WO2001044678A1

WO2001044678A1 - Reibbelag für nasslauf

Info

Publication number: WO2001044678A1
Application number: PCT/AT2000/000338
Authority: WO
Inventors: Gerhard Hartner; Günter MIKOLASCH; Klaus-Dieter LÖCKER; Peter Schnell; Franz Maier-Lehner; Johann Oisser; Rüdiger SPAUN
Original assignee: Miba Frictec Gmbh; Hexcel Corporation
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2001-06-21
Also published as: AU2125701A; US20030104736A1; EP1238205A1; US6811820B2

Abstract

Ein Reibbelag für Nasslauf besteht aus einem auf einen Trägen (6) aufbringbaren, zum Teil mit Harz imprägnierten Gewebe. Um vorteilhafte Reibverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Porosität des mit Harz imprägnierten Gewebes (1) im Bereich der Reibfläche (4) durch einen geringeren Harzgehalt in einer Oberflächenschicht (h) größer als in der übrigen Schicht ist.

Description

Reibbelag für Naßlauf

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Reibbelag für Naßlauf, bestehend aus einem auf einen Träger aufbringbaren, zum Teil mit Harz imprägnierten Gewebe, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Reibbelages.

Stand der Technik

[0002] Um bei Reibbelägen aus einem mit Harz imprägnierten Gewebe aus Kohlenstoff-Fasern eine vorteilhafte Porosität zur Aufnahme und Leitung der jeweils eingesetzten Schmierflüssigkeit zu erreichen, ist es bekannt (US 5 662 993 A), den Harzanteil auf 18 bis 40 % zu beschränken. Trotz dieser Beschränkung des Harzanteiles ergeben sich vergleichsweise hohe hydrodynamische Reibungsanteile, die den Reibwert vermindern, weil die Aushärtung solcher Reibbeläge zur Verringerung ihrer betriebsbedingten Setzneigung in Heizpressen erfolgt, die eine Harzansammlung im Oberflächenbereich bedingen, was zu Oberflächenbereichen mit einem weitgehend zusammenhängenden Harzfilm führen kann, der im Bereich der späteren Reibfläche den örtlichen Aufbau eines hydrodynamischen Schmiermittelfilms erlaubt. Trotz der Pressung der Reibbeläge während des Aushärtens des Harzes bedingt die für die Schmierflüssigkeitsaufnahme erforderliche Porosität der Reibbeläge zufolge der einsatzbedingten Druckbelastungen ein mit der Einsatzdauer fortschreitendes Setzen der Reibbeläge, was eine Verringerung des Porenvolumens nach sich zieht. Diese Setzneigung vergrößert sich mit abnehmendem Harzgehalt, so daß der Harzgehalt zur Verringerung des Setzverhaltens eines solchen Reibbelages vergrößert werden sollte, was jedoch der Forderung nach einer ausreichenden Porosität des Reibbelages zur Aufnahme der Schmierflüssigkeit entgegensteht.

Darstellung der Erfindung

[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Reibbelag der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß einerseits die Forderung nach einem möglichst geringen hydrodynamischen Reibungsanteil erfüllt und anderseits die Setzneigung weitgehend hintangehalten werden kann.

[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Porosität des mit Harz imprägnierten Gewebes im Bereich der Reibfläche durch einen geringeren Harzgehalt in einer Oberflächenschicht größer als in der übrigen Schicht ist.

[0005] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die für das Reibverhalten maßgebliche, vergleichsweise hohe Porosität lediglich in einer Oberflächenschicht der Reibfläche sichergestellt werden muß, die Porosität der übrigen Schicht des Reibbelages jedoch für das Reibverhalten kaum eine Rolle spielt. Dies bedeutet, daß bei einem vergleichsweise hohen Harzanteil und der damit verbundenen geringeren Porosität ein gutes Reibverhalten dann erzielt werden kann, wenn eine ausreichend große Porosität in einer Oberflächenschicht durch einen entsprechend geringeren Harzgehalt angestrebt wird. Durch diese Maßnahme können daher die einander sonst widersprechenden Anforderungen einerseits an eine gute Ableitung der Schmierflüssigkeit durch die Reibfläche und anderseits bezüglich eines möglichst geringen Setzverhaltens vorteilhaft erfüllt werden. Es hat sich nämlich in überraschender Weise gezeigt, daß weder der höhere Harzgehalt mit der damit verbundenen geringeren Porosität des Reibbelages außerhalb der Oberflächenschicht der Reibfläche das Reibverhalten noch die poröse oberflächennahe Schicht der Reibfläche mit dem geringeren Harzanteil das Setzverhalten nachteilig beeinflussen können. Daraus ergibt sich, daß im Vergleich zum Stand der Technik insgesamt höhere Harzgehalte eingesetzt werden können, ohne eine Verringerung der Reibwerte befürchten zu müssen.

[0006] Um bei einem Reibbelag, dessen Gewebe zum Teil mit flüssigem Harz getränkt und dann während des Aushärtens des Harzes einem Preßdruck unterworfen wird, den Harzgehalt zum Erreichen einer größeren Porosität in einer Oberflächenschicht herabsetzen zu können, können unterschiedliche Wege eingeschlagen werden. Eine Möglichkeit besteht darin, daß das Harz nach dem Aushärten im Bereich der Reibfläche teilweise mechanisch abgetragen wird. Durch diesen mechanischen Harzabtrag werden die Oberflächenfasern des Gewebes zumindest zum Teil freigelegt und örtlich zusammenhängende Harzschichten entfernt, was eine vorteilhafte, strukturierte Reibfläche bedingt, die aufgrund ihrer Strukturierung die für die Ableitung des Schmierfilms erforderliche Porosität aufweist. Der mechanische Abtrag des Harzes kann durch ein Bürsten der Reibfläche erreicht werden. Es ist aber auch möglich, das Harz aus dem Reibflächenbereich auszuschleifen oder hiefür ein Sandstrahlen einzusetzen.

[0007] Zur Verringerung des Harzgehaltes in einer Oberflächenschicht der Reibfläche braucht das Harz jedoch nicht nachträglich mechanisch abgetragen zu werden. Es besteht nämlich auch die Möglichkeit, das Harz beim Pressen des imprägnierten Gewebes aus dem Oberflächenbereich der Reibfläche abzusaugen, beispielsweise mit Hilfe einer Saugfolie, die auf die mit Harz getränkte Faserlage vor einem vollständigen Aushärten des Harzes aufgelegt und dann gemeinsam mit dem Gewebe einem Preßdruck ausgesetzt wird, so daß das hiefür noch ausreichend fließfähige Harz aus der an der Saugfolie anliegenden Schicht in die Poren der Saugfolie verdrängt wird. Nach dem Preßvorgang und dem Aushärten des Harzes kann dann die harzgetränkte Saugfolie von der Reibfläche abgezogen werden, wobei die freigegebene Oberflächenschicht des Reibbelages einen deutlich geringeren Harzgehalt als die übrige Reibbelagschicht aufweist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0008] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Reibbelag ausschnittsweise in einer Draufsicht, Fig. 2 diesen Reibbelag in einem Schnitt nach der Linie ll-ll der Fig. 1 in einem größeren Maßstab und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie lll-lll der Fig. 2.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

[0009] Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Reibbelag ein Gewebe 1 aus Kohlenstoff-Fasern in einer Leinenbindung auf, wobei die Kettfäden mit 2 und die Schußfäden mit 3 bezeichnet sind. Diese Kett- und Schußfäden 2, 3 bestehen jeweils aus einer Vielzahl von Filamenten, die jedoch nicht verdrillt sind. Nach einem Imprägnieren des Gewebes mit Harz wird zumindest die Reibfläche 4 in einer Oberflächenschicht h weitgehend vom Harz befreit, entweder mechanisch oder durch ein Absaugen mit Hilfe einer Saugfolie. In dieser Oberflächenschicht h, die eine Dicke von 0,002 bis 0,050 mm, vorzugsweise 0.003 bis 0.005 mm aufweist, beträgt der Harzgehalt zwischen 0 und 12 %. Im übrigen Schichtbereich des Gewebes 1 wird der Harzgehalt, der in den Fig. 2 und 3 durch eine Kreuzschraffur angedeutet ist, zwischen 40 und 70, vorzugsweise zwischen 45 und 60 %, liegen. Durch den geringen Harzanteil in der Oberflächenschicht h wird eine für den Reibbelag vorteilhafte Oberflächenstruktur erreicht, und zwar sowohl hinsichtlich des Reibverhaltens als auch hinsichtlich der Führung der Schmierflüssigkeit.

[0010] Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf den Aufbau des dargestellten Reibbelages beschränkt. So könnte der Reibbelag mehrschichtig aufgebaut werden, so daß das Gewebe 1 auf wenigstens eine weitere Schicht, beispielsweise einer Vliesschicht, aufgebracht wird. Durch diese zusätzliche Schicht können z. B. die Schallübertragungseigenschaften oder die Wärmedämmung des Reibbelages beeinflußt werden. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß die hohe Wärmefestigkeit der bevorzugt eingesetzten Kohlenstoff-Fasern des Gewebes 1 eine höhere Wärmebelastung des Reibbelages zuläßt, wenn durch diese höhere Wärmebelastung nicht die Bindung des Reibbelages gegenüber dem Reibbelagträger gefährdet wird. Über eine wärmedämmende Zwischenschicht kann die Wärmebelastung der Bindeschicht 5 zwischen dem Reibbelag und dem Reibbelagträger 6 beschränkt werden.

[0011] Der Aufbau des Gewebes 1 kann unterschiedlich ausfallen, und zwar sowohl hinsichtlich der eingesetzten Fasern als auch der Webart. Obwohl sehr unterschiedliche Fasern in Sonderfällen zum Einsatz kommen können, bieten sich vor allem hochmodulare Aramidfasern mit einer längenbezogenen Masse von 22 bis 158 tex und Glasfasern aus E-Glas mit einer Stärke von 22 bis 300 tex an. Kohlenstoff-Fasern auf Polyacrylnitrilbasis hoher Festigkeit eignen sich besonders gut, wobei nicht gedrehte Faserbündel mit 1000 bis 6000 Filamenten, vorzugsweise 3000 Filamenten, bevorzugt werden. Für die Gewebe eignen sich in günstiger Weise Leinen-, Satin- oder Köperbindungen mit einem Flächengewicht zwischen 80 und 400 g/m², vorzugsweise 170 bis 250 g/m².

[0012] Als Harze können sowohl Duroplaste, wie Epoxid-, Phenol-, Polyurethanoder Polyamidharze, als auch Thermoplaste, beispielsweise Polysulfone, Polyätherimide oder Polyätherketone, zum Einsatz kommen. Von den möglichen Harzen haben sich Duroplaste auf der Basis von Epoxid- oder Phenolharzen besonders bewährt.

[0013] Die Behandlungstemperatur beim Imprägnieren der Fasern ist in Abhängigkeit von der jeweiligen Glasumwandlungstemperatur zu wählen, die größer als 120 °C, vorzugsweise größer als 140 °C sein soll. Selbstverständlich können die eingesetzten Harze je nach Anwendungsfall mit verschiedenen, unterschiedlichen Zwecken dienenden Additiven versetzt werden, beispielsweise zur Beeinflussung der Zähigkeit oder der Festigkeit.

[0014] Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Reibbelages wird zunächst ein entsprechendes Gewebe 1 mit Harz imprägniert, und zwar mit Hilfe einer Harzlösung, einer Harzschmelze oder eines Harzfilmes. Nach einer teilweisen Aushärtung des Harzes wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine Saugfolie auf die spätere Reibfläche 4 aufgebracht. Als Saugfolie eignen sich vor allem Gewebe aus Polyester- oder Polyamidfäden in einer Leinenbindung mit einem Flächengewicht von 50 bis 120 g/m². Der Reibbelag mit der Saugfolie wird dann in einer zweiten Behandlungsstufe einer entsprechenden Temperaturbehandlung unterworfen, um ein vollständiges Aushärten des Harzes sicherzustellen. In dieser zweiten Behandlungsstufe kann der Reibbelag unter einem Preßdruck beispielsweise von 1 bis 10 bar gehalten werden. Mit dem Abziehen der mit Harz getränkten Saugfolie wird ein Großteil des Harzes aus der Oberflächenschicht h des Reibbelages entfernt. Der Harzabtrag kann aber auch ohne Einsatz einer Saugfolie durch ein Bürsten, Schleifen oder Sandstrahlen der ausgehärteten Oberfläche des Reibbelages erfolgen.

Ausführungsbeispiel:

[0015] Ein käuflich erwerbbares Gewebe aus Kohlenstoff-Fasern (hochfest, 3000 Filamente) in Leinenbindung mit einem Flächengewicht von 200 g/m² wurde mit einem Epoxidharz auf Basis von Bisphenol-A und einem Härter auf Methylendiamilin-Basis imprägniert. In der verwendeten Imprägnieranlage wurde das Lösungsmittel eliminiert und das mit Harz imprägnierte Gewebe bei einer Temperatur von 180 °C teilweise ausgehärtet. Das in dieser Weise mit Harz behandelte Gewebe hatte ein Flächengewicht von 377 g/m² bei einem Glasumwandlungspunkt kleiner als 100 °C. Danach wurde auf das Gewebe eine Saugfolie aus Polyamidfasern mit einem Flächengewicht von 65 g/m² aufgebracht, und zwar auf beiden Seiten, und das Gewebe mit den Saugfolien in einer Presse unter einem Druck von 3 bar einer Temperatur von 160 °C während einer Zeit von 4h ausgesetzt. Nach der Aushärtung des Harzes wurden die Saugfolien abgezogen. Durch die teilweise Harzentfernung auf der dem Reibbelagträger zugekehrten Oberfläche kann die Haftvermittlung der Bindeschicht zwischen dem Reibbelag und dem Reibbelagträger verbessert werden.

[0016] Der hergestellte Reibbelag wies ein Flächengewicht von 345 g/m² mit einer Glasumwandlungstemperatur von 140 °C auf.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :

1. Reibbelag für Naßlauf, bestehend aus einem auf einen Träger (6) aufbringbaren, zum Teil mit Harz imprägnierten Gewebe (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität des mit Harz imprägnierten Gewebes (1) im Bereich der Reibfläche (4) durch einen geringeren Harzgehalt in einer Oberflächenschicht (h) größer als in der übrigen Schicht ist.

2. Verfahren zum Herstellen eines Reibbelages nach Anspruch 1 , wobei ein Gewebe (1) zum Teil mit flüssigem Harz getränkt und dann das Harz vorzugsweise unter einem Preßdruck auf das Gewebe (1) ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz nach dem Aushärten im Bereich der Reibfläche (4) teilweise mechanisch abgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz aus dem Reibflächenbereich ausgebürstet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz aus dem Reibflächenbereich ausgeschliffen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz aus dem Reibflächenbereich durch ein Sandstrahlen ausgetragen wird.

6. Verfahren zum Herstellen eines Reibbelages nach Anspruch 1, wobei ein Gewebe (1) zum Teil mit flüssigem Harz getränkt und dann das Harz vorzugsweise unter einem Preßdruck auf das Gewebe (1) ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz beim Pressen des Gewebes (1) aus dem Oberflächenbereich (h) der Reibfläche (4) abgesaugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz im Oberflächenbereich (h) der Reibfläche (4) über eine auf die Reibfläche aufgelegte, nach dem Preßvorgang von der Reibfläche (4) abziehbaren Saugfolie abgesaugt wird.