ES2874545T3 - Procedimiento para la producción de pastillas de freno, procedimiento para el acortamiento del tiempo de secado de una capa de pegamento aplicada sobre un disco de freno para una pastilla de freno - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la producción de una pastilla de freno, revistiéndose un disco de freno con un pegamento basado en agua o disolvente en un lado orientado a un forro de fricción y secándose la capa de pegamento mediante calentamiento inductivo del disco de freno a una temperatura deseada, caracterizado por que el calentamiento inductivo del disco de freno se efectúa antes de la aplicación de pegamento.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para la producción de pastillas de freno, procedimiento para el acortamiento del tiempo de secado de una capa de pegamento aplicada sobre un disco de freno para una pastilla de freno

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de pastillas de freno, en especial de pastillas de freno de disco, que está caracterizado, entre otras cosas, por un paso de pegado o secado especial. En la producción de pastillas de freno, que comprenden un disco de freno generalmente metálico (en este caso denominado también placa de disco de freno) y el verdadero forro de fricción, según el estado de la técnica, el forro de fricción se pega frecuentemente con el disco de freno. En otros procedimientos, el forro de fricción se sinteriza sobre el disco de freno o se une a este mecánicamente. Para el citado pegado se emplean pegamentos basados en disolventes tanto hidrosolubles como también orgánicos. En cualquier caso, se debe eliminar el disolvente antes de poder emplear el pegamento correctamente; es decir, antes de que el verdadero forro de fricción se pueda prensar con la superficie revestida con pegamento del disco de freno.

Según el estado de la técnica, un disco de freno se reviste con pegamento a temperatura ambiente. En el caso de los métodos de revestimiento empleados se trata habitualmente de aplicación con rodillo, pulverización o procedimientos de serigrafía. A continuación, se seca la capa de pegamento por medio de aire caliente o mediante radiación IR, o bien se evapora el disolvente para poder prensar la superficie del disco de freno tratada de este modo con el forro de fricción (“Facts about Friction” de Geoffrey Nicholson, Retina Theme, Copyright 2018). En este caso, en el estado de la técnica y para los fines de la presente invención, el concepto secado comprende la evaporación de disolventes acuosos u orgánicos a partir del pegamento o su paso del estado líquido al estado sólido. Esta transición se denomina también gelificación, endurecimiento completo o secado completo.

En el proceso de revestimiento y secado se deben considerar diferentes reglas y normas, que se refieren tanto al pegamento empleado como también a la realización técnica de los pasos de procedimiento individuales.

A modo de ejemplo cítense aquí:

La norma DIN 55945: barnices y pinturas - expresiones técnicas y definiciones de sustancias de revestimiento y revestimientos, así como la norma DIN EN 971-1, la norma DIN En ISO 4618-2 y la norma DIN EN ISO 4618-3 (DIN = Deutsches Institut für Normung, BGG = Berufsgenossenschaftliche Grundsátze).

Para pegamentos que contienen disolventes se debían considerar también las reglas de protección ante explosiones (EX-RL), o bien (BGR 104) y el cálculo técnico de ventilación de secadores de cámara y continuos, BGG 909 (todas las reglas y normas citadas en la versión válida en el momento de prioridad de esta solicitud). El citado proceso de secado es dependiente de una variedad de parámetros. Debido a la conductividad térmica determinada de este modo, peso y material del disco de freno son de gran importancia. Los discos de freno se fabrican en metal y presentan diferencias de peso muy grandes en función del fin de empleo, por ejemplo discos de freno para bicicletas con un peso de 50 gramos hasta placas soporte fundidas para camiones con aproximadamente 2,5 kg de peso. Tamaño y peso influyen correspondientemente sobre el comportamiento de secado de la capa de pegamento aplicada. Además, son significativas, por ejemplo, la proporción de cuerpo sólido del pegamento, su comportamiento de evaporación, que puede variar claramente entre diferentes tipos de pegamento, y el grosor de capa necesario del pegamento. Asimismo, algunos de los pegamentos de resina fenólica empleados frecuentemente en el estado de la técnica requieren una condensación previa de la resina fenólica para poder obtener una adherencia, o bien adhesión optima de los sustratos placa de disco de freno y forro de fricción, o bien material de fricción. A tal efecto, la policondensación de la resina fenólica se efectúa parcialmente ya durante el secado del pegamento, y a continuación se detiene de nuevo mediante enfriamiento rápido del pegamento aplicado.

En la realidad operacional de un productor de pastillas de freno, los discos de freno se recogen de un almacén industrial, con lo cual la temperatura de almacenamiento, y de este modo la temperatura objeto de los discos de freno, puede oscilar según la estación del año, por ejemplo entre 15 y 35 °C. Durante el secado convencional del pegamento sobre la superficie del disco de freno con aire calentado o radiación IR, sobre la superficie del pegamento se forma frecuentemente una película de pegamento ya desecado (el secado avanza desde fuera hacia dentro). De este modo se impide una evaporación ulterior, controlada y uniforme de los componentes de pegamento volátiles a partir de las capas situadas por debajo.

Finalmente se debe considerar que entre el forro de fricción y la superficie de disco de freno, por ejemplo por motivos de aislamiento acústico, puede estar presente una capa intermedia de un tercer material. Según emparejamiento de materiales puede ser conveniente un secado de la respectiva capa de pegamento, o bien capas de pegamento (disco de freno/capa intermedia y capa intermedia/forro de fricción) a diferentes temperaturas. Las diferencias de temperatura necesarias se sitúan frecuentemente en un intervalo muy limitado, de aproximadamente /- 3 °C, referido a la temperatura objeto del disco de freno. El mantenimiento de estas diferencias de temperatura llega rápidamente a sus límites en el caso del secado convencional descrito, y resulta al menos un proceso que requiere mucho tiempo.

Todas las explicaciones precedentes se consideran igualmente para pegamentos tanto basados en agua como también basados en disolvente.

En el estado de la técnica se proponen, entre otros, los siguientes procedimientos para la producción de pastillas de freno.

El documento JP 2005 140256 A se refiere a la producción de pastillas de freno, revistiéndose el disco de freno con un pegamento y calentándose mediante calentamiento a alta frecuencia tras el revestimiento, y secándose de este modo el pegamento aplicado.

El documento JP 5 135 151 B2 se refiere a la producción de pastillas de freno de disco, pegándose los forros de fricción igualmente con la placa de disco de freno. El pegamento aplicado sobre la placa soporte se seca llevándose la placa de disco de freno con el pegamento a la temperatura deseada mediante inducción electromagnética o mediante calentamiento convencional.

El documento DE 19532230 A1 describe un procedimiento para el pegado de un forro de fricción a un soporte de pastilla de freno. A tal efecto, la placa de disco de freno se sumerge en un baño de pegamento y a continuación se seca en un horno el pegamento aplicado.

En el caso de pastillas de freno se trata de componentes de seguridad en la construcción de vehículos, cuya fabricación y diseño técnico requieren un cuidado especial. El revestimiento de pegamento como enlace entre masa de fricción, disco de freno y capa intermedia presente eventualmente es de importancia especial en este caso. Sin embargo, las pastillas de freno se deben poder fabricar al mismo tiempo en un procedimiento rentable, en el que no se tengan que aceptar, por ejemplo, pérdidas debidas a tiempos largos de cambio de producto. Por lo tanto, era tarea de la presente invención poner a disposición un procedimiento para la unión de disco de freno, forro de fricción y capa intermedia presente eventualmente (procedimiento para la producción de una pastilla de freno), en el que no se produjeran, o se produjeran al menos en un alcance claramente reducido, los inconvenientes descritos y conocidos por el estado de la técnica.

La tarea según la invención se soluciona mediante un procedimiento para la producción de pastillas de freno o mediante un procedimiento para el pegado de forros de fricción con un disco de freno/placa de disco de freno, con o sin una capa intermedia situada entre forro de fricción y disco de freno a partir de un material apropiado, que está caracterizado en especial por un calentamiento inductivo del disco de freno.

El proceso según la invención se puede estructurar en principio en 3-4 fases o zonas, que no transcurren forzosamente en el orden a)-d):

a) Calentamiento inductivo del disco de freno,

b) A continuación, una zona de compensación de temperatura, que es opcional.

c) Revestimiento del disco de freno con un pegamento (basado en agua o disolvente) y

d) Una zona de evaporación siguiente.

Según la invención, el calentamiento inductivo del disco de freno se efectúa antes del revestimiento de la placa soporte con el pegamento.

A ambos procesos es común que el revestimiento se calienta partiendo del disco de freno. De este modo no se puede formar una película sobre la superficie de pegamento, que podría impedir el proceso de evaporación y favorecer la formación o la permanencia de humedad residual en un revestimiento aparentemente seco y una formación de burbujas en la capa de pegamento.

Como se representa en el esquema a)-d), corresponde a la invención el calentamiento inductivo previo de la placa soporte antes de la aplicación del pegamento. El procedimiento según la invención es apropiado para pegamentos tanto basados en agua como también basados en disolvente, siendo preferentes pegamentos basados en agua, ya que estos no requieren medidas de protección ante explosión adicionales.

En el calentamiento de metales por medio de inducción se genera una corriente turbulenta en la pieza de trabajo a calentar. La transferencia de energía al metal/disco de freno se efectúa por medio de un inductor, o bien una bobina. Estos inductores y bobinas se dan en casi cualquier realización, en la mayor parte de los casos se adaptan a las respectivas piezas de trabajo y se fabrican en estas. Ya que, en el caso de calentamiento por inducción, la energía se induce directamente en la pieza de trabajo, el calor se produce exclusivamente en la pieza de trabajo y no se debe transmitir, como en otros métodos, mediante conducción, radiación térmica o convección.

Las bases físicas de un calentamiento inductivo son bastante conocidas y se reúnen aquí brevemente:

1. Si una corriente alterna recorre un conductor eléctrico, alrededor de este se forma un campo magnético alterno de la misma frecuencia.

2. Si se introduce un segundo conductor eléctrico en este campo magnético, por ejemplo un disco de freno de metal, se induce en este una tensión de la misma frecuencia. Esta tensión genera en el segundo conductor una corriente que está desfasada en 180° respecto a la corriente en el primer conductor. 3. La resistencia óhmica R en el segundo conductor, aquí un disco de freno a modo de ejemplo, correspondientemente a la ley de Joule, conduce a que en este se produzca una cantidad de calor Q con una corriente S durante un tiempo t:

Q = S2 x R x t

Para que la energía inducida se concentre en lo posible en el segundo conductor, el primer conductor se fabrica generalmente en cobre de alta calidad con la menor resistencia óhmica R posible. En la aplicación práctica, este primer conductor se denomina habitualmente inductor. El calentamiento del disco de freno se puede efectuar, por ejemplo, en un horno de inducción (secador inductivo), que puede representar a su vez una parte de la línea de proceso total para la producción de una pastilla de freno. Según el estado de la técnica, estas son generalmente instalaciones o dispositivos con una bobina abierta montada en un lado o con un inductor, a través de cuyo campo magnético alterno se conducen los objetos a calentar -aquí: placas de disco de freno-.

La característica esencial de un proceso de secado inductivo consiste en que el sustrato (aquí: disco de freno de metal), como se ha descrito, se calienta desde dentro en el sentido de la ley de Joule. En comparación con un secado convencional, por ejemplo con ayuda de aire calentado, no existe peligro de una formación de película sobre el pegamento o barniz, que podría impedir la evaporación/el secado. Correspondientemente, como han mostrado los ensayos, el tiempo de secado necesario se puede acortar en alcance considerable debido al calentamiento directo del sustrato.

Ejemplos:

En el caso de pegamentos basados en disolvente - por ejemplo, de actualmente 18,5 min. a 3,5 min.

En el caso de pegamentos basados en agua - por ejemplo, de actualmente 18,5 min. a 2,5 min.

En este caso es irrelevante si un calentamiento inductivo del sustrato (disco de freno) se efectúa antes o después del revestimiento. Según la invención, el disco de freno se calienta a la temperatura de secado recomendada por el fabricante de pegamento antes del revestimiento con el pegamento.

En general se considera que los tiempos de proceso para el paso de secado se pueden acortar al menos en 50% frente a procedimientos convencionales del estado de la técnica.

El pegamento se puede aplicar sobre el disco de freno con métodos de revestimiento habituales, como por ejemplo pulverización, aplicación con rodillo o en serigrafía. Preferentemente se emplea la pulverización. En este caso, con ayuda de robots y el ajuste conforme a lo prescrito entre técnica de pulverización y pegamento seleccionado se minimiza la pulverización excesiva de pegamento, de modo que se puede prescindir de una recuperación. De ello resulta una reducción ecológica de la cantidad de pegamento requerida.

El control, o bien la supervisión de la temperatura del disco de freno calentado por inducción se efectúa ventajosamente con ayuda de cámaras termográficas.

El secado según la invención de la capa de pegamento con una placa de disco de freno precalentada por inducción ofrece una variedad de ventajas frente a los procedimientos del estado de la técnica conocidos.

La temperatura (temperatura de partida) de la placa de disco de freno en estado de entrega no tiene influencia sobre la calidad del producto. Independientemente de influencias estacionales, la placa de disco de freno se precalienta siempre a la temperatura objeto (idéntica) necesaria para el secado óptimo en función del pegamento empleado. En el caso de un pegamento basado en agua, este es generalmente un intervalo de temperaturas de 60 a 65 °C.

En el procedimiento según la invención se eliminan también influencias de diferentes materiales empleados para la placa soporte, como por ejemplo acero o fundición gris, así como influencias de placas de disco de freno de diferente tamaño y peso sobre el calentamiento. Es decir, siempre se presenta la temperatura de secado óptima recomendada por el fabricante, que se puede mantener constante sin más durante el tiempo de secado asimismo recomendado. En este caso, el concepto secado comprende la evaporación de disolventes acuosos u orgánicos a partir del pegamento, así como su transición de estado líquido a sólido. Esta transición se denomina también gelificación, endurecimiento completo o secado completo.

El pegamento aplicado (emulsión, dispersión, disolución) se seca completamente sobre el disco de freno desde abajo (partiendo de la superficie del disco de freno) hacia arriba. La reproducibilidad del resultado de secado se mejora considerablemente de este modo. Se suprime de manera fiable la formación de película o burbujas de pegamento que se observa en el caso de secado convencional con aire caliente o radiación IR y que es desventajosa.

Ya que el inductor (por ejemplo, bobina, bobina plana o espiras individuales de un conductor eléctrico) casi no se calienta en sí mismo, sino solo las placas de disco de freno guiadas por encima con una instalación de transporte, es posible un ajuste de las temperaturas de secado en un tiempo muy corto (por ejemplo, en ciclo de minutos). Además, también se mejora claramente la constancia de temperatura en el procedimiento según la invención frente a procedimientos de secado convencionales del estado de la técnica (por ejemplo, secador de aire circulante convencional). Esto se considera también para placas de disco de freno de vehículos de pasajeros y su gran variedad en forma, material y temperaturas de secado. De este modo se pueden suprimir los tiempos de inactividad, aún habituales actualmente, para el calentamiento o el enfriamiento de un secador de aire circulante convencional.

Del mismo modo, la demanda de energía en el calentamiento de discos de freno por medio de inducción se sitúa aproximadamente 50-70% por debajo de los valores habituales actualmente, por ejemplo para hornos de aire circulante. Asimismo, se garantiza una seguridad de proceso elevada; si el flujo de producción de placas de disco de freno se interrumpe, el inductor se desconecta fácilmente.

Además, los inductores también son convenientemente apropiados para el empleo en zonas de explosión. En este caso es muy ventajoso el espacio de vapor relativamente reducido de un secador inductivo. De este modo se puede garantizar el número requerido de cambios de aire necesarios con volúmenes de aire de escape claramente menores. En este sentido, el procedimiento de secado inductivo según la invención ofrece ventajas adicionales en el caso de empleo de pegamentos basados en disolvente.

Según la invención, la aplicación de pegamento se efectúa preferentemente mediante pulverización (pegamento de pulverización) bajo empleo de tecnología robótica. El revestimiento se efectúa en ajuste a la superficie a revestir de la respectiva placa de disco de freno. De este modo se asegura una gran minimización de la pulverización excesiva, de modo que se puede prescindir de una recuperación (de pegamento) bajo puntos de vista tanto medioambientales como también económicos.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la producción de una pastilla de freno, revistiéndose un disco de freno con un pegamento basado en agua o disolvente en un lado orientado a un forro de fricción y secándose la capa de pegamento mediante calentamiento inductivo del disco de freno a una temperatura deseada, caracterizado por que el calentamiento inductivo del disco de freno se efectúa antes de la aplicación de pegamento.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la aplicación de pegamento se efectúa mediante aplicación con rodillo, pulverización o mediante serigrafía.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la temperatura de secado deseada del disco de freno se supervisa con una cámara termográfica.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que a una línea de calefacción para el calentamiento inductivo del disco de freno sigue una zona de compensación de temperatura y a una zona de revestimiento sigue una zona de evaporación.

5. Procedimiento para el acortamiento del tiempo de secado de una capa de pegamento aplicada sobre un disco de freno para una pastilla de freno y a secar, caracterizado por que se efectúa un calentamiento inductivo del disco de freno a una temperatura de secado necesaria antes de la aplicación de pegamento.

6. Empleo de placas de disco de freno calentadas por inducción para la producción de pastillas de freno, empleo caracterizado por un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4.