DE2304732C2 - Reibmaterial für Kraftfahrzeugbremsbeläge - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenstoffpartikel solche aus amorphem bzw. nicht-kristallinem Kohlenstoff in nicht-graphitartiger Form eingesetzt werden.

2. Reibmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den 10 bis 55 Vol.-% Metalloder Metalloxidpartikeln mindestens 5 Vol.-% Metallfasern zur Gefügeverfestigung der Gesamtmischung enthalten sind.

3. Reibmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich, bezogen auf die Gesamtmischung, zwischen 0 und 10 Vol.-% eines Elastomers zur Dämpfung des beim reibschlüssigen Eingriff des Materials erzeugten Geräusches enthält.

Die Erfindung betrifft ein Reibmaterial für Kraftfahrzeugbremsbeläge mit der folgenden Zusammensetzung in Vol.-% der Gesamtmischung:

10 bis 55 Metall- oder Metalloxidpartikel

10 bis 75 Kohlenstoffpartikel

15 bis 35 organisches Harz

sowie ggf. weitere übliche Zusätze.

Es sind Reibmaterialien für Bremsbeläge auf organischer Basis bekannt, die aus einer Mischung aus organischen Bindemitteln, Asbestfasern und Modifiziermitteln zur Verbesserung der Betriebseigenschaften der Beläge bestehen. Die organischen Bindemittel enthalten gewöhnlich ein Harz, das sich unter Hitzewirkung verfestigt. Die Asbestfasern, die den Belag verstärken, bleiben bei Temperaturschwankungen bis zu 425°C normalerweise verhältnismäßig stabil. Bei höheren Temperaturen zersetzt sich jedoch Asbest infolge Wasserentzuges, Kristallisation und reibungsbedingten Verschleißes.

Außerdem müssen nach Art und Gemischanteilen unterschiedliche Modifiziermittel zugesetzt werden, um den erwünschten Gütegrad hinsichtlich der Abriebfestigkeit, des Fading-Widerstandes und der Geräuschbildung zu erhalten.

Wenn derartige Reibmaterialien auf organischer Basis hohen Temperaturen ausgesetzt werden, wie sie beispielsweise bei einem sich eine Zeitlang rasch wiederholenden Einrücken der Bremsen auftreten, unterliegen die thermisch instabilen Bestandteile des Materialgefüges einer chemischen oder strukturellen Veränderung. Asbest dehydratisiert und wandelt sich schließlich in Forsterit oder Olivin um. Anorganische Modifiziermittel, wie Karbonate und Sulfate, zerfallen, und das Harzbindemittel verliert seine Stabilität Wenn die organischen Bestandteile des Reibmaterials unter hohen Temperatureinflüssen zerfallen, besteht der am Ende der Temperatureinwirkung verbleibende Rest des zersetzten Bestandteils aus Kohlenstoff. Die Größe des Zerfalls oder Verschleißes dieser Art von Reibmaterialien ist unmittelbar abhängig von der Anzahl und

ι ο Zeitdauer der Hochtemperatureinwirkung.

Infolgedessen verringert sich im allgemeinen bei einer derartigen erhöhten Temperatureinwirkung der Reibungskoeffizient infolge der thermischen Zersetzung der organischen Bestandteile. Aufgrund dieser Verringerung des Reibungskoeffizienten des Reibmaterials ergibt sich eine entsprechende Verschlechterung der reibschlüssigen Abbremsung.

Man hat desweiteren bereits vorgeschlagen, in derartigen Reibmaterialien die Asbestfasern durch metallische Faser- und Füllstoffe und Graphitpulver zu ersetzen, das als Reibungsmodifiziermitte! verwendet wird. Ein derartiges Reibmaterial, das der eingangs beschriebenen Art entspricht, ist aus der US-PS 34 34 998 bekanntgeworden. Hieibei vermögen die metallischen Faser- und Füllstoffe eine reversible Umwandlung von einem festen zu einem flüssigen Zustand zu durchlaufen, wenn sie einer vorgegebenen Temperatur von etwa 220°C ausgesetzt werden. Das Graphitpulver ist in diesem Temperaturbereich ther-

jo misch beständig, und infolgedessen kann ein strukturell stabiles Reibmaterial hergestellt werden. Graphit hat jedoch einen relativ geringen Reibungskoeffizienten, so daß ein entsprechend hoher Anteil der metallischen Faser- bzw. Füllstoffe vorhanden sein muß, um einen akzeptablen Gesamtreibungskoeffizienten zu erreichen. Normalerweise ist der Graphitanteil im Reibmaterial größer als der der metallischen Faser- und Füllstoffe. Bei Erhöhung des Verhältnisses Graphit: metallische Faser- und Füllstoffe ergibt sich ein geringerer Gesamtkoeffizient und ein schlechteres Betriebsverhalten. Das dadurch erzeugte Material besitzt jedoch bessere Abriebseigenschaften und vermag die durch den Reibschluß erzeugten Geräusche zu absorbieren.
Wenn andererseits das Verhältnis des Graphits zu den metallischen Faser- und Füllstoffen verringert wird, ergibt sich ein höherer Reibungskoeffizient und ein besseres Betriebsverhalten; der Verschleiß und die Geräuschbildung erhöhen sich jedoch merklich.

Dem Anmeldungsgegenstand liest die Aufgabe zugrunde, ein Reibmaterial der in Rede stehenden Art zu schaffen, das verbesserte Reib- und/oder Abriebseigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Reibmaterial der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß als Kohlenstoffpartikel solche aus amorphem bzw. nicht-kristallinem Kohlenstoff in nicht-graphitartiger Form eingesetzt werden.

Es wurde festgestellt, daß amorpher bzw. nicht-kristalliner Kohlenstoff im Vergleich zu Graphit einen höheren Reibungskoeffizienten, ein besseres thermisches Absorptionsvermögen und eine bessere Druckfestigkeit besitzt. Das Molekulargefüge des Kohlenstoffs in der Mischung bleibt im wesentlichen unverändert, wenn es Temperatureinwirkungen ausgesetzt ist, gesetzt ist, die durch den reibschlüssigen Eingriff einer Kraftfahrzeugbremse erzeugt werden können. Der Reibungskoeffizient des Materials bleibt daher bei Anlage des Belages an einem Gegenbauteil unter

veränderlichen Temperaturbedingungen im wesentlichen konstant Das erfindungsgemäße Verbundmaterial besitzt darüber hinaus einen besseren Abriebswiderstand als die entsprechenden Materialien des Standes der Technik.

Bei dem erfindup.gsgemäß eingesetzten Kohlenstoff ist die Kohlenstoff-Modifikation Graphit ausgenommen. Zur Anwendung gelangt nur seine amorphe bzw. nicht-kristalline Modifikation. Bei der Molekularstruktur von Graphit handelt es sich um ein geordnetes Gefüge in übereinanderliegenden parallelen Ebenen, anstelle der ursprünglich regellos verteilten Atome. Der geringere Reibungskoeffizient von Graphit ist auf dieses geordnete Gefüge zurückzuführen.

Wenn sich ein Fahrzeug auf einer längeren Gefällestrecke befindet, ist es häufig erforderlich, die Bremsen kurzzeitig einzurücken. Beim Einrücken der Bremsen wirkt der Bremsbelag jedes Fahrzeugrades reibschlüssig mit einem Gegenbauteil zusammen, um die Drehgeschwindigkeit der Fahrzeugräder zu verringern. Während des reibschlüssigen Eingriffs entsteht Wärme, da die Bremstrommel oder -scheibe über den Bremsbelag gleitet. Wenn die thermische Energie im Bremsbelag und der Bremstrommel oder -scheibe ansteigt, ergibt sich eine entsprechende Verringerung des Reibungskoeffizienten zwischen diesen Bauteilen, die als Fading bezeichnet wird. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Materials nähert sich die Fading-Charakteristik im wesentlichen einer geraden Linie.

Als organisches Harz wird bei dem erfindungsgemäßen Reibmaterip.¹ vorzugsweise ein hitzehärtendes Phenolharz eingesetzt. Zwischen 5 und 20 Vol.-% der verwendeten Metall- oder Metalloxidpartikel sollten in Faserform vorliegen, um der Gesamtmischung eine bessere Formbeständigkeit und Zugfestigkeit zu verleihen. In manchen Fällen können Modifiziermittel, wie Graphit, anorganische Verschleiß-Füllstoffe, Metalloxide und Elastomere, zur Geräusch- und Verschleißregulierung von Vorteil sein. Das nachfolgende Beispiel eines typischen, erfindungsgemäßen Reibmaterials zeigte ein gutes Fadingverhalten, einen günstigen Verschleiß und einen im wesentlichen gleichförmigen Reibungskoeffizienten in einem breiten Temperaturbereich.

Tabelle Beispiel

Bestandteil

Vol.-V,, der
Gesanitmischung

amorpher bzw. nicht-kristalliner 45
Kohlenstoff

Eisenpulver 25

Stahllasern 10

Phenolharz 20

Diese Bestandteile wurden sorgfältig zusammengeirischt und in eine kalte Vorform eingebracht, um eine dosierte Menge der Mischung in einer vorgegebenen Form zu erhalten. Dann wurde die Mischung in eine Endform, die die Form des Bremsbelages aufweist, übertragen, und die Temperatur wurde langsam

2n angehoben, so daß das Phenolharz zäh biegsam wurde. Danach wurde die Mischung unter Druck gesetzt, so daß das Harz am die anderen Bestandteile der Mischung herumfloß und eine Matrix für diese bildete. Die Dichte des sich ergebenden Verbundmaterials ist unmittelbar von der Größe der Druckkraft abhängig, mit der die erhitzte Mischung beaufschlagt wird. Die Mischung verblieb in der erhitzten Endform, bis das Phenolharz begann auszuhärten Als die Aushärtung soweit fortgeschritten war, daß das Material Forbeständigkeit erreicht hatte, wurde es in einen Ofen eingebracht, wo die Temperatur weiter angehoben wurde, um das Harz vollständig auszuhärten.

Ein auf diese Weise hergestelltes Reibmaterial weist im Gegensatz zu den bekannten Materialien trotz sich

si ändernder Betriebsbedingungen einen im wesentlichen gleichförmigen Reibungskoeffizienten auf.

In der folgenden Tabelle sind Vergleichsergebnisse des oben beschriebenen Reibmaterials in Verbindung mit herkömmlichen Reibmaterialien 'ür Kraftfahrzeug-

•40 bremsbeläge angeführt, wobei das Kraftfahrzeug aus einer Geschwindigkeit von 96 km/h innerhalb einer vorgegebenen Zeit in Abständen von 0,64 km lOmal im Lauf I und 15mal im Lauf 2 auf einer Fahrbahn zum Anhalten gebracht wurde.

Art des Reibmaterials	Lauf 1	Fading-	10 Stillstünde	l'ading-	Lauf 2	I adir.ii-
	10 Stillstände	temperatiir	Bremsdruck	tempcratur	15 Stillstände	tcmperatur
	Bremsdruck	( C)		( C)	Bremsdruck	( Ο
		370	(bar)	329		370
	(bar)	339	52	272	(bar)	316
organische Basis	83	354	51	355	50	394
halbmetallische Basis	65		65	58
amorpher Kohlen-	72		77

stofT/Metall

In der Tabelle ist der Reibungskoeffizient für die verschiedenen Reibmaterialien umgekehrt proportional dem im wesentlichen durch gleich große Eingangskräfte erzeugten Bremsdruck.

Bei dem Reibmaterial auf organischer Basis erhöht sich der Reibungskoeffizient während des zweiten Fading (Lauf 2) entsprechend der Änderung in der Wärmeentwicklung beträchtlich. Falls die Wärmeentwicklung nicht unterbrochen wird, wird das Reibmaterial zerstört.

Das Material auf halb metallischer Basis zeigt einen gleichförmigeren Gesamt-Reibungskoeffizienten als das Material auf organischer Basis, ohne daß sich während des zweiten Fadings eine Reibschlußspitzc ergibt, so daß die Gefahr einer Selbstzerstörur.; verringert wird.

Das erfindungsgemäße Material zeigt einen noch gleichförmigeren Reibungskoeffizienten als die vorstehenden Materialien innerhalb des Temperaturbereiches der sich bei den oben angeführten Versuchen durch aufeinanderfolgende, sich wiederholende Abbremsungen bis zum Stillstand ergab. Bei diesem Material besteht somit eine geringere Gefahr der Selbstzerstörung als bei anderen Reibmaterialien, da die Wärmeentwicklung verhältnismäßig konstant bleibt.

Es hat sich herausgestellt, daß sich in manchen Fällen beim reibschlüssigen Eingriff von Materialien der erfindungsgemäßen Art eine Geräuschentvicklung ergibt. Um diese Geräuschbildung" zu unterdrücken, werden der Mischung gemäß Beispiel zwischen 0 und 10 Vol.-°/o eines Elastomers zugesetzt. Das Elastomer modifiziert die Mischung soweit, daß die Geräuschbildung verringert wird, hat jedoch keinen merklichen Einfluß auf das Gesamtmaterial und beeinträchtigt daher nicht den Reibungskoeffizienten desselben.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Reibmaterial für Kraftfahrzeugbremsbeläge mit der folgenden Zusammensetzung in Vol.-°/o der Gesamtmischung:

10 bis 55 Metall- oder Metalloxidpartikel

10 bis 75 Kohlenstoffpartikel

15 bis 35 organisches Harz

sowie ggf. weitere übliche Zusätze,