 Stunden lang bei 200ºC Nachhärtbehandlung unterzogen, so dass Reibmaterial A entstand.
Um einen Vergleich zu haben, wurden die erwähnten Primär-Körnchen der gleichen Behandlung unterzogen, so dass das Reibmaterial B entstand.
Die Reibmaterialien A und B, die auf die oben beschriebene Weise hergestellt wurden, wurden einem Biegetest und Komponentenanalyse unterzogen. Bei dem Biegetest war Reibmaterial A Reibmaterial B überlegen. Die Komponentenanalyse wurde so ausge führt, dass Teststücke von einer Vielzahl beliebiger Positionen jedes Reibmaterials entnommen und mit einem Mikroskop betrachtet wurden. Die Komponentenanalyse ergab, dass sowohl Rohmaterial-Fasern als auch Rohmaterial-Pulver in Reibmaterial A gleichmäßiger verteilt waren als in Reibmaterial B.
Mit den Ergebnissen des Biegetests und der Komponentenanalyse wurde bestätigt, dass Reibmaterial, das aus den Sekundär-Körnchen der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, überlegen war.
Wenn Reibmaterial aus den Sekundär-Körnchen hergestellt wird, ist es, wie oben erläutert, möglich, einheitliches Reibmaterial mit gleichmäßiger mechanischer Festigkeit herzustellen. Des Weiteren ist es, wenn die Sekundär-Körnchen hergestellt werden, nicht notwendig, eine spezielle Vorrichtung und einen speziellen Vorgang zum Herstellen einzusetzen. Dadurch können die Herstellungskosten verringert werden.

Claims

1. Körnchen aus Rohmaterial, das zum Herstellen eines Reibmaterials eingesetzt wird, die umfassen:

eine Rohmaterial-Faser;

ein Rohmaterial-Pulver; und

ein Bindemittel,

wobei die Rohmaterial-Faser an einer Oberfläche jedes der Körnchen aus Rohmaterial frei liegt, und wobei die Körnchen aus Rohmaterial hergestellt werden, indem ein Ausgangs-Rohmaterial, das die Rohmaterial-Faser, das Rohmaterial-Pulver und das Bindemittel umfasst, granuliert wird, um Primär-Körnchen herzustellen, und die Primär-Körnchen zerkleinert werden, um die entstehenden Körnchen aus Rohmaterial zu erzeugen.

2. Körnchen aus Rohmaterial, das zum Herstellen von Reibmaterial eingesetzt wird, nach Anspruch 1, wobei jedes der Körnchen eine Vielzahl von Vorsprüngen mit spitzen Winkeln aufweist.

3. Verfahren zum Herstellen von Körnchen nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfasst:

Mischen einer Rohmaterial-Faser, eines Rohmaterial-Pulvers und eines Bindemittels, um ein Ausgangs-Rohmaterial zu erzeugen;

Rollen des Ausgangs-Rohmaterials, um das Ausgangs-Rohmaterial zu granulieren und so Primär-Körnchen zu erzeugen; und

Zerkleinern der Primär-Körnchen, um die entstehenden Körnchen aus Rohmaterial zum Herstellen des Reibmaterials zu erzeugen.

4. Verfahren zum Herstellen von Körnchen aus Rohmaterial nach Anspruch 3, das des Weiteren den Schritt des Zusetzens von Wasser bei dem Schritt des Rollens umfasst.

5. Verfahren zum Herstellen von Körnchen aus Rohmaterial nach Anspruch 3, wobei alle Schritt kontinuierlich in einem Mischer ausgeführt werden.