LU100767B1 - Process for producing a friction material, friction material produced thereby and its use - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Reibmaterials, aufweisend die Schritte; • Erhalten eines Trägermaterials • Aufbringen einer Reibschicht auf das Trägermaterial, wobei die Reibschicht mittels einer Drucktechnik und/oder mittels einer Gießtechnik von Matrixmaterial aufgebracht wird, wobei die Reibschicht nach dem Aufbringen und Aushärten eine definierte offen- oder geschlossenzelliger Porosität besitzt. Weiterhin betrifft die Erfindung die hierdurch hergestellten Reibmaterialien und dessen Verwendung.The invention relates to a method for producing a friction material, comprising the steps; • Obtaining a carrier material • Applying a friction layer to the carrier material, wherein the friction layer is applied by means of a printing technique and / or by means of a casting technique of matrix material, wherein the friction layer after application and curing has a defined open or closed-cell porosity. Furthermore, the invention relates to the friction materials produced thereby and its use.
Description
Verfahren zur Herstellung eines Reibmaterials, hierdurch hergestelltes Reibmaterial und dessen VerwendungProcess for producing a friction material, friction material produced thereby and its use
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren zur Herstellung eines Reibmaterials. hierdurch hergestelltes Reibmaterial und dessen Verwendung, insbesondere jedoch auf Reibbefäge und Reibschichten, insbesondere auf Synchronringen, Kupplungen, Reibkupplungen oder Getriebebauteilen mit definierter Porosität und ein 3D-Druckverfahren zu deren Herstellung.The invention relates generally to methods of making a friction material. friction material produced therefrom and its use, but in particular on friction mounts and friction layers, in particular on synchronizer rings, clutches, friction clutches or transmission components with defined porosity and a 3D printing process for their production.
Hintergrundbackground
Reibbeläge sind Bestandteil vieler mechanischer Bauteile, Sie werden z.B. in Getriebe, Bremsen. etc. für Fahrzeige oder fest installierte Analgen. z.B, in Fertigungseinrichtungen und der Robotik, genutzt.Friction linings are part of many mechanical components, they are e.g. in gears, brakes. etc. for Fahrzeige or permanently installed facilities. For example, used in manufacturing facilities and robotics.
Es ist bekanni. bei Vorrichtungen zur Erzeugung oder Übertragung von Reibung, wenigstens eine dieser Reibflächert mit einem Reibbelag zu versehen, um die Reibungskraft zwischen den beiden Flächen zu vergrößern.It is bekanni. in devices for generating or transmitting friction, to provide at least one of these friction surfaces with a friction lining to increase the frictional force between the two surfaces.
Stand derTechnikState of the art
Die herkömmlichen tribologischen Systeme besteben aus Bremsbelägen, die überwiegend mit Phenolharzen oder Sintermetallen gebundene Reibmittei enthalten, und einem Gegenmatenal, wie z.B, einer Scheibe aus Gusseisen, Stahl oder C/SiC (mit Kohlenstoftasern verstärkte Keramik).Conventional tribological systems are made of brake pads containing friction materials bonded predominantly with phenolic resins or sintered metals, and a countermould such as a cast iron, steel or C / SiC (carbon fiber reinforced ceramic) disc.
Die Beläge werden auf das sich relativ hierzu bewegende Gegenmateriaä gepresst. Dadurch wird das Drehmoment durch die Reibung zwischen aneinander gepressten Fiächen übertragen.The pads are pressed onto the relatively moving Gegenmateriaä. As a result, the torque is transmitted by the friction between pressed together surfaces.
Dabei unterscheidet man zwischen trockenlauienden und nasslaufenden Reibpaarungen.A distinction is made between dry-running and wet-running friction pairings.
Die trockenlaufenden Reibpaarungen werden angewendet. wenn die Reibflächen bei jeder Betätigung nur kurzzeitig aufeinander gleiten, oder ein hoher Verschleiß akzeptiert werden kann.The dry running friction pairings are used. when the friction surfaces slide on each actuation only briefly, or a high wear can be accepted.
Die nasslaufenden Reibpaarungen werden dagegen durch Flüssigkeii oder Schmierstoff gekühli, so dass sie weit geringer verschleißen.The wet-running friction pairings, on the other hand, are cooled by liquid or lubricant, so that they wear far less.
Derzeit werden dabei im Wesentlichen drei unterschiedliche Reibbelagssysteme eingesetzt: • Reibbeläge bestehend aus organischen. harzgebundenen Pulvern, die mit Abrasiven. Schmierstofferp Fasern und Mineralfasern gemischt sind. • Reibbeläge die vorzugsweise aus Metallen bestehen. Die Deutsche Offenlegungsschrifi DE 29 28 853 beschreibt die Herstellung von Synchronringen aus einem abrieb- und verschleißfesten Metall, wie z.B. Messing oder Bronze als Feingussteile. Im Allgemeinen werden auf diese Oberflächen die Reibbeläge aufgebracht. die als Pulver verpresst und gesintert werden oder bei erhöhten Temperaturen aufgespritzt werden, wie z.B. in der Deutschen Auslegeschrift 16 30 912 und der englischen Patentschrift GB 530 904 beschrieben. Aus der DE 42 39 441 A1 ist es zudem bekannt dichiereduzierte Reibmaterialien für Trockenkuppiungen mittels Pressverfahrens und thermischen Nachbehandlungsschritten herzustellen. • Reibbeläge die aus Papier, Fasern, Carbonfasergeweben- oder Gelegen bestehen und vorzugsweise im Bereich der Synchronringe und Kuppiungen Anwendung entsprechend der europäischen Patentanmeldung EP 1 6491 83 finden.Essentially, three different friction lining systems are currently used: • friction linings consisting of organic. resin-bound powders containing abrasives. Lubricant p fibers and mineral fibers are mixed. • friction linings which are preferably made of metals. German Offenlegungsschrifi DE 29 28 853 describes the manufacture of synchronizer rings from an abrasion and wear resistant metal such as e.g. Brass or bronze as precision castings. In general, the friction linings are applied to these surfaces. which are pressed and sintered as powders or sprayed at elevated temperatures, e.g. in German Auslegeschrift 16 30 912 and the English patent specification GB 530 904. From DE 42 39 441 A1 it is also known to produce denier-reduced friction materials for Trockenkuppiungen means of pressing process and thermal post-treatment steps. Friction linings consisting of paper, fibers, carbon fiber fabrics or mats, and preferably in the area of synchronizer rings and couplings, according to European patent application EP 1 6491 83.
In einigen wenigen Fällen werden aus thermischen Gründen Reibbeläge aus C/SiC (siehe z.B. DE 10 233 729 A) oder Graphit verwendet.In a few cases friction linings of C / SiC (see for example DE 10 233 729 A) or graphite are used for thermal reasons.
Eme weitere neue Klasse von Reibbeiägen sind gedruckte Beläge, wobei hauptsächiich ein Harz oder eine Mischung aus organischen Polymeren mit Abrasiven, Schmierstoffen und Fasern auf einen Träger gedruckt werden.Another new class of friction liners are printed liners, wherein a resin or a mixture of organic polymers with abrasives, lubricants and fibers are mainly printed on a support.
Bremsbeläge mit organischer Harzbindung sind der thermischen Zersetzung ausgesetzf. Sintermetallbremsbeläge schmelzen an der Oberfläche auf.Brake liners with organic resin bonding are susceptible to thermal decomposition. Sintered metal brake pads melt on the surface.
Diese Nachteile können reduziert werden, wenn Bremsbeläge eingesetzt werden, die den erhöhten thermischen Ansprüchen der Systeme gerecht werden. Die übertragbare flächenspezifische Reibleistung ist bei länger andauernden oder sich schnell wiederholenden Brems-, Kupplung- oder Dâmpfungsvorgängen bei Papierbelägen durch die ertragbaren Belag-Temperaturen auf ca. 2,5 W/mm2 Reibleistung begrenzt.These disadvantages can be reduced if brake linings are used which meet the increased thermal requirements of the systems. The transferable area-specific friction loss is limited to approximately 2.5 W / mm2 friction loss in the case of prolonged or rapidly repeating braking, clutching or damping processes in paper coverings due to the tolerable lining temperatures.
Die Additivierung der Reibmateriafien mit harten Reibmalerialien und Schmierstoffen führt zu einer verbesserten Lebensdauer und komfortableren Schaltvorgängen. Material. Materialstruktur und Dichte, lassen prinzipiell weite Ausgestaltungsbereiche offen. Die Materialzusammensetzung der Reibbeläge ist dabei weitgehend homogen. An der Oberfläche ist dabei eine geringe Porosität zu beobachten.Additization of the friction materials with hard friction materials and lubricants leads to an improved service life and more comfortable shifting processes. Material. Material structure and density, in principle open wide areas of design. The material composition of the friction linings is largely homogeneous. At the surface, a low porosity is observed.
In der DE 12 07 708 A1 ist ein gesinterter Reibbelag auf Eisenbasis beschrieben, der als Zusatz neben kleinen Mengen an Graphit, Siliziumdioxid. Blei und Zinn auch 12-25% Kupfer enthalten kann. Entsprechend der US 22 14 104 ist der Reibbelag ein poröses. gesintertes Metallelement, das aus 78 Teilen Eisen, 20 Teilen Blei und 2 Anteilen an Graphit besteht.In DE 12 07 708 A1 a sintered friction lining based on iron is described, which in addition to small amounts of graphite, silicon dioxide. Lead and tin can also contain 12-25% copper. According to US 22 14 104, the friction lining is a porous. Sintered metal element consisting of 78 parts of iron, 20 parts of lead and 2 parts of graphite.
Bei sintermelalliscben Reibwerkstoffen - speziell mit nichtmetallischen Zusätzen und Schmierstoffen - mangelt es an der Einstellung einer definierten Porosität, d.h. es treien enlweder Schwierigkeiten bei der Herstellung eines Reibmaterials soicher Fesiigkeit auf. die den beim Reibeingriff zwischen Synchronring und Reibpartner auftretenden hohen Pressdrücken und Temperaturbelastungen standhält. oder die Verdichtung ist so hoch, dass zu wenig Porosiiät entsteht.With sintered-melamine friction materials - especially non-metallic additives and lubricants - there is a lack of setting a defined porosity, i. There are difficulties in making a friction material of such a certainty. which withstands the high pressing pressures and temperature stresses occurring during frictional engagement between synchronizer ring and friction partner. or the compaction is so high that too little porosity arises.
Die Porosiläl der Reibbeläge oder Reibschichten lässt sich mit den bekannten Verfahren nicht oder nur sehr bedingt durch Verdichtung mittels Pressdruck und Temperatur steuern, Das Probiem in einem ansonsien dichlen Material durch Porenbildner zusätzlich Poren einzubringen wurde bereits in der EP 202145 B1 geschildert. In diesem Falle werden organische Fasern in den Belag eingebracht, die in einem ihermischen Prozessschritt anschließend zersetzt werden. ln der EP 0251301 B1 wird die Einstellung von Porosität in einem Graphit-Belag durch Chemical Vapour Deposition beschrieben. Die Bedeutung der Porosität für den Reibkomfort findet sich auch in dem Versuch Reibbeläge mit unterschiedlichen Porosität zu versehen (EP 1614926 A1). Dies wird hier mit unterschiedlich zu verdicbtenden Materialien mit unterschiedlichem Fließvermögen der Harze und unterschiedlichem Faseranteil erreicht. Das Verfahren ist allerdings auf Graphitbeläge bescbränkt und verhältnismäßig aufwendig.The Porosiläl the friction linings or friction layers can not or only very limited control by compression by means of pressing pressure and temperature with the known methods, The Probiem in an ansonsien dichlen material by pore-forming additional pore was already described in EP 202145 B1. In this case, organic fibers are introduced into the covering, which are subsequently decomposed in a thermal process step. EP 0251301 B1 describes the adjustment of porosity in a graphite coating by chemical vapor deposition. The importance of porosity for the friction comfort is also in the attempt to provide friction linings with different porosity (EP 1614926 A1). This is achieved here with differently verdicbtenden materials with different flowability of the resins and different fiber content. However, the method is bescbränkt on graphite and relatively expensive.
In der EP 3 133 134 A1 wird die Porosität durch die Verwendung eines porösen Mischungsbestandteils eingestellt. Insbesondere Reibungsmodifizierer mit einer mikroporösen Struktur findert hier Verwendung.In EP 3 133 134 A1, the porosity is adjusted by the use of a porous mixture component. In particular friction modifier having a microporous structure finds use here.
In der US6135258A wird die Verwendung unterschiedlicher Porosität in einem Reibbelag beschrieben. Dabei ist die Porosität durch unterschiedliche Materiaiien und die Fließfäbigkeit der Harze bedingt.In US 6135258A the use of different porosity in a friction lining is described. The porosity is due to different Materiaiien and the flowability of the resins.
Im Falle der gedruckten Reibbeläge ist dies besonders kritisch, da für einen optimalen Reibungs-. und oder Schaltvorgang eine Porosität vonnöten ist. Die Porosität wird im heute gebräuchlichen Pressverfahren für Reibbeiäge im Allgemeinen durch den Pressdruck, die Temperatur oder poröse Rezepturbestandteile geschaffen. Dies entfällt bei der Hersteliung von gedruckten Belägen naturgemäß, da kein Pressvorgang im Prozess vorliegt.In the case of printed friction linings, this is particularly critical because of optimal friction. and or switching a porosity is needed. The porosity is created in today common pressing method for Reibbeiäge generally by the pressing pressure, the temperature or porous formulation ingredients. This naturally does not apply to the production of printed coverings since there is no pressing process in the process.
Porosität im Reibbelag schafft folgende technischen Vorteiie: - Anpassung des Reibbelags an das Gegenmaterial durch elastische Verformung auch in Teilbereichen des BelagsPorosity in the friction lining creates the following technical advantage: Adaptation of the friction lining to the counter-material by elastic deformation also in partial areas of the lining
Reduktion des Verschleißes durch gleichmäßigen Andruck und Ausgleich von Stoßbelastungen und Stauchungen - Erhöhung des Komforts durch Stabilisierung des Reibwerts Erhöhung des Komforts durch Minderung der Schwingungen - Aufnahme und Abgabe von Öl im Nass-Betrieb und damit einhergehend ein weit geringerer VerschleißReduction of wear by uniform pressure and compensation of impact loads and compression - Increasing comfort by stabilizing the coefficient of friction Increasing comfort by reducing vibrations - Absorption and release of oil in wet operation and thus a much lower wear
Massenreduktionmass reduction
Verkleinerung des Artikels {bei höherer Reibwertfläche)Reduction of the article {with higher coefficient of friction surface)
Bei der Herstellung von gedruckten Belägen ist die Verwendung von Kanalstrukturen entsprechend dem Druckprogramm oder durch die Einbringung von Kanalstrukturen durch leicht flüchtige Polymere möglich.In the production of printed coverings, the use of channel structures according to the printing program or by incorporation of channel structures by highly volatile polymers is possible.
Die Einbringung von porösen Strukturen unterhalb von 0,1 mm oder Mikro-Porosität ist im 3D-Druck, technologiebedingt nicht realisierbar. Insbesondere nasslaufende Beläge unterliegen durch die geringe Ölaulnahme damit einer erhebiichen technischen Beschränkung durch den erhöhten Verschleiß.The introduction of porous structures below 0.1 mm or micro-porosity is in 3D printing, technology-related not feasible. In particular wet running pads are subject by the low oil intake thus a considerable technical restriction due to the increased wear.
Es ist bekannt, dass die Herstellung von Reibbelägen mittels 3D-Druckverfahren eine schnelle und kostengünstige Herstellung von Reibbelägen eriaubt. Allerdings enthalten diese Reibbeläge nur geringe oder nahezu keine Porositäi.It is known that the production of friction linings by means of 3D printing processes a rapid and cost-effective production of friction linings eriaubt. However, these friction linings contain little or almost no porosity.
Durch Verwendung entsprechender Druck-Programme können Reibbeläge mit inneren Strukturen erzeugt werden. Die Einstellung der Öl-Aufnahme und -Abgabe kann durch Kanalstrukturen im Inneren gewährleistet werden. Die Erzeugung dieser Strukturen ist entweder durch den Prozess des Druckens möglich oder durch Drucken von Materialien, die sich in einem weiteren Verfahrensschritt zersetzen oder entfernt werden und damit die Kanalstrukturen ausbilden.By using appropriate pressure programs friction linings with internal structures can be created. The adjustment of the oil intake and delivery can be ensured by channel structures inside. The formation of these structures is possible either by the process of printing or by printing materials which decompose or are removed in a further process step and thus form the channel structures.
Dieses Verfahren ist für die Ausbildung von Porosität, speziell Mikro-Porosität, nicht geeignet, da die Größe der Poren verfahrensbedingt oberhalb 0,1 mm liegt.This method is not suitable for the formation of porosity, especially micro-porosity, because the size of the pores is due to the process above 0.1 mm.
Die Verwendung von zersetzbaren organischen Fasern ist in einem Druckvorgang mit einem 3D-Drucker ebenfalls gegenwärtig technisch kaum darstellbar.The use of decomposable organic fibers in a printing process with a 3D printer is also technically barely reproducible at the present time.
Aufgabenstellungtask
Es wäre wünschenswert eine kostengünstiges Verfahren bereitzustellen, das es ermögiicht Porosität definierter Art. insbesondere von Micro-Porosität, bereitzustellen. Lösung der AufgabenstellungIt would be desirable to provide a cost effective method that allows porosity of defined type, especially micro-porosity, to be provided. Solution of the task
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Aufbau von Reibschichten, insbesondere für entsprechende Kupplungs- oder Synchronisations-Einrichtungen. Antriebe, sowie andere Industrie-Applikationen als reibtechnisch relevante Einrichtungen, geeignete Herstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen. Diese müssen eine definierte Porosität aufweisen, die zu einer definierten Kompressibilität und Öl-Aufnahme führen. um Reibkomfort und Verschteiß zu verbessernIt is therefore an object of the present invention to provide an improved structure of friction layers, in particular for corresponding coupling or synchronization devices. Actuators, as well as other industrial applications as Reibtechnisch relevant facilities to provide suitable manufacturing processes. These must have a defined porosity, which leads to a defined compressibility and oil absorption. to improve friction comfort and misalignment
Dse vorliegertde Erfindung ermöglicht die definierte Ausbildung von Porosität speziell Mikro-Porosität in einem Reibbelag und damit eine definierte Aufnahme von Öl und Ausbildung definierter Kompressibilität durch Einbringung von gasbildenden Substanzen undbder Gasen und oder sich zersetzenden Rezepiurbestandteilen, die nach einer thermischen Nachbehandlung einen Hohlraum in der Matrix hinterlassen.This invention enables the defined formation of porosity especially micro-porosity in a friction lining and thus a defined absorption of oil and formation of defined compressibility by incorporation of gas-forming substances andb gases and or decomposing Rezeptube ingredients that after thermal aftertreatment cavity in the matrix leave.
Dabei kann sowohi das Kompressionsmodul der Reibschicht entsprechend den Anforderungen eingestellt werden, ais auch die Größe und Anzahl der Poren (Porosität) der Reibschieht bestimmt werden.In this case, the compression modulus of the friction layer can be adjusted according to the requirements, as well as the size and number of pores (porosity) of the friction layer can be determined.
Die gasbiidenden Substanzen können sowohl leicbtflüchtige Flüssigkeiten, beispielsweise aus der Gruppe der Kohlenwasserstoffe wie z.B. Alkane oder Alkohole, sein als auch die Kombination von Isocyanat und Wasser oder Aikoholen die in 2 KomponentensystemenThe gas-forming substances can be either volatile liquids, for example from the group of hydrocarbons, such as e.g. Alkanes or alcohols, as well as the combination of isocyanate and water or Aikoholen the in 2 component systems
Kohlendioxid freisetzt oder Treibmittel die bei Erhitzung Gase freisetzen wie z.B. Azodicarbonamide.Releasing carbon dioxide or blowing agents which release gases when heated such as e.g. Azodicarboxamides.
Die verwendeten Gase können einerseits komprimierte Luft als auch (hauptsächlich inerte) Gase. wie z.B. Stickstoff oder Kohlendioxid, sein. Die (kontrollierte) Zugabe von Gas zurri Matrixmateriat erfolgt hierbei bevorzugt nach einer Evakuierung, um eine definierte Einstellung der Porosität zu erreichen.The gases used can be both compressed air and (mainly inert) gases. such as. Nitrogen or carbon dioxide, be. The (controlled) addition of gas to the matrix material is preferably carried out after an evacuation in order to achieve a defined adjustment of the porosity.
Die verwendeten sich zersetzenden Rezepturbestandteile können aus der Gruppe der synthetischen Polymere wie Polyacrylamide oder Polyacetale stammen, als auch als Holzbestandteilen oder Zellstoff zugefügt werden.The decomposing constituents of the formulation used can come from the group of synthetic polymers such as polyacrylamides or polyacetals, as well as added as wood components or pulp.
Beisp^ele 1. Einbringung von Gasen oder FlüssigkeitenExamples 1. Introduction of gases or liquids
Leicht flüchtige Alkane (z.B. Propane, Butane, Pentane) oder Alkohote, Dimethyiether, komprimierte Luft, Wasser, Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2), Kohlendioxid (CO2), Edelgase z.B. Argon, Distickstoffmonoxid (NaO, „Lachgas“), Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sowie weitere als Treibmittel bzw. Treibgase bekannten Verbindungen. 2. Verwendung von gasbildenden Rezepturbestandteilen a. Organische Reaktionen die Gase freisetzen:Highly volatile alkanes (e.g., propanes, butanes, pentanes) or alkohote, dimethyiethers, compressed air, water, oxygen (O2), nitrogen (N2), carbon dioxide (CO2), noble gases, e.g. Argon, nitrous oxide (NaO, "nitrous oxide"), chlorofluorocarbons (CFC) and other compounds known as blowing agents or propellants. 2. Use of Gas-Forming Formula Components a. Organic reactions that release gases:
Durch Reaktion von Isocyanaten mit Alkoholen oder Wasser wird Kohiendioxid (CO2) freigesetzt. Des Weiteren wird bei Kondensationsreaktionen z.B. Wasser frei, welches durch Erhitzen verdampft: Ebenfalls wird durch Reaktion von Aminen mit Carbonsäuren zu Amidert bzw. Polyamiden Gas freigesetzt, ebenso bei der Herstellung von Phenolharzen. Auch bei der Vernetzung von Epoxidharzen mit Polyestern oder Aminen wird Wasserstoff (H2) freigesetzt. b. Arsorgartische Reaktionen die Gase freisetzen:By reaction of isocyanates with alcohols or water, carbon dioxide (CO2) is liberated. Furthermore, in condensation reactions, e.g. Free water, which is evaporated by heating: Also released by reaction of amines with carboxylic acids to Amidert or polyamides gas, as well as in the production of phenolic resins. Even when epoxy resins are crosslinked with polyesters or amines, hydrogen (H2) is liberated. b. Arsorgartic reactions that release gases:
Bei der Reaktion von Kupfer mit Schwefel entsteht gasförmiger Schwefel.The reaction of copper with sulfur produces gaseous sulfur.
Bei der Herstellung von Lacken entsteht bei Vorhandensein von Metaflpartikeln Wasserstoff. Bisher wurde in der Lackindustrie großer Wert drauf gelegt Blasenbildung durch Zugabe von Hilfsstoffen zu vermeiden. In der hier vorgesiellten Anwendung ist die Bildung von Blasen und damit Micro-Porosität hingegen gewünscht. 3. Verwendung von sich zersetzenden RezepturbestandteilenIn the production of paints, hydrogen is formed in the presence of metafl particles. So far, great importance has been attached in the paint industry to avoid formation of bubbles by adding auxiliaries. In the case of the application, the formation of bubbles and thus micro-porosity is desired. 3. Use of decomposing formulation ingredients
Des Weiteren können Verbindungen eingesetzt werden, die beim Zersetzen Gase freisetzen, wie beispielsweise Azodicarbonamide, die beim Zerfallen Stickstoff freisetzen, sowie Kohlensäure Natriumhydrogencarbonat, Natriumdihydrogencarbonat setzen Kohlendioxid frei und Titanhydrid oder Zirkoniumhydrid zerfallen zu Wasserstoff und Titan bzw. Zirkonium.In addition, compounds which release gases upon decomposition, such as azodicarbonamides which release nitrogen upon decomposition, and carbonic acid, sodium bicarbonate, sodium dihydrogen carbonate, release carbon dioxide, and titanium hydride or zirconium hydride decompose to hydrogen and titanium or zirconium, respectively, can be used.
In einem erfindungsgemäßen Veriahren zur Herstellung eines Reibmaterials können eine Vieizahl von Schritten durchlauien werden,In a method according to the invention for producing a friction material, a plurality of steps may be run through,
In aller Regel wird in einem ersten Schritt ein Trägermaterial erhalten. Das Trägermaterial weist dabei in aller Regel schon die äußeren Formen des Endproduktes auf (z.B, runde Scheibe). Weiterhin können Haltestrukturen und oder Kanten vorgesehen sein. Optional kann für die Anbindung einer Zwischenschicht oder des Reibmaterials ein sogenannter Haftvermittler aufgebracht werden, um den sicheren Verbund zu gewährleisten. Diese Zwischenschicht dient z.B. dazu unterschiedlicbe Ausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials und des Reibmaterials aneinander anzunähern. Geeignete Haftvermittler können auch die Beständigkeit der am Ende des Verfahrens erhaltenen Reibmaterials verbessern.As a rule, a carrier material is obtained in a first step. As a rule, the carrier material already has the outer forms of the end product (for example, round disc). Furthermore, holding structures and or edges can be provided. Optionally, for the connection of an intermediate layer or the friction material, a so-called adhesion promoter can be applied in order to ensure secure bonding. This intermediate layer serves e.g. to approach different coefficients of expansion of the carrier material and the friction material to each other. Suitable primers can also improve the durability of the friction material obtained at the end of the process.
In einem weiteren Verarbeüungsschritt wird auf das erhaltene Trägermaterial eine Reibschicht aufgebracht. Der Vorgang des Aufbringens kann mittels Druck und/oder Gießtechnik erfolgen.In a further Verarbeüungsschritt a friction layer is applied to the resulting substrate. The process of applying can be done by means of pressure and / or casting technique.
Dabei wird Matrixmaterial aufgebrachi. Matrixmaterial ist dabei nicht notwendigerweise ein einziges Material. sondern besteht in aller Regel aus einer Miscbung von Materialien. Dabei ist die Zusammenseizung so gewählt, dass im Rahmen der Prozessparameter sich ausdehnende Bereiche (sei es durch expandierendes Gas(gemisch) oder Flüssigkeit(sgemfsch)) entstehen.This matrix material is aufgebrachi. Matrix material is not necessarily a single material. but usually consists of a mixture of materials. The Zusammenseizung is chosen so that in the context of the process parameters expanding areas (either by expanding gas (mixture) or liquid (mixed)) arise.
In einer Ausfübrungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Matrixmaterial des Reibbelages zumindest ein organisches oder anorganisches Polymeren aufweist.In one embodiment of the invention, it is provided that the matrix material of the friction lining comprises at least one organic or inorganic polymer.
Im Gegensatz zu organischen Polymeren. deren Griindgerüste zumeist aus Kohtenstoffketten bestehen, weist das Grundgerüst der (an)-organischen Polymere auch anorganische Elemente wie Phosphor, Bor und/oder Silicium auf.Unlike organic polymers. whose skeletal frameworks mostly consist of carbon chains, the skeleton of (inorganic) polymers also includes inorganic elements such as phosphorus, boron and / or silicon.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Aufbringverfahren ein Druckverfahren, wobei mindestens einem der verwendelen zu druckenden Matrixmaterialien vor oder während des Druckens in definierter Menge Gase oder Flüssigkeiten zugefügt werden. Dabei können z.B. leichi fiüchtige Alkane (z.B. Propane. Butane, Pentane) und/oder Alkohole. Dimethylether. komprimierte Luft, Wasser, Sauersioff (O2). Stickstoff (N2). Kohlendioxid (CO2), Edelgase z.B. Argon, Distickstoffmonoxid (N2O, ,,Lachgas'‘). Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sowie weitere ats Treibmittel bzw. Treibgase bekannten Verbindungen verwendet werden.In a further embodiment of the invention, the application method is a printing method, wherein gases or liquids are added to at least one of the useful matrix materials to be printed before or during printing in a defined amount. Thereby, e.g. low-volatile alkanes (e.g., propanes, butanes, pentanes) and / or alcohols. Dimethyl ether. compressed air, water, Sauersioff (O2). Nitrogen (N2). Carbon dioxide (CO2), noble gases e.g. Argon, nitrous oxide (N2O, "nitrous oxide"). Chlorofluorocarbons (CFCs) and other ats propellants or propellants known compounds can be used.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Porosität durcb Treibmittel und / oder gasbildende Komponenten eingestellt.According to yet another embodiment of the invention, the porosity is adjusted by means of blowing agents and / or gas-forming components.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wtrd die Porosität durch stch zersetzende Bestandteile der aufgebrachten Reibschicht eingestellt.In yet another embodiment of the invention, the porosity is adjusted by means of crushing constituents of the applied friction layer.
Es sei dabei angemerkt, dass die Porosität des Reibmaterial am Ende der Prozesskette durch unterschiedfiche Artteile besiimmt sein kann. So kann z.B. mittels Drucktechnik bereits eine bestimmte Grundporosität gegeben sein: die durch Treibmittel und / oder gasbildende Komponenten und l oder durch zerseizende Bestandteäle weiter beeinflussi wird. Somit kann z.B. ein Spektrum an Porosität unterschiedlicher Größen und Formen bereitgestellt werden.It should be noted that the porosity of the friction material at the end of the process chain can besiimmt by unterschiedfiche parts. Thus, e.g. By means of printing technology, a certain basic porosity may already be present: which is further influenced by blowing agents and / or gas-forming components and by or by disintegrating existing halls. Thus, e.g. a range of porosity of different sizes and shapes can be provided.
In einer weiferen Ausführungsform der Erfindung entsteht eine gasbildende Komponente bei der Zusammenführung eines Mehrkomponenten-Matrixrnaterials. Beispielsweise kann beim Drucken eirtes Mehrkomponenten-Matrixmaierials. einzeine Komponenten erst beim Druck zusammengeführt werden,In a further embodiment of the invention, a gas-forming component is formed when combining a multicomponent matrix material. For example, when printing, multi-component matrix materials may be used. single components are merged only when printing,
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung kann das Matrixmaterial bereits als Vorprodukt erhalten werden. Es kann jedoch ebenso vorgesehen sein. dass das Matrixrnateria! in einem Zeitraum von wenigen Tagen, wenigen Stunden oder aucb wenigen Minuten vor dem Aufbringen erst erstellt wird. So kann z.B. es notwendtg sein die Bestandteile des Matrixmaterials der aufzubringenden Reibschicht mit einer Oberflächengeschwindigkeit der Partikel von 1 m/sec bis 50 m/sec, bevorzugt von 10 m/sec bis 20 m sec. zu mischen. Hierzu können geeignet Mischvorrichtungen verwendet werden, wobei sich die angegebenen Oberflächengeschwindigkeiten z.B. auf den äußeren Rand des Miscb-Gefäßes beziehen.Without limiting the generality of the invention, the matrix material can already be obtained as a precursor. However, it can also be provided. that the Matrixrnateria! in a period of a few days, a few hours or just a few minutes before application is created. Thus, e.g. it is necessary to mix the constituents of the matrix material of the friction layer to be applied with a surface velocity of the particles of 1 m / sec to 50 m / sec, preferably of 10 m / sec to 20 m sec. For this purpose, mixing devices may be suitably used, the stated surface velocities being e.g. refer to the outer edge of the Miscb vessel.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Bestandteile der aufzubringenden Matrixmaterialen vor dem Aufbringen auf die Trägerschicht auf mebr als 60°C jedoch wersiger als 200°C, bevorzugt 60°C-120°C, temperiert. Hierdurch können die entsprechenden Fließeigenschaften für das Drucken / Gießen erreicht werden. Zudem ist es möglich durch die Temperierung eine einheitlichere Bildung von Porosität zu erreichen.In a further embodiment of the invention, the constituents of the matrix materials to be applied are tempered before application to the carrier layer to more than 60 ° C but more than 200 ° C, preferably 60 ° C-120 ° C. As a result, the corresponding flow properties for printing / casting can be achieved. In addition, it is possible to achieve a more uniform formation of porosity by the temperature control.
In einer weiteren Ausführungstorm der Erfindung ist das Aufbringverfahren ein Druckverfahren. wobei die aufgebrachte Reibschicht nach dem Druckvorgang bei bis zu 300°C, bevorzugt 95°C - 220°C, ausgehärtet und oder getempert werden. Hterdurch ist es möglich durch die Temperierung eine eirsheitlichere Bildung von Porosität zu erreichen.In a further embodiment of the invention, the application method is a printing process. wherein the applied friction layer after the printing process at up to 300 ° C, preferably 95 ° C - 220 ° C, cured and / or tempered. Hterdurch it is possible by the tempering to achieve a eirsheitlichere formation of porosity.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Aufbringverfahren ein Druckverfahren, wobei die Bestandteile der aufzubringenden Reibschicht während des Druckvorgang auf bis zu 200°C, bevorzugt 80 bis 150°C, besonders bevorzugt auf 120°C. erhitzt werden. Hierdurch können die entsprechenden Fließeigenschaften erreicht werden. Zudem ist es möglich durcb die Temperierung eine einheitlichere Bildung von Porosität zu erreichen.According to yet another embodiment of the invention, the application method is a printing method, wherein the components of the friction layer to be applied during the printing process up to 200 ° C, preferably 80 to 150 ° C, particularly preferably to 120 ° C. to be heated. As a result, the corresponding flow properties can be achieved. In addition, it is possible, by means of the temperature control, to achieve a more uniform formation of porosity.
Mittels der vorgestellten Verfahren ist es möglich Reibmaterial zu erhalten. wobei der Porosilätsgrad zwischen 1 % - 30 %, besonders bevorzugt zwischen 4 % - 8 %, beträgt.By means of the presented methods it is possible to obtain friction material. the degree of porosity being between 1% and 30%, more preferably between 4% and 8%.
Zudem ist es möglich Reibschichtdicken von unter 1,5 mm bis hinunter zu 0,3 mm zu erhalten.In addition, it is possible to obtain friction layer thicknesses of less than 1.5 mm down to 0.3 mm.
Reibschichten können z.B. mittels Reibwertmessung an Materialproben in einer (herkömmlichen Mercedes Benz SS60) Bremse erfolgen. Beispielsweise kann mit einem solchen Test die Reibwerkstoffqualität beurteiit werden. Die Prütung kann z,B. auf einem Krauss -Reibwertprüfer Type RWS100B mit entsprechenden Leistungsdaten und der Option HRW-I zur Messung des statischen Reibwertes mittels Hauptantrieb ertolgen,Friction layers can e.g. by friction measurement on material samples in a (conventional Mercedes Benz SS60) brake done. For example, the friction material quality can be assessed with such a test. The control can z, B. on a Krauss model RWS100B with corresponding performance data and option HRW-I for measuring the static coefficient of friction by means of a main drive,
Diese Eigenschaften erlauben es kostengünstige Reibbeläge oder Reibschichten auch für Hochleistungsanwendungen bereitzustellen. Dennoch ist es möglich die Dicke der Reibbeläge oder Reibschichten gering zu halten, so dass zum einen der Materialeinsatz gering ist, zum anderen geringe Baumaße als auch eine geringe Masse zur Verfügung gestellt werden können. Dadurch können die so erhaltenen Reibmaterialien als Reibbelag oder Reibschicht, insbesondere auf Synchronringen, Kuppiungen, Überlastkupplungen, Reibkuppiungen oder Getriebebauteilen verwendet werden.These properties allow cost-effective friction linings or friction linings to be provided even for high performance applications. Nevertheless, it is possible to keep the thickness of the friction linings or friction layers low, so that on the one hand the use of material is low, on the other small dimensions and a small mass can be provided. As a result, the friction materials thus obtained can be used as a friction lining or friction layer, in particular on synchronizer rings, couplings, overload clutches, Reibkuppiungen or transmission components.
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| EP1762356A1 (en) * | 2005-09-07 | 2007-03-14 | TMD Friction Services GmbH | Process and device for manufacturing friction linings |
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2018
- 2018-04-16 LU LU100767A patent/LU100767B1/en active IP Right Grant
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20191022 |