EP2203660A2 - Reibbelag sowie verschleissfestes bauteil - Google Patents

Reibbelag sowie verschleissfestes bauteil

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EP2203660A2
EP2203660A2 EP08801290A EP08801290A EP2203660A2 EP 2203660 A2 EP2203660 A2 EP 2203660A2 EP 08801290 A EP08801290 A EP 08801290A EP 08801290 A EP08801290 A EP 08801290A EP 2203660 A2 EP2203660 A2 EP 2203660A2
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EP
European Patent Office
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friction lining
friction
component
wear
resistant
Prior art date
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Application number
EP08801290A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tim-Florian Gerbing
Frank Steinhauer
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG
LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
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Publication date
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/025—Compositions based on an organic binder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y10T428/249922—Embodying intertwined or helical component[s]

Definitions

  • the invention relates to a friction lining and a wear-resistant component.
  • components are used which have to withstand high demands both with regard to the friction load and with regard to the thermal load.
  • high demands for transportation applications in production plants, e.g. for transport rollers for conveying still hot or hot semi-finished products or products, often such high demands.
  • the invention has for its object to provide a high-temperature resistant friction lining and a wear-resistant component.
  • a high-temperature resistant friction lining comprising a matrix with a wear-resistant friction component embedded therein and with an additional component, wherein the additional component is designed such that it converts when energy is absorbed when a limit temperature is exceeded.
  • high temperature resistant is in this case understood in particular a friction lining, which is temperature-resistant at temperatures, especially above 150 0 C and is not thermally damaged.
  • the particular advantage of the friction lining is to be seen in the additional component, since it acts quasi cooling when a limit temperature is exceeded, since it extracts thermal energy from the environment.
  • the limit temperature is, for example, a defined temperature from which a chemical or else physical conversion of the additional component or of the additive due to the thermal energy is initiated.
  • the limit temperature may also be a temperature range, for example as in a chemical equilibrium reaction, in which shifts the equilibrium depending on the temperature.
  • the friction lining is preferably designed in the manner of a coating and applied to a base body. Alternatively, a solid body is formed by the friction lining, which also forms the wear-resistant component.
  • the additional component is designed such that it exceeds the limit temperature, an endothermic chemical reaction, Oein together.
  • an endothermic chemical reaction is, for example, the removal of partial components, such as, for example, water of crystallization.
  • the additional component can also be designed such that an endothermic physical phase transition takes place.
  • the additional component here is preferably a hydroxide, for example a metal hydroxide.
  • the hydroxides used are preferably aluminum hydroxide and / or magnesium hydroxide. In both cases, decomposition takes place at temperatures above a defined limit temperature to aluminum or magnesium oxide with elimination of water. For magnesium hydroxide, for example, this occurs at temperatures above about 35O 0 C. The thermal energy consumption in this decomposition, the friction lining is effectively cooled overall.
  • salts in particular inorganic salts or metal salts.
  • borates are used. Both aluminum hydroxide and magnesium hydroxide or the borates are agents that are also used as flame retardants.
  • the matrix in an expedient embodiment is a plastic matrix and in particular a thermosetting synthetic resin, preferably based on phenolic resin.
  • a wear-resistant fiber is provided as the friction component in an expedient embodiment.
  • this is a plastic fiber, such as an aramid fiber, in particular a so-called para-aramid fiber (p-aramid fiber).
  • PBO-fiber is the chemical name for p-phenylene-2,6-benzobisoxazo.
  • the particular advantage of PBO fiber is to be seen in their significantly higher heat resistance, for example, in comparison to the p-aramid fiber. It has a high resistance to heating, a high flame resistance and also improved mechanical properties over the p-aramid fiber. Overall, therefore, the PBO fiber is particularly suitable for a high temperature resistant and wear resistant friction lining. Especially in connection with the endothermic reacting additional component such a trained friction lining is of particular importance.
  • the fiber is preferably soaked in synthetic resin.
  • the single fiber is therefore each surrounded by synthetic resin.
  • fiber bundles or yarns are wound onto a metallic body.
  • Such a friction lining is expediently used for a transport component, in particular a transport roller.
  • the friction lining may in this case be applied as a coating to a main body of the component or alternatively also form an independent solid component.
  • the friction lining can be used in addition to transport components for components from other technical areas in other areas, such as friction linings such as braking devices, where high temperatures can occur during operation.
  • a wear-resistant component in particular a transport component and preferably a transport roller with such a friction lining.
  • the advantages and preferred embodiments cited with regard to the friction lining are to be transferred analogously to the component as well.
  • the single FIGURE shows by way of example a partially illustrated winding device for producing a transport roller.
  • a rotatable spindle 2 a here not closer to recognizable cylindrical base body is attached, which rotates during the winding process.
  • a feeder 4 a soaked in synthetic resin e PBO fiber strand 8 is supplied and wound onto the base body in the manner of a cross winding, so that on the base body, a friction lining 10 is formed.
  • the base body with the friction lining 10 applied thereon forms the transport roller 12.
  • the height of the friction lining is for example a few centimeters.
  • aluminum hydroxide and / or magnesium hydroxide is introduced in a manner not shown here as an additional component.
  • the proportion of these hydroxides in the entire friction lining is in the range of 18 to 48 vol .-%, and preferably at about 33 vol .-%.
  • a PBO fiber strand 8 is used, which consists of a plurality of, for example, twisted together or stranded individual PBO fibers.
  • Such a friction lining which in particular has the PBO fiber as a wear-resistant and high-temperature resistant friction component in combination and additionally as an additional component aluminum hydroxide and / or magnesium hydroxide, has a very good thermal resistance.
  • the transport roller has a temperature resistance of about up to 500 to 600 0 C. If the transport roller comes into contact with higher temperatures for a short time, this does not lead to damage to the friction lining 10. Rather, this is done by "activating" the additional component so that it cools its environment achieved the elimination of water.

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Abstract

Um einen verschleißfesten und hochtemperaturbeständigen Reibbelag (10) insbesondere für eine Transportrolle (12) auszubilden, weist dieser eine in einer Matrix (6) eingebettete verschleißfeste Reibkomponente (8) sowie eine Zusatzkomponente auf, wobei die Zusatzkomponente derart ausgebildet ist, dass sie bei Überschreiten einer Grenztemperatur unter Energieaufnahme umgewandelt wird. Durch die endotherme Reaktion tritt ein Kühleffekt auf, durch den der Reibbelag (10) geschützt wird. Als Reibkomponente (8) wird insbesondere eine so genannte PBO-Faser eingesetzt.

Description

Schaeffler KG Industriestr. 1 - 3, 91074 Herzogenaurach
Bezeichnung der Erfindung
Reibbelag sowie verschleißfestes Bauteil
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Reibbelag sowie ein verschleißfestes Bauteil.
In vielen technischen Bereichen finden Bauteile Einsatz, die sowohl im Hinblick auf die Reibbelastung als auch im Hinblick auf die thermische Belastung hohen Anforderungen standhalten müssen. So bestehen beispielsweise für Transportanwendungen in Produktionsanlagen, z.B. für Transportrollen zum Fördern von noch warmen oder heißen Halbzeugen oder Produkten, oftmals derartige hohe Anforderungen.
Neben einem metallischen Reibbelag für Transportmittel werden auch Reibbeläge auf Kunststoff-Basis vorgesehen, insbesondere zum Transport von Produkten/Halbzeugen, bei denen es auf eine hohe Oberflächengüte ankommt. Mit derartigen Kunststoff-Reibbelägen ist ein zerstörungs- und beschädigungsfreier Transport beispielsweise von Produkten der Aluminium- oder Glasindustrie gewährleistet. Zur Verbesserung der Reibeigenschaften können in den Kunst- Stoff verschleißfeste Reibkomponenten, wie beispielsweise Aramidfasern, eingebettet sein.
Allerdings besteht aufgrund einer hohen Temperaturbelastung beispielsweise durch das noch warme oder heiße Produkt die Gefahr einer thermischen Schädigung des Reibbelags.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hochtemperaturfesten Reibbelag sowie ein verschleißfestes Bauteil anzugeben.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen hochtemperaturfesten Reibbelag, umfassend eine Matrix mit einer darin eingebetteten verschleißfesten Reibkomponente sowie mit einer Zusatzkomponente, wobei die Zusatzkomponente derart ausgebildet ist, dass sie sich bei Überschreiten einer Grenz- temperatur unter Energieaufnahme umwandelt.
Unter „hochtemperaturfest" wird hierbei insbesondere ein Reibbelag verstanden, der bei Temperaturen insbesondere auch oberhalb von 1500C temperaturbeständig ist und nicht thermisch geschädigt wird.
Der besondere Vorteil des Reibbelags ist in der Zusatzkomponente zu sehen, da diese bei Überschreiten einer Grenztemperatur quasi kühlend wirkt, da sie der Umgebung thermische Energie entzieht. Die Grenztemperatur ist beispielsweise eine fest definierte Temperatur, ab der eine chemische oder auch physi- kaiische Umwandlung der Zusatzkomponente oder des Zusatzstoffes aufgrund der thermischen Energie initiiert wird. Die Grenztemperatur kann aber auch ein Temperaturbereich sein, beispielsweise wie bei einer chemischen Gleichgewichtsreaktion, bei der sich in Abhängigkeit von der Temperatur das Gleichgewicht verschiebt. Der Reibbelag ist vorzugsweise nach Art einer Beschichtung ausgebildet und auf einen Grundkörper aufgebracht. Alternativ hierzu wird durch den Reibbelag ein massiver Körper ausgebildet, der zugleich das verschleißfeste Bauteil bildet.
Zweckdienlicherweise ist die Zusatzkomponente derart ausgebildet, dass sie bei Überschreiten der Grenztemperatur eine endotherme chemische Reaktion ,Oeingeht. Eine derartige endotherme chemische Reaktion ist beispielsweise das Abspalten von Teilkomponenten, wie beispielsweise Kristallwasser. Alter- nativ zu der endothermen chemischen Reaktion kann die Zusatzkomponente auch derart ausgebildet sein, dass ein endothermer physikalischer Phasenübergang vonstatten geht.
Vorzugsweise ist die Zusatzkomponente hierbei ein Hydroxid, beispielsweise ein Metallhydroxid. Als Hydroxide werden bevorzugt Aluminiumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid eingesetzt. In beiden Fällen erfolgt bei Temperaturen oberhalb einer definierten Grenztemperatur eine Zersetzung zum Aluminium- bzw. Magnesiumoxid unter Abspaltung von Wasser. Bei Magnesiumhydroxid geschieht dies beispielsweise bei Temperaturen von oberhalb etwa 35O0C. Durch den thermischen Energieverbrauch bei dieser Zersetzung wird der Reibbelag insgesamt effektiv gekühlt.
Ein weiterer besonderer Vorteil bei der Verwendung von Aluminiumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid ist in deren hoher Oberfläche zu sehen. Dadurch können eventuell entstehende Verbrennungsprodukte wie beispielsweise Ruß durch Adsorption gebunden werden.
Alternativ zu der Verwendung von Hydroxiden können auch Salze, insbesondere anorganische Salze oder Metallsalze, eingesetzt werden. Beispielsweise werden Borate eingesetzt. Sowohl Aluminiumhydroxid wie auch Magnesiumhydroxid oder die Borate sind Mittel, die auch als Flammschutzmittel eingesetzt werden.
Um eine möglichst wenig abrasive Oberfläche des Reibbelags zu gewährleis- ten, ist die Matrix in einer zweckdienlichen Ausgestaltung eine Kunststoffmatrix und insbesondere ein duroplastisches Kunstharz, vorzugsweise auf Phenolharzbasis.
Zur Verbesserung der Reibbeständigkeit ist als Reibkomponente in zweckdien- licher Ausgestaltung eine verschleißfeste Faser vorgesehen. Vorzugsweise ist dies eine Kunststofffaser, wie beispielsweise eine Aramidfaser, insbesondere eine so genannte para-Aramidfaser (p-Aramidfaser).
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer so genannten PBO- Faser erwiesen, die vorzugsweise als verschleißfeste Faser eingesetzt wird. PBO ist hierbei die chemische Bezeichnung für p-Phenylen-2.6- Benzobisoxazo. Der besondere Vorteil der PBO-Faser ist in ihrer deutlich höheren Hitzebeständigkeit beispielsweise im Vergleich zu der p-Aramidfaser zu sehen. Sie weist eine hohe Widerstandsfähigkeit beim Erhitzen, einen hohen Flammenwiderstand sowie darüber hinaus auch verbesserte mechanische Eigenschaften gegenüber der p-Aramidfaser auf. Insgesamt eignet sich daher die PBO-Faser in besonders vorteilhafter Weise für einen hochtemperaturfesten und verschleißfesten Reibbelag. Insbesondere in Verbindung mit der endotherm reagierenden Zusatzkomponente ist ein derart ausgebildeter Reibbelag von besonderer Bedeutung.
Im Hinblick auf eine möglichst einfache Herstellung ist die Faser vorzugsweise in Kunstharz getränkt. Die einzelne Faser ist daher jeweils von Kunstharz umgeben. Zur Ausbildung des Reibbelags werden beispielsweise in Kunstharz getränkte Fasern, Faserbündel oder Garne auf einen metallischen Grundkörper aufgewickelt. Alternativ können auch Fasermatten, Netze oder einzelne nur wenige Millimeter oder Zentimeter lange Fasern in Kunstharz eingebettet werden.
Ein derartiger Reibbelag wird zweckdienlicherweise für ein Transportbauteil, insbesondere eine Transportrolle, eingesetzt. Der Reibbelag kann hierbei als Beschichtung auf einen Grundkörper des Bauteils aufgebracht sein oder alternativ auch ein eigenständiges massives Bauteil bilden.
Der Reibbelag kann neben Transportbauteilen auch für Bauteile aus anderen technischen Bereichen in anderen Bereichen, beispielsweise für Reibbeläge wie bei Bremseinrichtungen, eingesetzt werden, bei denen hohe Temperaturen im Betrieb entstehen können.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein verschleiß- festes Bauteil, insbesondere Transportbauteil und vorzugsweise Transportrolle mit einem derartigen Reibbelag. Die im Hinblick auf den Reibbelag angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Bauteil zu übertragen.
Die einzige Figur zeigt beispielhaft eine ausschnittsweise dargestellte Wicklungsvorrichtung zur Herstellung einer Transportrolle.
Auf einer rotierbaren Spindel 2 wird ein hier nicht näher zu erkennender walzenförmiger Grundkörper aufgesteckt, der während des Wickelvorgangs rotiert. Aus einer Zuführeinrichtung 4 wird ein in Kunstharz e getränkter PBO- Faserstrang 8 zugeführt und auf den Grundkörper nach Art einer Kreuzwicklung aufgewickelt, so dass auf dem Grundkörper ein Reibbelag 10 ausgebildet wird. Der Grundkörper mit dem darauf aufgebrachten Reibbelag 10 bildet die Transportrolle 12. Die Höhe des Reibbelags beträgt beispielsweise einige Zentimeter. In die Kunstharz-Matrix 6 ist in hier nicht näher dargestellter Weise als Zusatzkomponente Aluminiumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid eingebracht. Der Anteil dieser Hydroxide im gesamten Reibbelag (also der Anteil bezogen auf Kunstharz 6 und Faser 8) liegt im Bereich von 18 bis 48 Vol.-% und vor- zugsweise bei etwa 33 Vol.-%.
Im Ausführungsbeispiel wird ein PBO-Faserstrang 8 verwendet, der aus einer Vielzahl von beispielsweise miteinander verdrillten oder verseilten Einzel-PBO- Fasern besteht.
Ein derartiger Reibbelag, der insbesondere in Kombination die PBO-Faser als verschleißfeste und hochtemperaturbeständige Reibkomponente aufweist und ergänzend als Zusatzkomponente Aluminiumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid, weist eine sehr gute thermische Widerstandsfähigkeit auf. Insgesamt weist hierbei die Transportrolle eine Temperaturbeständigkeit von etwa bis zu 500 bis 6000C auf. Kommt die Transportrolle mit höheren Temperaturen kurzzeitig in Kontakt, so führt dies nicht zu einer Beschädigung des Reibbelags 10. Vielmehr erfolgt hierbei eine „Aktivierung" der Zusatzkomponente, so dass diese kühlend auf ihre Umgebung einwirkt. Dieser Kühleffekt wird bei Aluminium- hydroxid oder Magnesiumhydroxid durch die Abspaltung von Wasser erzielt.
Von besonderer Bedeutung bei diesem Reibbelag ist daher die Verwendung der Zusatzkomponente, und zwar allgemein eine Zusatzkomponente, die auf den Reibbelag kühlend wirkt, wenn eine bestimmte Temperatur oder ein be- stimmter Temperaturbereich erreicht oder überschritten wird. Liste der Bezugszahlen
Spindel Zuführeinrichtung Kunstharz Faserstrang Reibbelag Transportrolle

Claims

Schaeffler KG, Industriestraße 1 - 3, 91074 HerzogenaurachPatentansprüche
1. Reibbelag (10) umfassend eine Matrix (6) mit einer darin eingebetteten verschleißfesten Reibkomponente (8) sowie mit einer Zusatzkomponente, wobei die Zusatzkomponente derart ausgebildet ist, dass sie sich bei Über- schreiten einer Grenztemperatur unter Energieaufnahme umwandelt.
2. Reibbelag (10) nach Anspruch 1 , bei dem die Zusatzkomponente derart ausgebildet ist, dass sie bei Überschreiten der Grenztemperatur eine endotherme chemische Reaktion ein- geht.
3. Reibbelag (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zusatzkomponente ein Hydroxid ist.
4. Reibbelag (10) nach Anspruch 2, bei dem die Zusatzkomponente Aluminiumhydroxid und / oder Magnesiumhydroxid ist.
5. Reibbelag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Matrix (6) eine Kunststoffmatrix ist.
6. Reibbelag (10) nach Anspruch 5, bei dem die Matrix (6) ein duroplastischer Kunstharz ist.
7. Reibbelag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Reibkomponente eine verschleißfeste Faser (8) vorgesehen ist.
8. Reibbelag (10) nach Anspruch 7, bei dem als Faser (8) eine PBO-Faser eingesetzt ist.
9. Reibbelag (10) nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Faser (8) in Kunstharz (6) getränkt ist.
10. Reibbelag (10) nach einem der vorhergehender Ansprüche, der durch Wicklung ein oder mehrerer Fasern (8) ausgebildet ist.
11. Reibbelag (10) nach einem der vorhergehender Ansprüche, der auf einem Transportbauteil (12) aufgebracht ist oder dieses bildet.
12. Verschleißfestes Bauteil, insbesondere Transportrolle (12), mit einem Reibbelag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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