JP2016510692A - プレス工具および摩擦ライニングの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー効率的に作動するプレス工具を提供する。【解決手段】型枠とスタンプとミラープレートとを含む、摩擦ライニングの製造用のプレス工具であって、前記スタンプと前記ミラープレートは別個の加熱プレートを有し、当該加熱プレートは、プレス工程の間、プレス材料と接触し、前記スタンプの加熱プレートの上には付加的にプロフィールプレートを取り付けることができ、当該プロフィールプレートが、前記プレス工程の間、前記プレス材料と接触する。【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦ライニングおよびブレーキライニングの製造装置および製造方法に関する。

支持プレート（摩擦ライニング支持体）とその上に配置された摩擦ライニングとを有するブレーキライニングは、種々の領域で、とりわけ自動車工業およびここでは殊に貨物自動車および自家用車で使用されており、したがって相応に多量の個数が製造される。ここでは種々の形式の支持プレートおよび摩擦ライニングが使用され、これらはその大きさ、形状、厚さおよび使用される材料の点で大きく異なっている。なぜなら殆どの車両形式が異なるブレーキライニングを有するからである。

支持プレートは、通常、金属部材、薄板部材または鋳造部材である。摩擦ライニングは、粒状、繊維状、および／または顆粒状の成形可能なプレス材料（Pressgut）から作製される。通常のライニング材料（ないし塊、Belagmassen）は、金属、充填材、潤滑剤および減摩剤、並びに例えば樹脂、ゴム、有機繊維および有機充填材のような有機構成成分を含む。ライニング組成は、種々の構造的パラメータおよび動作メータ並びに望ましい摩擦値の観点で適合される。使用される合成樹脂またはフェノール樹脂は、プレス工程および／または摩擦ライニングの後での硬化の際に、摩擦ライニング混合物を強化し架橋するための結合剤として用いられる。

摩擦ライニングおよびブレーキライニングの製造は、基本的に以下の方法にしたがい行われる。

ａ） 所定量のプレスすべき摩擦ライニング混合物がプレス型に充填され、支持プレートが前記プレス型の上に載置される。次にプレス機が閉鎖される。すなわち加熱された金属プレート（以下、ミラープレートと称する）が、当該ミラープレートと加熱されたプレススタンプ（Pressstempel）との間に所要のプレス圧を形成することができる形態で支持プレートの上に載置される。その後、プレス材料がプレススタンプまたはピストンを用い、高められた圧力と高められた温度の作用の下で支持プレートによりプレスされる。その際に支持プレートは特別の表面特性を有することができる。このことは、支持プレートと本来の摩擦ライニングとの間のさらに改善された結合を可能にする。付加的に支持プレートに専用接着剤またはいわゆるボンディングが施与される。このことも同様に、支持プレートと本来の摩擦ライニングとの間の強固な結合、ひいては機械的に負荷可能な安定したブレーキライニングを保証する。

使用される結合剤、通常樹脂は、処理工程での温度上昇の際に溶融し、ライニング混合物のその他の構成成分を、均質で固化（fest）した密な摩擦ライニング材料へと付着させ、（化学的に）架橋する。

ｂ）先ずいわゆる予プレス品（Vorpressling）が形成される。これは基本的に上記ａ）に記載したように、しかしプレス型の上に支持プレートを載置せずに行われる。摩擦材料が、プレス型（単数ないし複数）内で、大量生産では加熱されたミラープレートと加熱されたプレススタンプとの間で圧縮される。プレスが行われた後、このようにして形成された予プレス品がプレス型から取り出され、続いて後続の工程または第２の工程で、ライニング支持体（支持プレート）の上にプレスされる。上記ａ）での支持プレートの表面特性に関する記載およびボンディングの使用は、この予プレス品のプレスに対しても相応に当てはまる。

上記方法の変形例では、プレス型、スタンプおよびミラープレートが電気的に加熱される。上記ａ）の変形例では、プレス型に装填または載置された支持プレートが、同様に加熱手段を有する、例えば金属ブロックの切欠部内に配置される。これにより支持プレートが間接的に加熱される。

上記ａ）の方法が特許文献１に詳細に記載されており、特に図１と２および第３段と第４段の対応する変形の説明により分かり易く示されている。当該公開公報の開示はここにおいて明示的に参照として取り入れ、その内容も本明細書の構成部分とする。

前記公開公報には、多層に構成されたスタンププレートが記載されている。スタンププレートのプレス側には、通常の圧縮プレートが配置されている。この圧縮プレートは、軸平行の孔部を有し、したがって摩擦ライニング混合物のプレス工程中に発生するガスおよび蒸気に対して透過性である。この圧縮プレート上には多孔性材料の層が配置されており、この層は外側に向けられており、後で摩擦ライニング混合物と接触する。この材料は狭い貫通孔（複数）を有しており、これを通って蒸気状およびガス状の物質は圧縮プレート側に向かって漏出することができる。細孔（複数）は一方では、小さなプレス材料粒子でも留められるように狭く寸法設定されている。

ＤＥ１９９５３４３８Ａ１

上記のように従来技術の方法では、プレス型、スタンプ、ミラープレートおよび型枠に装填ないし載置された支持プレートが直接または間接的に、通常は加熱カートリッジ（Heizpatronen）および／または加熱ベルトを介して電気的に加熱される。このことは、加熱される面上の温度変動が４０℃にまでなり得るという欠点を有する。プレス工具の前記部分はスチール製であるから、蓄積されたエネルギーにより摩擦材料ないしプレス材料混合物をプレス工程の前とプレス工程中に加熱するためには大量の金属を加熱しなければならない。このシステムはとにかく非常に緩慢であり、制御において２０秒のデッドタイムが稀ではない。使用される加熱手段の構造形式、構造形式に起因する温度測定、および所要の温度制御に関してのシステム全体の慣性に起因して、例えばスタンプないしスタンププレートの面上で一定の温度が保証されない。

さらに前記プレス方法およびプレス工具は、エネルギー効率よく作動しない。なぜなら、摩擦材料の加熱に使用されるエネルギーが、プレス工具の種々の部分に対して使用されているスチールの加熱によって最終的に規定される全体エネルギー消費と比較して小さいからである。

したがって本発明の基礎とする課題は、前記従来技術の欠点を十分に回避するプレス方法およびプレス工具またはプレス装置を提供することである。

この課題は、１つのプレス型または型枠、１つのスタンプ、および１つのミラープレートを、１つまたは複数の型枠に対する底部または載置面として有するプレス工具内で、摩擦ライニング混合物を、摩擦ライニングを成形しながら圧縮する摩擦ライニングの製造方法であって、前記プレス工具の前記スタンプおよびミラープレートが加熱プレートにより加熱される、ないし加熱プレートを有する、製造方法によって解決される。

対応のプレス工具ないしプレス装置も同様に本発明の対象である。

スタンプおよびミラープレートは、それぞれ１つの、好ましくはセラミック製の、加熱プレートにより加熱される。この加熱プレートは、ミラープレートおよびスタンプ（正確にはスタンププレート）上にプレス側で取り付けられており、電気的に加熱され、ミラープレートおよびスタンププレートの金属に対して、好ましくは電気的および／または熱的に絶縁されている。この絶縁は、例えばセラミックプレート自体によって、または圧縮方向でセラミック製加熱プレートの下方にある付加的なセラミック製中間プレートによって行われる。電気端子は、好ましくは軸平行にプレス品とは反対の方向に、目下形成された加熱システムへとアナログで延在する。ミラープレートおよびスタンププレート上にあるこの加熱プレートは、プレス工程の間、プレスすべき摩擦材料と直接接触する。

加熱面または加熱プレートの機械的（圧縮）および電気的特性（加熱電力ないし出力、表面温度）の構成は、製造すべき摩擦ライニングに適合することができる。これらの摩擦ライニングは、例えば使用される摩擦材料混合物、それらの密度、およびそれらの製造に必要な処理パラメータに関して互いに格段に異なっていて良い。

一般的に摩擦ライニング混合物（プレス材料）は、７０〜２００℃、好ましくは８０〜１４０℃でプレスされる。プレス工程は、５０から２５０ｓ、好ましくは７０〜１４０ｓのサイクルで実施することができる。プレス圧は、通常、１５Ｎ／ｍｍ^２〜４０Ｎ／ｍｍ^２の間である。

本発明の加熱プレートおよびその構成の好ましい形態は、以下のように表示される。

本発明の加熱プレートの厚さは、好ましくは３ｍｍから１０ｍｍの間である。本発明の加熱プレートに対する可能な材料は、例えば窒化ケイ素であるが、他の全てのセラミック加熱体／材料も使用することができる。加熱電力は、好ましくは１００Ｗから１００００Ｗの間である。加熱プレートは本発明によれば、複数の個別のセラミック加熱素子から組み立てることができる。約２０００ＭＰａの圧縮強さおよび約３００ＧＰａの弾性率、並びに機械的摩耗に対する非常に高い安定性、および約１０００℃までの実質的に無視できる固有変形（Eigenverformung）は、本発明のセラミック加熱素子のさらなる利点を示す。これに加えて、約１５０Ｗ／ｃｍ^２までの表面出力、非常に短い加熱時間が生じ、そこからデッドタイムのない高速で正確な制御が行われ、小さな余熱（Nachwaerme）および小さな熱質量が制御挙動にさらにポジティブに影響する。

スタンプないしスタンププレートのプレス側にあるセラミック製加熱プレートも多孔性の材料から作製することができる。この多孔性の材料を通ってプレス工程で発生するガスおよび蒸気が漏出することができ、しかしプレス材料粒子は漏出しない。ガスおよび蒸気は、例えば後続のスタンププレートにある開口部を通してプレス工具から放出することができる。本発明の加熱プレートを備えないこのような装置は、例えば特許文献１の図１と２に示されている。第３段と第４段、特に第３段、１５〜４０行を参照のこと。

本発明のプレス工具では、プレス型自体を同様に例えば電気的に加熱することができる。このことは有利であり得るが、しかし全ての場合で必須ではない。

本発明の方法およびそこで使用される本発明のプレス工具の利点は多種多様である。

このシステムは、例えば冷えた摩擦材料混合物をプレス工具に取り込むことにより発生する温度変動に対して非常に高速に応答することができ、所望の処理温度を保証することができる（プレス箇所（Pressnest）における温度恒常性の最適化）。加熱される面上での温度差は最小であり、数度しかない。さらにプレス処理自体を短縮することができる。なぜなら、摩擦材料をより高速にかつ均等に所望の処理温度にもたらすことができるからであり、これにより同時に一定の製造品質も保証され、バッチの失敗が回避される。この側面は、とりわけコスト的観点での工業的大量生産に対して非常に重要である。

図１は、スタンプ台２、絶縁プレート３、および電気端子５を備える加熱プレート４を備える本発明のプレススタンプ１の可能な一実施形態を示す。

前記スタンプ台の上には（ここに図示しない金属製の）スタンププレートまたは圧縮プレートを配置することができる。

同様の構成がミラープレートに対しても可能である。その場合、スタンプ台は（金属製の）ミラープレートにより置換される。

本発明のさらなる有利な一実施形態では、プレススタンプの別個の加熱プレート上に、いわゆるプロフィールプレート（前記加熱プレートと基本的に同じ大きさであり、同じ厚さである、Profilplatte）を取り付けることができる。この場合、このプロフィールプレートは、プレス工程中にプレス材料と直接接触する。この場合、プロフィールプレートは、図１ではスタンプ台２とは反対側の加熱プレート４の表面上に配置される。

プロフィールプレートは、好ましくはセラミック製加熱プレートを介してスタンプ台と簡単に結合することができる。固定は、例えば加熱プレートに穴部を取り付けることにより実現することができ、プロフィールプレートをスタンプ台にネジ留めすることができる。これにより加熱プレートは、スタンプ台２ないし場合により存在する絶縁プレート３とプロフィールプレートとの間に取り付けられる。

好ましくはセラミック製加熱プレート上でのプロフィールプレートの固定は、第一に、例えば加熱プレートのこのようにして形成された予荷重による加熱プレートでの曲げ応力および剪断応力をプレス工程中に回避するために用いられる。プレススタンプ上に取り付けられた、とりわけセラミック製加熱プレートの機械的負荷が、これにより格段に低減される。さらに例えばプレス型の幾何形状変化が小さい場合、場合によってはセラミック製加熱プレートの幾何形状を相応に変化（適合）することを省略することができ、その場合は加熱のための電気端子を有しないプロフィールプレートだけが相応に適合される。したがってこのようなプロフィールプレートを本発明により使用することによって、プレス装置のコストおよび停止時間を付加的に最小にすることができる。

本発明のプロフィールプレートは、前記プレス工具に対して適する材料から作製される。好ましくはスチール、とりわけ硬度の高いスチールが、例えば窒化プロフィールプレートの形で使用される。このようなプロフィールプレート鋼の摩耗耐性に基づき、相応に設けられたプレススタンプの使用時間も格段に延長することができる。

さらにプロフィールプレートの例えばクロムメッキにより、または一般的な表面処理により、スチールの基本硬度が適切に高い場合には、プレス面でのプレス材料の付着を十分に阻止することができる。

プロフィールプレートの厚さは、好ましくは加熱プレートの厚さの範囲内にあり、とりわけプロフィールプレートは２から１０ｍｍの厚さを有する。

本発明のさらなる有利な一実施形態では、ミラープレート上にある、好ましくはセラミック製加熱プレート上にも付加的にプロフィールプレートを取り付けることができる。プロフィールプレートに関する前記実施形態は、プレススタンプの加熱プレートにも相応に適用される。

プロフィールプレートを、プレススタンプおよび／またはミラープレート上の（セラミック製）加熱プレートを覆うために使用することは、このプロフィールプレートがプレス工程中にプレス材料と直接接触する場合、プレス工具の機械的安定性を高め、ひいてはその使用可能時間を延長する。本発明のプレス工具および方法のその他の利点においてそれに伴う、加熱プレートがプレス工程の際にプレス材料と直接接触する本発明の一構成と比較した（僅かな）損失は、プロフィールプレートを使用する際の前記付加的な利点と比較して考慮すべきである。しかし加熱プレートおよびプロフィールプレートの適切な選択により、プロフィールプレートを使用する場合でも、システムが本発明によりさらに、例えば温度変動に対して高速に応答し、間接的に加熱可能な面（プロフィールプレート）上での温度差が十分に小さいことを保証することができる。これにより従来技術と比較して、プレス工程を短縮することができ、プレス材料がより高速かつ均等に所望の処理温度にもたらされ、これにより一定の製造品質が保証される。

本発明の特徴は、技術的に意味のある何れの観点においても、本発明の目的を促進するために任意に組み合わせることができる。

１ プレススタンプ
２ スタンプ台
３ 絶縁プレート
４ 加熱プレート
５ 電気端子

本発明は、プレス工具および摩擦ライニングの製造方法に関する。

ＤＥ１９９５３４３８Ａ１ ＵＳ２００６／２７２７６２Ａ１ ＵＳ５，０７３，０９９Ａ ＤＥ１０２０１００３１４２１Ａ１

この課題は、１つのプレス型または型枠、１つのスタンプ、および１つのミラープレートを、１つまたは複数の型枠に対する底部または載置面として有するプレス工具内で、摩擦ライニング混合物を、摩擦ライニングを成形しながら圧縮する摩擦ライニングの製造方法であって、前記プレス工具の前記スタンプおよびミラープレートが加熱プレートにより加熱される、ないし加熱プレートを有する、製造方法によって解決される。
本発明の第１の視点によれば、型枠とスタンプとミラープレートとを含む、摩擦ライニングの製造用のプレス工具であって、前記スタンプと前記ミラープレートは別個の加熱プレートを有し、当該加熱プレートは、プレス工程の間、プレス材料と接触し、前記スタンプの加熱プレートの上には付加的にプロフィールプレートを取り付けることができ、当該プロフィールプレートが、前記プレス工程の間、前記プレス材料と接触する、プレス工具が提供される。
本発明の第２の視点によれば、プレス材料がプレス工具に充填され、該プレス工具は、型枠とスタンプとミラープレートを有する、摩擦ライニングの製造方法であって、プレス工具が使用される製造方法が提供される。

対応のプレス工具ないしプレス装置も同様に本発明の対象である。
本発明によれば以下の形態が可能である。
（形態１）型枠とスタンプとミラープレートとを含む、摩擦ライニングの製造用のプレス工具であって、前記スタンプと前記ミラープレートは別個の加熱プレートを有し、当該加熱プレートは、プレス工程の間、プレス材料と接触し、前記スタンプの加熱プレートの上には付加的にプロフィールプレートを取り付けることができ、当該プロフィールプレートが、前記プレス工程の間、前記プレス材料と接触する、プレス工具が提供される。
（形態２）前記加熱プレートは、前記スタンプおよび前記ミラープレートに対して熱的および／または電気的に絶縁されていることが好ましい。
（形態３）前記加熱プレートは、セラミック材料から作製されていることが好ましい。
（形態４）セラミック材料として窒化ケイ素が使用されることが好ましい。
（形態５）前記加熱プレートは、３から１０ｍｍの間の厚さを有することが好ましい。
（形態６）前記加熱プレートは、１００から１００００Ｗの間の加熱電力を有することが好ましい。
（形態７）前記加熱プレートは、１５０Ｗ／ｃｍ ^２ までの表面出力を有することが好ましい。
（形態８）前記スタンプ上の前記加熱プレートと前記プロフィールプレートは、ガスまたは蒸気透過性であることが好ましい。
（形態９）プレス材料がプレス工具に充填され、該プレス工具は、型枠とスタンプとミラープレートを有する、摩擦ライニングの製造方法であって、プレス工具が使用される製造方法が提供される。
（形態１０）プレス工具の、摩擦ライニング製造のための使用が提供される。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照番号はもっぱら理解を助けるためであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

Claims (10)

1. 型枠とスタンプとミラープレートとを含む、摩擦ライニングの製造用のプレス工具であって、
   前記スタンプと前記ミラープレートは別個の加熱プレートを有し、当該加熱プレートは、プレス工程の間、プレス材料と接触し、前記スタンプの加熱プレートの上には付加的にプロフィールプレートを取り付けることができ、当該プロフィールプレートが、前記プレス工程の間、前記プレス材料と接触する、プレス工具。
2. 前記加熱プレートは、前記スタンプおよび前記ミラープレートに対して熱的および／または電気的に絶縁されている、ことを特徴とする請求項１に記載のプレス工具。
3. 前記加熱プレートは、セラミック材料から作製されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のプレス工具。
4. セラミック材料として窒化ケイ素が使用される、請求項３に記載のプレス工具。
5. 前記加熱プレートは、３から１０ｍｍの間の厚さを有する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のプレス工具。
6. 前記加熱プレートは、１００から１００００Ｗの間の加熱電力を有する、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のプレス工具。
7. 前記加熱プレートは、１５０Ｗ／ｃｍ^２までの表面出力を有する、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のプレス工具。
8. 前記スタンプ上の前記加熱プレートと前記プロフィールプレートは、ガスまたは蒸気透過性である、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のプレス工具。
9. プレス材料がプレス工具に充填され、該プレス工具は、型枠とスタンプとミラープレートを有する、摩擦ライニングの製造方法であって、請求項１から８のいずれか一項に記載のプレス工具が使用されることを特徴とする製造方法。
10. 請求項１から８のいずれか一項に記載のプレス工具の、摩擦ライニング製造のための使用。

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