DK146274B - Apparat til fremstilling af friktionselementer - Google Patents

Description

09) DANMARK VJj!

(«i FREMLÆGGELSESSKRIFT od 146274 B

DIREKTORATET FOR PATENT- 06 VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Patentansøgning nr.: 0236/73 (51) IntCI.3: B29G 1/00 (22) Indleveringsdag: 16 jan 1973 (41) Aim. tilgængelig: 18 jul 1973 (44) Fremlagt: 22 aug 1983 (86) International ansøgning nr.: -(30) Prioritet: 17 jan 1972 US 218313 (71) Ansøger: *ABEX CORPORATION; New York, US.

(72) Opfinder: Richard H. ‘Gilbert; US, Arvon M. ‘Griffith; US.

(74) Fuldmægtig: Patentbureauet Hofman-Bang & Boutard (54) Apparat til fremstilling af friktionselementer

Opfindelsen angår et apparat af den i krav l’s indledning angivne art.

Der kendes et blandingsmateriale til fremstilling af bremsesko med lav friktion til skinnekøretøjer. Dette blandingsmateriale indeholder 12 - 30 vægtprocent støbejernpartikler, 20 - 55 vægtprocent grafitpartikler, 8-17 vægtprocent asbestfibre, 14 - 24 vægtprocent termohærdende phenolformaldehyd-harpiks og op til 30 vægtprocent af en blanding af friktionen modificerende stoffer såsom barytter, aluminiumoxider, koks m.m. En forholdsvis stor andel af asbestfibre DO På op til 35 - 50 vægtprocent er også karakteristisk for bremsebe- lægninger til automobile vejkøretøjer.

N

CM

(O

t— * □ 2 148274

Til fremstilling af sådanne friktionselementer anvendes en trykstøbe-tekhik, ved hvilken blandingsmaterialet efter bestanddelenes homogene sammenblanding fyldes i et formhulrum og i flere timer ved høj temperatur og under et betydeligt tryk hærdes delvis. Herved sammentrykkes blandingen, hvorefter hærdningen af det delvis hærdede, støbte produkt afsluttes ved, at dette i 10 timer eller mere udsættes for en temperatur på ca. 180° eller mere.

Man har foreslået at undgå de store omkostninger ved den traditionelle fremstilling af friktionselementer efter den beskrevne kendte trykstøbemetode, dvs. ved samtidig anvendelse af højt tryk og høj temperatur derved, at man ved stuetemperatur først sammentrykker en praktisk væskefri såkaldt tør blanding til tilvejebringelse af et støbeemne med den ønskede partikeltæthed, og dernæst lader formstof-bindemidlet varmehærde uden for støbeformen, hvorved man undgår den bekostelige samtidige anvendelse af varme og højt tryk. Teoretisk skulle dette princip være anvendeligt, men erfaringen i praksis har vist, at man ikke med sikkerhed har kunnet opnå et sammenhængende bremsematerialelegerne med den ønskede endelige tæthed, idet de pressede legemer er tilbøjelige til at falde fra hinanden, selv når bin-'demidlet er klæbrigt.

Den foreliggende opfindelse tager derfor sigte på at presse et opløsningsmiddelfrit, tørt, meget fnugget og løst materiale ved stuetemperatur til opnåelse af et bremseelémentemne med den endelige tæthed i en enkelt presseoperation, dvs. ved hurtig fremføring af et pressestempel, og dernæst at udføre hærdeoperationen uden for presseformen og uden anvendelse af tryk. Dette opnås ved et apparat af den angivne art og med de i krav l’s kendetegnende del angivne ejendommeligheder. Ved disse opnås nemlig, at selv et bremseelement-materiale med en forholdsvis stor andel af asbest i tør tilstand kan presses til et legeme med den endelige tæthed uden risiko for, at legemet falder fra hinanden ved udtagning fra formen eller senere inden hærdningen, og denne virkning opnås ved, at luften mellem materialets partikler under presseoperationen hurtigt kan slippe ud af materialet. Den foreliggende opfindelse er baseret på den erkendelse, at fremstillingen af friktionselementlegemer i to trin, nem- 3 146274 lig sammenpresningstrinnet og varmehærdetrinnet ud fra et tørt udgangsmateriale kun er praktikabel, såfremt apparaturet til presning af materialeblandingen kan indrettes således, at al luft fra mellemrummene mellem ma terialepartiklerne praktisk taget frit kan strømme bort fra det hulrum, i hvilket materialeblandingen sammenpresses. Dette opnås netop ved det i det nye hovedkravs kendetegnende del angivne.

I næsten 10 år har man beskæftiget sig med problemet, hvorledes man kan fremstille friktionselementer ud fra et hovedsageligt tørt blandingsmateriale indeholdende et termohærdende formstkfbindemid-del i praktisk taget tør tilstand uden at skulle anvende varme og tryk samtidigt til at bringe bindemidlet til at hærde.

Man har søgt at løse dette problem ved i et blandekammer at underkaste friktionsmaterialeblandingen indeholdende bindemidlet en så kraftig mekanisk påvirkning, at bindemidlet under indvirkning af den indre friktion mellem materialets partikler overføres i en delvis smeltet, plastisk og klæbrig men langtfra hærdet tilstand. Den heraf resulterende blanding var stadig hovedsageligt opløsningsmiddelfri, idet dog bindemidlet var tilstrækkeligt blødgjort til, at en afmålt mængde af blandingen i en støbeform kunne sammenpresses til friktionselementets endelige tæthed, idet det således pressede legeme skulle hænge sammen og legemets tæthed skulle bevares under legemets fjernelse fra støbeformen til trods for, at bindemidlet endnu ikke var hærdet.

Det pressede friktionsmateriale skulle således kunne overføres til en ovn og i denne holdes på en høj temperatur, indtil det termohærdende formstof var overført fra den bløde tilstand til sin hærdede usmeltelige tilstand. I dette øjemed har man sammenpresset den tørre blanding uden samtidig anvendelse af varme og hærdet det således pressede legeme uden anvendelse af tryk, bortset fra et eventuelt lavt tryk til at forhindre kastning. Man har som nævnt imidlertid måttet konstatere, at på denne måde pressede friktionselementemner var tilbøjelige til at brække itu inden hærdningen.

4 146274

Der er flere restriktive faktorer, som begrænser antallet af mulige foranstaltninger til at opnå den tilstræbte løsning. Først og fremmest ønsker man at undgå samtidig anvendelse af tryk og varme til hærdning af plastbindemidlet ved fremstilling af friktionselementer, idet tryk og varme ønskes anvendt successivt til tilvejebringelse af et produkt, hvis væsentlige egenskaber (friktionskoefficient, slidstyrke, modstandsdygtighed overfor slagpåvirkninger etc.) svarer til egenskaberne af et tilsvarende produkt fremstillet ved samtidig anvendelse af tryk og varme. Desuden skal metoden med separat anvendelse af tryk og varme være velegnet for et blandingsmateriale med varierende tæthed og indeholdende en betydelig andel asbest samt op til .80 % luft. En blanding af denne type er angivet i det efterfølgende eksempel angående et foretrukket blandingsmateriale til fremstilling af en bremsebakke til et skinnekøretøj.

Der er udviklet en metode svarende til disse begrænsende kriterier. Forinden denne omtales nærmere i det følgende, skal beskrives en foretrukken materialekomposition ved fremstilling af en bremsesko til et skinnekøretøj. Fagfolk vil nemt kunne ændre denne komposition med,henblik på fremstilling af bremsebelægninger til vejkøretøjer eller endog koblingsskivebelægninger af en lignende tør blanding.

I så tilfælde skal blandingsmaterialet indeholde en større andel asbest og eventuelt i stedet for støbejernpartikler messingspåner.

Den nøjagtige sammensætning af det blandingsmateriale, der skal presses i apparatet ifølge opfindelsen, vil variere i afhængighed af friktionselementets tilsigtede funktion, dvs. om friktionselementet skal have form af en bremsebelægning til et vejkøretøj, en bremsesko til et skinnekøretøj, en koblingsskive eller lignende. Friktionen og slidegenskaberne vil være vidt forskellige alt efter brugen, og friktionsegenskabeme samt slidstyrken bestemmes ved tilpasning eller variation af blandingsmaterialets bestanddele. Det materiale, der skal være velegnet til presning i apparatet ifølge opfindelsen, skal dog under alle omstændigheder indeholde mindst 5 vægtprocent asbest og som bindemiddel et termohærdende formstof. Formstoffets nøjagtige kemiske beskaffenhed er ikke kritisk, da bindemidlet kan modificeres på mangfoldig måde med henblik på hårdhed.

5 146274

Der anvendes dog fortrinsvis novolak eller en to-trins varmhærdelig phenolformaldehydharpiks, skønt en et-trins varmhærdelig phenol-formaldehydharpiks eller en blanding af disse to slags harpikser også kan anvendes. En skinnekøretøjsbremsesko kan f.eks. fremstilles af et materiale ifølge følgende eksempel:

EKSEMPEL

Bestanddele Vægtprocent- Foretrukken området vægtprocent pheno1formaldehyd- harpiks (novolak) 14 - 24 24 støbejernpartikler (+ 120 mesh) 12 - 30 17,5 ?rafitpartikler -60, + 325 mesh) 20 - 55 21 asbestfibre 8-17 8,8 friktionsmodifikato-rer (baryter eller aluminiumoxider, 95% - 325 mesh; koks, - 20 mesh) 0-30 29

Novolakken er varmehærdelig (hærdning ved hjælp af hexamethylen-tetramin, herefter "hexa") til en varmehærdet tilstand.

I det følgende forklares opfindelsen nærmere ved hjælp af tegningen, hvor fig. 1 skematisk og i snit viser en udførelsesform for apparatet · ifølge opfindelsen, fig. 1 A perspektivisk et til apparatet hørende pressestempel, fig. 1 B stemplet set fra neden, og fig. 2 et snit gennem en i apparatet ifølge opfindelsen fremstillet bremsesko til et skinnekøretøj.

6 146274

Det i eksemplet angivne blandingsmateriales bestanddele sammenblandes homogent i tør tilstand. En afmålt mængde 10, jfr. fig. 1, af materialeblandingen anbringes oven på en i et hulrum i en presseform 15 passende jernplade 12, hvis form svarer til formen af den øvre flade på en fast bunddel 13 i presseformen, der tillige har sidevægge 15. På pladen 12's mod blandingsmaterialet vendende øvre flade kan påføres et ved varme aktiverbart adhæsionsmiddel til at fremme vedhængningen mellem friktionsblandingen 10 og pladen 12. I de fleste tilfælde sikres den nødvendige vedhængning mellem blandingen og pladen ved hjælp af åbninger 12A i pladen, i hvilke blandingsmateriale trænger ind under presseoperationen.

Dernæst sammenpresses det tørre blandingsmateriale 10 i formen ved hjælp af et i formen passende og formhulrummets topvæg dannende pressestempel 20 til tilvejebringelse af et pressematerialelegeme af samme form som den færdige bremseskos ønskede endelige form. Bremseskoen er vist i fig. 2 og betegnet med 30. Det anvendte ende-lige maximale pressetryk er af størrelsesordenen 3700 kg/cm og bringes til ophør, så snart det er opnået og blandingsmaterialet er sammenpresset til sin endelige tæthed, der svarer til 85 - 90 % af den teoretisk mulige største tæthed.

Dernæst trækkes pressestemplet 20 ud af formen, hvorefter den af den sammenpressede friktionsblok 10A og af pladen 12 bestående bremsesko 30, fig. 2, fjernes fra formhulrummet. Formen og det færdige produkt kan selvfølgelig være udformet på anden måde end vist på tegningen.

Den i fig. 2 viste enhed overføres dernæst til en ovn, i hvilken den varmebehandles i tilnærmelsesvis 10 timer, i hvilke temperaturen øges gradvis fra tilnærmelsesvis 150° C til ca. 230° C. Under denne varmebehandling er det pressede materiale udsat for et svagt tryk af

O

størrelsesordenen 1,5 kg/cm . Dette tryk skal blot forhindre, at det pressede legeme falder fra hinanden, inden bindemidlet er færdighær-det. Efter de nævnte 10 timer påvirkes materialet i omtrent yderligere 6 timer med den sidstnævnte temperatur på 230° C, hvorved phe-nolformaldehydbindemidlets hærdning fuldføres. Phenolbindemidlet i eksemplet er en novolak indeholdende ca. 6 % af en accelerator, så- 146274 7 som nhexa" til fremskyndelse af hærdningen. Der kan dog også anvendes en i ét trin hærdelig phenolformaldehyd-harpiks eller en kombination af denne harpiks med en novolak af den angivne art. Bindemidlets største og væsentlige bestanddel skal dog være en kendt, varme-hærdelig phenolformaldehyd-harpiks af den art, der hidtil er blevet anvendt ved fremstilling af friktionselementer.

I en af formhulrummets afgrænsningsvægge findes passager til at lette uddrivningen af luften mellem friktionsmaterialets partikler under presseoperationen, hvorved sammenpresningsoperationens varighed kan afkortes ganske væsentligt, så at trykformeapparatets ydelse kan øges. Disse passager, hvorigennem den mellem det oprindeligt kun løst. pakkede friktionsmateriales partikler indesluttede forholdsvis store mængde luft hurtigere kan slippe ud under indvirkning af pressetrykket, er fortrinsvis notformede passager 32, fig. 1A og IB, i pressestemplet 20's sideflader og endeflader. Disse noter strækker sig fra den mod pressematerialet anliggende stempelflade til stemplets modsatte flade. Gennem passagerne kan indesluttet luft slippe ud i det fri. Mellem friktionsmaterialet i presseformen og stemplet er indskudt filterelementer 34, der forhindrer, at der sammen med den undslippende luft trænger materialepartikler ind i noterne 32 og tilstopper disse. Filterelementerne består af en perforeret metalplade, der er placeret øverst, dvs. nærmest stemplet 20, og som ligger an mod stemplets konvekst nedad mod formhulrummet krummende trykflade. Denne filterplade har forholdsvis store perfora-tioner 34A som vist foroven til højre i fig. 1. Under filterelementet 34 er anbragt et yderligere filterelement 35, og mellem dette og friktionsmaterialet findes en papirfolie 36. Filterelementet 35 har perforationer 35A, der er væsentligt mindre end filterelementet 34's perforationer 34A. Papirfolien er porøs. De to filterplader kan være fastgjort til stemplets trykflade.

Papirfolien har åbninger, gennem hvilke luften kan passere, men som er så små, at partikler fra friktionsmaterialet 10 tilbageholdes, så at sådanne materialepartikler ikke kan tilstoppe perforationerne i filterelementerne 35 og 34. Som papirfolie anvendes fortrinsvis en kraftpapirfolie.

8 146274

Filterelementet 35 tjener til at støtte papirfolien og forhindre, at papirstykker løsrives og tilstopper de forholdsvis store per-forationer i det øverste filterelement 34.

Efter presseoperationen trækkes stemplet ud af formen, hvorefter presselegemet overføres til den i det foregående omtalte ovn. I de fleste tilfælde vil papirfolien hænge fast i det pressede friktionslegeme 10A. Dette har dog ingen betydning, fordi papirfolien forbrændes under hærdningen.

Pressestemplet 20 ligger under presseoperationen tæt an mod presseformens sidevægge 15.

Ved fremstilling af bremsesko til skinnekøretøjer svarer friktionselementmaterialets tæthed i materialets oprindelige tørre, løst pakkede tilstand til 0,35 - 0,40 g pr. cnr*, medens materialets tæthed i færdigpresset tilstand svarer til 1,90 - 2,20 g pr. cm^. Differencen mellem disse to værdier er et mål for sammenpresningsgraden, der opnås ved anvendelse af et pressetryk af størrelsesordenen 3300 - 3750 kg/cm^.

Til fremstilling af bremsebelægninger til vejkøretøjer har friktionsmaterialet i oprindelig løst pakket tilstand en tæthed på mellem 0,24 og 0,29 g/cm^ og en endelig tæthed efter presseoperationen på mellem 1,90 og 2,20 g/cm^. I dette tilfælde arbejdes der med et préssetryk på mellem 3000 og 3750 kg/cm2.