DE3232865A1

DE3232865A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines reibelements

Info

Publication number: DE3232865A1
Application number: DE19823232865
Authority: DE
Inventors: Melvyn Redditch Worcestershire Ward
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1981-09-03
Filing date: 1982-09-03
Publication date: 1983-03-10
Also published as: JPS5873707A; IT8249062A0; FR2512146A1; DK392982A; US4456578A; IT1154341B; GB2106823B; GB2106823A; JPS6261084B2

Description

HOFFMANN τ 3$ΪΊΧ13.<Χ PAIiTNER

DR. ING. E. HOFFMANN (1?30-197έ) - DIPl.-ING. W.E ITlE - DK. RER. NAl. K. HOF FMANN . Dl Pl. -ING. W. UHN

DIPl.-ING. K. FOCHSlE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEILASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-BDOO MD N CH E N 81 · TE IE FON (OBfJ »11087 . TE IE X 05.79419 (PATHEJ

Lucas Industries Public 37 439

Limited Company

Birmingham

Großbritannien

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung

eines Reibelements

Die Erfindung bezieht sich auf ein Reibelement für eine Kraftwagen- oder Kraftrad-Scheibenbremse und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen Reibelements.

Wie man in den Fig. 1a und 1b der beigefügten Zeichnungen sieht, umfaßt ein Reibelement für eine Kraftradscheibenbremse gewöhnlich eine unregelmäßig geformte Druckplatte 9, die typisch aus Weichstahl besteht und einen einzigen, gesinterten Reibbelag 10 trägt, der typisch eine Quer-

schnittsfläche in der Größenordnung von 1800 mm aufweist. Im Gegensatz dazu umfaßt ein Reibelement für eine Traktorscheibenbremse gewöhnlich eine allgemein kreisförmige Druckplatte, die eine Vielzahl von ringförmig im Abstand angeordneten Reibbelägen trägt,

die benachbart zum Umfang mindestens einer Hauptfläche der Platte angeordnet sind und jeweils typischerweise eine Querschnittsfläche von lediglich etwa 130 mm aufweisen. In jedem Fall besteht der oder jeder Reibbelag normal aus einer gesinterten Reibmischung, wie Kupfer, Nickel, Eisen oder Aluminium als ihre Hauptbestandteile zusammen mit verschiedenen Additiven zur Verbesserung der Eigenschaften des Belags.

Gegenwärtig werden Reibelemente für Motorradscheibenbremse normalerweise durch Kaltpressen des pulverförmigen Reibmaterials zu einem Vorformling und dann nach Anordnen des Vorformlings an seiner Stellung auf der Druckplatte durch Ofensintern des Vorformlings unter Druck, so daß der Vorformling zu dem gewünschten Belag gesintert und mit der Druckplatte verbunden wird, hergestellt. In dem Fall, in dem eine Druckplatte aus Weichstahl und ein Reibbelag auf Kupferbasis verwendet wird, kann eine zufriedenstellende Verbindung nur bei Temperaturen erreicht werden, bei denen die Ofensinterung durchgeführt wird (d.h. 700 bis 900°C), wenn die Druckplatte mit einer Schicht eines Bindehilfsmittels, wie z.B. Nickel oder Kupfer vorbeschichtet ist, normalerweise mittels elektrolytischer Beschichtung, wobei die Beschichtung gewöhnlich zwischen 0,01 und 0,025 mm dick ist. Obwohl durch diese Vorbeschichtung mittels des Ofensinterns zufriedenstellende Reibelemente hergestellt werden können, leidet das Verfahren an einer Reihe von praktischen Nachteilen, insbesondere an den hohen Kapitalkosten und den Raumerfordernissen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß infolge der beträchtlichen Zeit bei höherer Temperatur die Druckplatte weichgeglüht wird.

Bei den Traktorscheibenbremsen ist nicht nur die Verwendung des Ofensinterns, sondern ebenfalls die elektrische Widerstandserhitzung (s. britisches Patent

1 460 592) zum Sintern und Verbinden vorgeformter Reibbeläge mit einer Druckplatte bekannt. Obwohl weiter das Widerstandssintern gewöhnlicher Reibbeläge auf Kupferbasis an einer Weichstahldruckplatte ein Vorbeschichten der Druckplatte mit einem Bindematerial, wie z.B. Kupfer oder Nickel erfordert, hat sich das Widerstandsheizverfahren zur Herstellung zufriedenstellender Reibelemente ohne hohe Kapitalkosten und Raumnachteile, wie dies beim Ofensintern der Fall ist, herausgestellt.

Im Hinblick auf diese Vorteile hat man das oben erwähnte Widerstandssinterverfahren zur Herstellung von Reibelementen bei Kraftwagen- und Kraftradscheibenbremsen verwendet. Hierbei werden die entsprechenden Elektroden mit der Druckplatte und dem vorgeformten Reibbelag in elektrische Berührung gebracht, woraufhin ein elektrischer Strom zwischen den Elektroden so fließt, daß aufgrund des elektrischen Widerstands der Reibbelag gesintert und mit der Druckplatte verbunden wird. Hierbei stellten sich jedoch die folgenden Probleme heraus:

a) Im Hinblick auf die große Querschnittsfläche des gewünschten Reibbelags ist es schwierig, einen guten Kontakt zwischen einem vorgeformten Reibbelag und seiner zugeordneten Elektrode über die gesamte Oberfläche des Vorformlings zu erreichen.

b) Man fand heraus, daß der zur Bewirkung des Widerstandsheizens verwendete elektrische Strom nicht gleichförmig durch das Reibbelagmaterial floß, so daß, beispielsweise bei Verwendung eines Gleichstroms, der Strom dazu neigte, tunnelförmig durch die Mitte des Belags zu fließen. Dies führte dazu, daß ein unterschiedlicher Sintergrad des Reibbelags in Richtung quer zur Fließ-

richtung des Stroms erhalten wurde.

c) Aus dem gleichen Grund wie bei a) war es schwierig, einen guten und gleichförmigen Kontakt zwischen der Druckplatte und der zugeordneten Elektrode ohne unerwünschte Steigerung des auf die Elektrode aufgebrachten Drucks zu erhalten.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Reibelements für eine Kraftwagen- oder Kraftradscheibenbremse mittels elektrischer Widerstandsheizung zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 und 16 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Entsprechend besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung eines Reibelements aus einem gesinterten, mit einer elektrisch leitenden Druckplatte verbundenen Reibbelag, das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

a) Einbringen eines pulverförmigen Reibmaterials, das beim Sintern den gewünschten Reibbelag erzeugt, in eine

die Form des Reibbelags begrenzende Formvertiefung, die auf einer Seite mittels der Druckplatte verschlossen wird, wobei das Reibmaterial die eine Hauptfläche der Druckplatte berührt,
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b) Anbringen einer ersten Widerstandsheizelektrode an der anderen Hauptfläche der Druckplatte, wobei die erste Elektrode die Druckplatte mittels einer Endfläche berührt, die eine Aussparung mit einem Einsatz aus einem weniger elektrisch leitenden Material als das restliche der ersten Elektrode aufweist,

c) Einführen einer zweiten Widerstandsheizelektrode in die Formvertiefung, so daß das pulverförmige Reibmaterial zwischen der ersten und zweiten Widerstandsheizelektrode angeordnet ist und mit ihnen in elektrischem Kontakt steht,

d) Bewirken einer Bewegung der ersten und zweiten Elektrode relativ zueinander und zueinander hin, so daß das Reibmaterial in der Formvertiefung gegen die Druck-

TO platte zusammengedrückt wird, wobei gleichzeitig

e) ein elektrischer Strom zwischen den Elektroden durch die Druckplatte und das Reibmaterial zum Sintern des Reibmaterials zu dem gewünschten Reibbelag und zum Verbinden des Reibbelags mit der Druckplatte fließt.

Die Vorrichtung zur Herstellung eines Reibelements aus einem gesinterten, mit einer elektrisch leitenden Druckplatte verbundenen Reibbelag zeichnet sich aus durch eine die Form des Reibbelags begrenzende Formvertiefung, deren eine Seite zum Verschließen mittels der Druckplatte angeordnet ist, eine erste Widerstandsheizelektrode, die zum Eingriff mit einer der der Formvertiefung zugewandten Hauptfläche der Druckplatte gegenüberliegenden Hauptfläche angeordnet ist, eine zweite Widerstandsheizelektrode, deren Endfläche mit der der mittels der Druckplatte verschlossenen Seite der Formvertiefung gegenüberliegenden Seite in Eingriff bringbar ist, wobei die erste und zweite Elektrode relativ zueinander und zueinander hin zum Zusammendrücken des pulverförmigen Reibmaterials in der Formvertiefung bewegbar sind, während zwischen den Elektroden zum Sintern des Reibmaterials zu dem gewünschten Reibbelag und zum Verbinden des Reibbelags mit der Druckplatte ein Strom fließt, und eine in der die Druckplatte in Eingriff nehmenden Endfläche der ersten Elektrode angeordnete Aussparung,

die mindestens teilweise mit einem Einsatz aus einem weniger elektrisch leitenden Material als das restliche der ersten Elektrode gefüllt ist.

Das Vorsehen des Reibmaterials auf der Druckplatte in pulveriger Form, das innerhalb der Formvertiefung enthalten ist, statt das Material zu einem Vorformling vorzupressen, stellt einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem Reibmaterial und der zweiten Elektrode über die gesamte Arbeitsfläche der zweiten Elektrode sicher. Weiter ist es durch Vorsehen einer Aussparung in der Endfläche der ersten Elektrode, die zumindest teilweise mit einem weniger leitfähigen Einsatz gefüllt ist, möglich, den Stromfluß durch eine bestimmte Zone des Reibmaterials zu unterdrücken und dadurch die Stromverteilung während des Verfahrensschritts e) zu verbessern. In dieser Hinsicht wird bevorzugt, daß die Aussparung mit dem Einsatz in der Zone der ersten Elektrode vorgesehen ist, durch die sonst vorzugsweise -während des Widerstandsheizens der Strom fließt. D.h., daß bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem ein Gleichstrom in Verfahrensschritt e) verwendet wird, die Aussparung an einer im allgemeinen mittig angeordneten Stelle in der Endfläche der ersten Elektrode angeordnet ist. Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, in dem in Verfahrens schritt e) ein Wechselstrom verwendet wird, die Aussparung mit dem Einsatz benachbart zum Umfang der Endfläche der ersten Elektrode aufgrund des sog. "skin-Effekts" angeordnet, der auftritt, wenn man einen Wechselstrom verwendet.

Der skin-Effekt wird noch verstärkt, wenn man einen Hochspannungswechselstrom und große Leiter, wie in der vorliegenden Erfindung, verwendet. Es wird angenommen, daß bei irgendeiner Energiequelle die wirksamste Heizung stattfindet, wenn der Strom durch ungefähr die

Mitte der Belagmittellinie und dem Umfang der Formvertiefung fließt. Dies stellt einen Kompromiß zwischen einer überhitzung der Mitte aufgrund eines mittleren Stromwegs und einem übermäßigen Verlust an die Form aufgrund eines ümfangstromwegs dar. Unter dieser Voraussetzung wird der Einsatz vorzugsweise so angeordnet, daß die wirksamste Heizung erreicht wird.

Damit der Einsatz seine erforderliche Funktion der Stromunterdrückung durch eine vorbestimmte Zone des Reibmaterials erfüllen kann, ist es lediglich notwendig, daß der Einsatz eine geringere elektrische Leitfähigkeit als das restliche Material der ersten Elektrode aufweist. Aus praktischen Überlegungen heraus ist es jedoch wünsehenswert, daß ein beträchtlicher Unterschied der entsprechenden Leitfähigkeiten des Einsatzes und des Rests der Elektrode besteht, und im besonderen soll das Verhältnis des elektrischen Widerstands des Einsatzes zu dem Rest der ersten Elektrode größer als 100 : 1 sein. In Anbetracht dieser Forderung und der Notwendigkeit für den Einsatz,ausreichend thermisch stabil und stoßbeständig zu sein^ sind bevorzugte Materialien für den Einsatz Graphit, Siliziumnitrid und ein Silizium-Aluminiumoxynitrid-Keramikmaterial, das folgender allgemeinen Formel genügt:

wobei ζ größer als 0 und kleiner oder gleich 5 ist.

Weiter wird bevorzugt, daß der Einsatz die Aussparung in der Endfläche der ersten Elektrode nur teilweise ausfüllt, und insbesondere, daß der Einsatz kurz vor der einen Endfläche der ersten Elektrode endet. Dies hat einen doppelten Zweck: (1) Die Kontaktzone zwischen der ersten Elektrode und der Druckplatte wird vermindert, welches wiederum den Berührungsdruck zwischen

ihnen steigert. Somit ist es, auch bei einem relativ geringen Druck während des Verfahrensschritts d)
möglich, einen passenden gleichförmigen elektrischen Kontakt zwischen der ersten Elektrode und der Druckplatte sicherzustellen, auch wenn die Druckplatte

kleinere Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweist und
(2) ist es möglich, die Verformung der Druckplatte
während des Widerstandssinterns so klein wie möglich zu halten, während gleichzeitig die Möglichkeit vermieden wird, daß die ersten Elektrode nur die Druckplatte mittels des Einsatzes berührt. Eine derartige Berührung kann zu einer übermäßigen örtlichen Erhitzung der Druckplatte führen, wenn der Einsatz aus einem
Material mit einem hohen elektrischen Widerstand besteht, so daß es in einigen Fällen wünschenswertist,eine Ringnut rings um die Kante des Einsatzes vorzusehen, um dadurch irgendeine Neigung einer bevorzugten Stromrichtung durch die Kantenzone des Einsatzes zu vermindern.

Man kann ein oder mehrere Aussparungen für den oben
beschriebenen Zweck vorsehen. Derartige weitere Aussparungen können die Form von Nuten aufweisen, die
außerhalb der erst-erwähnten Aussparung liegen. Die
oder mindestens eine der weiteren Aussparungen können kontinuierlich, vorzugsweise ringförmige Nuten sein, die die ersterwähnte Aussparung umgeben, und/oder man kann ein oder mehrere getrennte Aussparungen vorsehen. Derartige weitere Aussparungen können je nach Wunsch entsprechende Einsätze enthalten oder nicht.

Die Verwendung einer mittleren Aussparung allein ist auf die Fälle begrenzt, bei denen die gewünschte Wirkung mit einer Aussparungsgröße erzeugt wird, die keine Verbiegung der Druckplatte erlaubt.

Es wird bevorzugt, daß die gewünschte Anordnung der Nut(en), Aussparung(en) und des Einsatzes bzw. der Einsätze ein umfassender Kompromiß zwischen der thermischen Leitfähigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit und der mechanischen Tragfähigkeit ist.

Die Dicke des zu erzeugenden Reibbelags liegt normalerweise zwischen 3 mm und 7 mm. Wenn die erforderliche Dicke innerhalb dieses Bereichs zunimmt, findet man, daß die mittels des Einsatzes in der ersten Elektrode unterdrückte bevorzugte Stromrichtung sich bei oder benachbart zur zweiten Elektrode einstellt. Dies kann zu einem nicht gleichförmigen Sintern der von der Druckplatte entfernten Zone der Reibmischung führen.

Um dieses Problem so klein wie möglich zu halten, wird die zweite Elektrode vorzugsweise an ihrer Endfläche, die der Reibmischung zugewandt ist, mit einer Aussparung versehen, die an einer ähnlichen Stelle wie die Aussparung in der ersten Elektrode angeordnet und vorzugsweise mit ihr ausgerichtet ist,und die mit einem weiteren Einsatz aus einem Material gefüllt ist, das eine geringere elektrische Leitfähigkeit als das der zweiten Elektrode aufweist. Wieder ist das Verhältnis des zweiten elektrischen Widerstands des weiteren Einsatzes zu dem Rest der zweiten Elektrode vorzugsweise größer als 100 : 1. Im Fall des weiteren Einsatzes wird bevorzugt, daß dieser vollständig die Aussparung in der zweiten Elektrode ausfüllt.

Alternativ oder zusätzlich zum weiteren Einsatz in der zweiten Elektrode kann es insbesondere in den Fällen, in denen die Dicke des Reibbelags innerhalb des oben begrenzten Bereichs abnimmt, wünschenswert sein, die zweite Elektrode mit dem Reibmaterial mittels einer Subelektrode in Berührung zu bringen, die von der

zweiten Elektrode getrennt ist und die aus einem Material besteht, das einen höheren elektrischen Widerstand als die zweite Elektrode aufweist. Das Vorsehen einer Subelektrode steigert den gesamten elektrischen Widerstand und vermindert daher den zur Erzeugung einer bestimmten Widerstandsheizwirkung erforderlichen Strom. Weiter erleichtert die Subelektrode das Sintern eines breiten Bereichs des Reibmaterials, da sie als Heizelement wirkt und ist von besonderem Wert, wenn das Material einen geringeren inneren Widerstand aufweist. Schließlich ist es durch geeignete Auswahl des Materials der Subelektrode möglich, die Gefahr zu vermindern, daß das Reibmaterial mit der zweiten Elektrode während des Widerstandssinterns verschweißt, insbesondere, wenn die zweite Elektrode Kupfer enthält. Reibmaterialien, die einem Verschweißen vorbeugen, sind jene, die eine wesentliche Menge flüssigen Materials, insbesondere Sn und Al enthalten, z.B. das weiter unten erwähnte Material B.

Das Verhältnis des elektrischen Widerstands der Subelektrode zu dem der zweiten Elektrode ist typisch größer als 50 : 1. Das bevorzugte Material für die Subelektrode ist Graphit.

Es wird ebenfalls bevorzugt, daß irgendein temperaturbeständiges bekanntes Formmaterial für die Herstellung der erfindungsgemäßen Reibmaterialien genügt, vorausgesetzt, daß seine elektrischen und thermischen Eigenschäften im wesentlichen über den Heizbereich konstant bleiben. Um jedoch eine Massenproduktion billiger Teile mit genauen Abmessungen zu ermöglichen, ist es wichtig, daß das zur Herstellung der Form verwendete Material, in dem die Formvertiefung ausgebildet wird, leicht formbar und von annehmbaren Kosten ist, eine gute Temperaturschockwiderstandsfähigkeit, Abriebswiderstandsfähigkeit

und thermische Stabilität aufweist und einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand hat, um ein Umfließen des Werkstücks durch den Strom zu verhindern. Aufgrund dieser Gesichtspunkte wird bevorzugt, daß das Material ein heißgepreßtes Siliziumnitrid oder ein heißgepreßtes oder offen gesintertes keramisches Material ist, das mindestens 90% Silizium-Aluminiumoxynitrid enthält, das der folgenden allgemeinen Formel genügt:

^Si6-z^Al _Z ^N8-_Z°z

wobei ζ größer als 0 und kleiner gleich 5 ist.

Das zur Herstellung der Druckplatte verwendete Material ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß die Druckplatte elektrisch leitend ist und eine ausreichende Festigkeit zur Aufnahme der Reibbelags im Betrieb aufweist. Vom Kostenstandpunkt wird die Druckplatte normalerweise aus Stahl, vorzugsweise aus Weichstahl hergestellt, obwohl ebenfalls andere Materialien, wie z.B. Kupfer und Nickel verwendet werden können, wenn sie nicht aufgrund der Kosten ausgeschlossen sind. Die Verwendung einer Weichstahldruckplatte mit einer gewöhnlichen Reibmischung auf Kupferbasis erfordert, daß die Druckplatte mit einem Bindemittel, wie z.B. Nickel oder Kupfer vorbeschichtet wird, um eine zufriedenstellende Verbindung der Beläge mit der Druckplatte während des Widerstandssinterns sicherzustellen. Man hat jedoch herausgefunden, daß man ausgezeichnete Verbindungen von Reibbelägen auf Kupferbasis mit Weichstahldruckplatten erhält, wenn nur eine sehr dünne Schicht (1 bis 2 μη Dicke) des Bindemittels auf der Druckplatte mittels z.B. stromloser Nickelbeschichtung vorhanden ist. Dies steht im Gegensatz zu der 0,01 bis 0,025 mm dicken Beschichtung, die normalerweise bei Weichstahldruckplatten beim Ofensintern erforderlich ist, um

einen Reibbelag auf Kupferbasis an der Druckplatte zu befestigen.Beim Widerstandssintern gemäß der Erfindung wird angenommen, daß die dünne Schicht des Bindemittels sehr schnell in das Reibmaterial während des Sinterns diffundiert, woraufhin eine wirklich metallurgische Bindung zwischen der metallischen Matrix des Reibmaterials und einer chemisch reinen Eisenfläche der Druckplatte ausgebildet wird.

Man hat festgestellt, daß, wenn die Druckplattaimit einem Wasserstrahlverfahren gereinigt werden, man eine typische Oberflächerauhigkeit von 0,8 bis 1,3 pm CLA (centre line average = Mittelliniendurchschnitt) erhält und ein Beschichten notwendig ist, um eine zuverlässige Verbindung sicherzustellen. Wenn jedoch ein trockenes Grobblasverfahren verwendet wurde, erhielt man eine Oberflächenrauhigkeit von 7,7 bis 8,7 [im CLA, wobei festgestellt wurde, daß mit den meisten Materialien eine Verbindung erreicht wurde, insbesondere mit denen, die eine Flüssigphase (s. Beispiel 3 weiter unten) enthielten. Dies wird der größeren Oberflächenzone, der aufgrund des trockenen Verfahrens saubereren Oberfläche und der Anwesenheit einer kalt bearbeiteten Schicht zugeschrieben, die sich während des Sinterns rekristallisiert, welches den Erhalt einer Diffusionsbindung unterstützt. Eine mikroskopische Untersuchung der Verbindung hat gezeigt, daß sogar bei dem Vorhandensein von Sn wesentliche Zonen der Verbindung aus Widerstandsschweißungen statt aus Widerstandslötungen bestehen. Die Verwendung beschichteter Druckplatten stellt jedoch die Gleichförmigkeit der Verbindung nach unterschiedlichen Lagerzeiten sicher.

der Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind zum Bewirken

des Verfahrensschritts e) verwendete Strom und die Zeit, in der der Strom fließt von der gleichen Größen-

Ordnung wie jene, die beim gewöhnlichen Widerstandssinterverfahren verwendet werden. So wird beispielsweise ein Strom von typisch 10000 bis 100000 Ampere

2 verwendet, wobei die Stromdichte 5,4 bis 5 4 Ampere/mm und die Erwärmungszeit bis zu 15 s beträgt. Es wird jedoch bevorzugt, daß die in der Praxis verwendeten genauen Werte von solchen Parametern wie der Zusammensetzung des Reibmaterials und der Dicke der gewünschten Reibbeläge abhängt. Allgemein wird jedoch bevorzugt, daß der Strom zum Widerstandssintern ein Gleichstrom statt eines Wechselstroms ist. Frühere Versuche haben gezeigt, daß die bei einem Wechselstrom anfangs erhaltenen Spannungsspitzen zu einem unkontrollierten Zusammenbruch des Widerstands innerhalb des Werkstücks führen.

Das Material der Elektrode ist nicht kritisch, so daß man die Elektrodenmaterialien verwenden kann, die beim gewöhnlichen Widerstandssinterverfahren verwendet werden.

So besteht beispielsweise die Arbeitsspitze jeder Elektrode aus einer Kupfer/Wolframlegierung, obwohl zur Verhinderung des Verlötens der zweiten Elektrode mit dem Reibbelag (wenn keine Subelektrode vorgesehen ist) es in einigen Fällen wünschenswert ist , kupferfreie Elektroden, beispielsweise aus einer Legierung aus Wolfram mit Eisen, Nickel und Molybdän zu verwenden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a, 1b eine Seitenansicht bzw. eine Auf

sicht auf ein Reibelement einer

Motorradscheibenbremse,

Fig. 2a bis 2e Fig. 1b ähnliche Ansichten zur Darstellung von Reibelementen, die eine andere Form der Druckplatte aufweisen,

Fig.

eine Schnittansicht der Vorrichtung zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Reibelements mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4a und 4b

eine Aufsicht bzw. eine Schnittansicht der ersten Elektrode der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 5a und 5b

Fig. 6a und 6b

eine Aufsicht bzw. eine Schnittansicht der zweiten Elektrode der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 5a bzw. Fig. 5b ähnliche Ansichten anderer Formen der zweiten Elektrode zur Verwendung mit der ersten Elektrode gemäß Fig. 4a und 4b,

Fig. 7a und 7b

Fig. 4a und 4b ähnliche Ansichten anderer Formen der ersten Elektrode zur Verwendung mit der zweiten Elektrode von Fig. 6a und 6b,

Fig.

ein Diagramm, in dem Strom, Spannung, Widerstand und Leistung über der Zeit in Bezug auf ein Widerstandssinterverfahren bei einem typischen Reibmaterial aufgetragen sind, und

Fig. 9 ein Diagramm/ in dem der spezifische

Widerstand über den Druck für verschiedene Reibmaterialien aufgetragen ist.

In der folgenden Beschreibung wird auf Beispiele pulverförmiger Reibmaterialien Bezug genommen, die als die Materialien A bis I bezeichnet werden. Diese haben die folgende ungefähre Zusammensetzung in Gewichtsprozent: 10

Material A

Kupfer - 68,9; Zinn - 5,8; Blei - 8,6; Graphit - 8,8; Siliziumoxid - 2,8; Aluminiumoxid - 4,9. 15

Material B

Kupfer - 70; Zinn - 9,1; Blei - 3,0; Graphit - 8,5; Siliziumoxid 1,0; Siliziumnitrid - 8,3. 20

Material C

Kupfer - 69; Zinn 9,0; Blei - 2,9; Graphit - 8,4; Siliziumoxid - 1,0; Aluminiumoxid - 9,7. 25

Material C1

Wie Material C, bei dem statt grobes kalziniertes Aluminiumoxidpulver feines reaktionsfähiges Aluminiumoxidpulver verwendet wird.

Material D

Kupfer - 78,1; Blei - 2,8; Graphit - 8,2; Aluminiumoxid - 10,9.

Material E

Kupfer - 66,9; Aluminium - 7,4; Blei - 3,3; Graphit 9,6; Aluminiumoxid - 12,8. 5 Material F

Kupfer - 43,1; Stahlfaser - 33,9; Blei - 2,9; Graphit - 8,6; Aluminiumoxid - 11,4. 10 Material G

Kupfer - 65,8; Graphit - 9,7; Siliziumoxid - 10,4; Aluminiumoxid - 11,3; Molybdändisulphid - 2,5. 15 Material H

Stahlfaser - 75,9; Blei - 3,1; Graphit - 9,0; Aluminiumoxid - 12,0. 20 Material I

Kupfer - 33; Eisen - 45; Blei - 1,1; Graphit - 9,8; Siliziumoxid - 10,1; Aluminiumoxid - 1,4.

Wie man in den Fig. 1 und 3 bis 5 sieht, besteht die verwendete Vorrichtung aus einer Form 11, die aus heißgepreßtem Siliziumnitrid oder noch bevorzugter aus einem offen gesinterten Keramikmaterial, das mindestens 90% Silizium-Aluminiumoxynitrid enthält, das der folgenden allgemeinen Formel entspricht:

Si^ Al N_Q 6-z ζ 8-z ζ

wobei ζ größer als 0 und kleiner gleich 5 ist. Die Form 11 wird auf bequeme Weise in Segmenten hergestellt,

die mittels eines konischen Preßsitzes in einen äußeren Wassermantel 12 eingesetzt werden, so daß sie eine im allgemeinen rechtwinklige Formvertiefung 13 ausbilden, die der Form des gewünschten Reibbelags 10 entspricht.

An einem Ende, das in der Praxis die Oberseite der Form darstellt, ist die Form 11 mit einer flachen glatten Oberflächenschicht versehen, so daß eine Übermaßdruckplatte 9 zum Abdichten des einen Endes der Formvertiefung 13 verwendet werden kann. Die Form 11 ruht auf nicht dargestellten Federn oder ebenfalls nicht gezeigten Luftzylindern, so daß im Betrieb, wenn eine Charge eines pulverförmigen Reibmaterials 14 in der Formvertiefung 13 aufgenommen wird, auf die Druckplatte 9 mittels einer ersten Elektrode 15 eine Kraft aufgebracht werden kann, um die Druckplatte und die Form in Richtung der zweiten Elektrode 16 zu drücken, die in der Formvertiefung aufgenommen ist. Das pulverförmige Reibmaterial 14 wird dadurch gegen die Druckplatte 9 zusammengedrückt, so daß, wenn zwischen den beiden Elektroden 15 und 16 ein elektrischer Strom fließt, das Reibmaterial zu dem gewünschten Reibbelag 10 gesintert wird und der Belag mit der Druckplatte 9 verbunden wird.

Fig. 2a bis 2e zeigen zu der in Fig. 1b gezeigten Form alternative Formen der Druckplatte. Die vorliegende Erfindung kann bei Reibelementen verwendet werden, deren Druckplatten irgendeine dieser Formen aufweisen.

Wie in den Fig. 4a und 4b gezeigt, umfaßt die erste Elektrode 15 einen Arbeitskopf 17, der an seiner freien Endfläche (das ist die Fläche, die für den Eingriff mit der Druckplatte 9 im Betrieb vorgesehen ist) eine in der Mitte angeordnete, allgemein kreisförmige Aus-

sparung 18 und eine weitere Aussparung in Form einer Ringnut 19 konzentrisch zu und außerhalb der Aussparung 18 aufweist .Außerhalb der Aussparung 18 und der Nut 1 9 ist die freie Endfläche des Arbeitskopfes 17 so bearbeitet, daß sie flach und glatt ist. In die Aussparung

18 ist mittels eines Preßsitzes ein kreisförmiger Graphiteinsatz 21 eingesetzt, der so angeordnet ist, daß er kurz vor der freien Endfläche des Arbeitskopfes 17 in einem Abstand von etwa 0,1 mm endet. An seiner äußersten Fläche ist der Umfang des Einsatzes 21 weggeschnitten, um mit der Wand der Aussparung 18 eine weitere Nut 22 auszubilden, die konzentrisch zur Nut

19 angeordnet ist. In einer praktischen Ausführungsform besteht der Arbeitskopf 17 aus einer Kupfer/WoIfram-Legierung, die von der Firma Johnson Matthey unter der Bezeichnung 10W3 verkauft wird und einen spezifischen Widerstand von 5 Mikroohm cm aufweist. Bei dieser Ausführungsform hat die Aussparung 18 einen Durchmesser von 28 mm und eine Tiefe vom 3,5 mm und nimmt einen Einsatz 21 aus Fordath EC3 Graphit auf, der einen spezifischen Widerstand von 1680 Mikroohm cm aufweist. Somit lag das Verhältnis des Widerstands des Einsatzes 21 zum Widerstand einer entsprechenden Länge des Rests des Elektrodenarbeitskopfes 17 in der Größenordnung von 1000 : 1. Die Nut 19 in der praktischen Ausführungsform hat eine Tiefe von 0,5 mm und einen äußeren Durchmesser von 46 mm und einen Innendurchmesser von 40 mm, wohingegen die Nut 22 eine Tiefe von 1 mm, einen äußeren Durchmesser von 28 mm und einen Innendurchmesser von 2 6 mm aufweist.

Wie in den Fig. 5a und 5b dargestellt, umfaßt die zweite Elektrode 16 einen Arbeitskopf 23, der in einer praktischen Ausführungsform aus einer Legierung aus 90% Wolfram mit Eisen, Nickel und Molybdän bestand,

wie sie von der Firma Johnson Matthey unter der Bezeichnung M4000 verkauft wird und die einen spezifischen Widerstand von 13 Mikroohm cm aufweist. An der freien Endfläche (d.h. die dem Reibmaterial zugewandte Fläche) ist der Arbeitskopf 23 eben und glatt mit der Ausnahme einer in der Mitte angeordneten, kreisförmigen Aussparung 24, die in der praktischen Ausführung eine Tiefe von 3 mm und einen Durchmesser von 24 mm aufwies. Mittels eines Preßsitzes ist in der Aussparung 24 ein sie ausfüllender Graphiteinsatz 25 angeordnet, der in dem praktischen Ausführungsbeispiel aus dem gleichen Fordath-Material wie der Einsatz 21 bestand. Somit betrug in der praktischen Ausführungsform das Verhältnis des Widerstands des Einsatzes 25 zum Widerstand einer entsprechenden Länge des Rests des Arbeitskopfes 23 der Elektrode etwa 370 : 1. Der Arbeitskopf 23 der Elektrode ist in einem gleichen allgemeinen rechtwinkligen Querschnitt wie der gewünschte Belag 10 und ist nach innen um etwa 0,5 mm in einem kleinen Abstand (3 mm in dem praktischen Ausführungsbeispiel) von dem freien Ende abgestuft, so daß ein Verkanten der Elektrode 16 der Form 11 aufgrund eines nicht freigegebenen Blitzes beim vorherigen Widerstandssintern vermieden wird.

Wie in Fig. 3 dargestellt, umfaßt die in einem Beispiel verwendete Vorrichtung eine Subelektrode 26, die in der Formvertiefung 13 auf der freien Endfläche der zweiten Elektrodenspitze bzw. dem Arbeitskopf 23 befestigt, jedoch getrennt von dem Arbeitskopf 23 ausgebildet ist. Die Subelektrode 26 entspricht der Form der Formvertiefung 13 und bestand in dem praktischen Ausführungsbeispiel aus einem 4 mm dicken Block aus Fordath EC3 Graphit.

Der genaue Widerstand der Subelektrode hat sich nicht als kritisch herausgestellt. Vom praktischen Standpunkt

wird jedoch ein Widerstand bevorzugt, der in dem Bereich von 5 bis 50 Mikroohm liegt.

Die hier verwendeten Beispiele der Fordath Graphite haben die folgenden Widerstandskennwerte:

Grad	Dicke (mm)	Widerstand (Mikroohm)
EC 3	4	36
	2,8	25
EC 6	4	23
	3	17

Die Subelektrode kann einen Temperaturgradxenten innerhalb der zu sinternden Mischung erzeugen, so daß die Temperatur an der Sübelektrodenfläche hoch ist und in Richtung der ersten Elektrode abnimmt. Es wurde jedoch festgestellt, daß Änderungen der MikroStruktur aufgrund dieser Wirkung die Reibeigenschaften des gesinterten Materials nicht beeinflussen.

Im folgenden soll die Erfindung unter Bezugnahme auf praktische Beispiele beschrieben werden.

Beispiel 1

Eine 4,5 mm dicke Weichstahldruckplatte wurde zuerst entfettet und dann einem Trockensandstrahlen oder einem Kugelstrahlen unterworfen. Die Platte wurde dann durch Eintauchen in Wasser gewaschen und dann in einer 5%-igen Salzsäurelösung 1 bis 2 min gereinigt, bevor sie erneut in Wasser eingetaucht wurde. Darauf wurde die Platte stromlos bei 85 C 2 bis 3 min lang vernickelt, indem man IMASA4181 als Elektrolyt verwendete. Nach dem Entfernen des Elektrolyts wurde die Platte ungefähr 1 min lang in Wasser gewaschen und dann getrocknet. Wenn es notwendig war, wurde die Platte vor

dem darauffolgenden Verarbeiten gelagert/ wobei die Lagerung in einer Umgebung mit einem Trockenmittel durchgeführt wurde.

Bei der Verwendung der Vorrichtung dieses einen praktischen Ausführungsbeispiels wurde eine Charge pulverförmiges Reibmaterial A, wie oben beschrieben, in die Formvertiefung 13 (die eine Querschnittsfläche von

2
1840 mm hatte) auf die Oberseite der Subelektrode 2 6 aufgebracht, die aus EC3 bestand und eine Dicke von 4 mm aufwies.

Das eine Ende der Formvertiefung wurde dann mittels der nickelbeschichteten Druckplatte verschlossen und die erste Elektrode 15 gegen die Druckplatte mit einem Druck von 5 407 KPa gedrückt, wodurch das Reibmaterial zwischen der Druckplatte und der Elektrode 16 und der Subelektrode 2 6 zusammengedrückt wurde. Gleichzeitig floß ein Strom von 22 χ 10 Ampere eines 3-phasigen 300 KVA Gleichstroms zum Sintern des Reibmaterials. Der Strom und der Druck wurden 8 s aufrechterhalten, in denen der Strom auf einen Endwert von 38 χ 10 Ampere anstieg. Der Stromfluß wurde dann beendet und die Anordnung unter Druck abgekühlt. Das sich ergebende Reibelement hatte einen Reibbelag 10 mit einer Dicke von 4,6 mm und einer relativen Dichte von 87,8%.

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch die Subelektrode 26 entfernt wurde. In diesem Fall betrug der zwischen den Elektroden fließende Anfangsstrom 23 χ 10 A und stieg während der 8 s des Widerstandssinterns auf 43 χ 10 A an. Der aufgebrachte Druck betrug wiederum 5407 KPa. Nach dem Abkühlen unter

Druck hatte der widerstandsgesinterte Reibbelag 10 eine Dicke von 4,77 mm und eine relative Dichte von 87,1%.

Beispiel 3

Neben anderen Faktoren ist die Heizwirkung proportional dem Widerstand des zu sinternden Materials. Bei einigen Materialien wurde festgestellt, daß es vorteilhaft ist, einen zweiten größeren als den ersten Druck aufzubringen, der nach einiger Zeit t während des Erwärmens aufgebracht wird. Der erste Druck sollte dann bei einem Niveau gehalten werden, um das Widerstandserwärmen während des ersten Stadiums des Sinterns optimal zu machen, während die gewünschte Enddichte leicht durch geeignete Steuerung des zweiten aufgebrachten Drucks erreicht wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn man eine hohe Enddichte wünscht. Wenn eine niedrige Enddichte gewünscht wird, ist es von Vorteil, auf den zweiten Druck zu verzichten, wobei jedoch ein erster niedriger Druck beibehalten wird, um das Widerstandserwärmen maximal zu machen und eine niedrige Dichte durch Verwenden einer kurzen Verfahrenszeit erreicht wird. Weiter ist es von Vorteil, um das Erwärmen der Subelektrode so gering wie möglich zu machen, den Temperaturgradienten durch die Dicke des Materials zu vermindern.

In diesem Beispiel wurde Beispiel 1 mit einer Füllung des Materials B wiederholt, wobei der Strom, die Zeit und der erste und zweite Druck verändert wurden, um Reibbeläge unterschiedlicher Dichte, wie unten gezeigt, zu erzeugen:

Beispiel 3_a 3b 3c 3d 3e 3f

Subelektrodentyp EC6 EC3 EC3 EC3 EC3 EC3

Subelektrode

Dicke 3mm 4mm 4mm 4mm 4mm 4mm

Gesamtzeit(sec. ) 6 7 11 11 7 6

1. Druck

(KPa) 2758 2758 5517 5517 2758 5517

2. Druck

(KPa) 0 19310 11034 0 19310 0

Zeit t (see ) 3 3.4 3

.Strom (KA) - 27-39 28-35 28-33 26-37 18-25

anfänglicher _{4Q 4Q 15 15} ^ _5f.

spez.Widerstand

(Milliohm.cm)

Enddichfee 72.6 91.2 85.0 83.0 90.5 74.3

Enddichte 4.39 5.04-4.92 4.88 5.10 4.85

(mm)

Man erhielt zwischen dem Reibmaterial und der Druckplatte in den Beispielen 3a bis 3f zufriedenstellende Verbindungen, wobei die Druckplatten der Beispiele 3a und 3b beschichtet und die Druckplatten der Beispiele 3c bis 3f trocken grobgestrahlt und unbeschichtet waren. Aus Beispiel 3 sieht man, daß die anfänglichen spezifischen Widerstände für jedes der Beispiele 3a bis 3f angegeben wurden. Der anfängliche spezifische Widerstand ist ein wichtiger Parameter bei der Be-Stimmung der anfänglichen Verfahrenskennwerte, wie z.B. der Stromverteilung und der Wärmewirkung im frühen Sinterstadium. Das Diagramm von Fig. 8 zeigt die elektrischen Parameter (Spannung, Strom, Leistung und Widerstand) und ihre Veränderung während des Sinterns für einen typischen Bremsbelag, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Es ist offensichtlich, daß obwohl der Widerstand schnell abnimmt, das Widerstandserwärmen anfangs sehr wirkungsvoll stattfindet, wie dies mittels der Leistungsspitze entsprechend einem niedrigen, jedoch anfänglich ansteigenden Strom gezeigt wird.

Wenn der anfängliche spezifische Widerstand zu hoch ist, ist die offene Schaltkreisspannung entweder unzureichend, um den Gesamtwiderstand des Materials aufzuheben oder noch wahrscheinlicher tritt ein Zusammenbruch nur örtlich ein. Die dadurch bedingte künstlich hohe Stromdichte kann ein örtliches Schmelzen bewirken. Kenntnis des spezifischen Widerstands des pulverförmigen Materials ist daher in erster Linie wichtig, um zu bestimmen, ob das Material gleichförmig zusammenbricht und ebenfalls um eine Bestimmung der anfänglichen Verfahrensparameter zu ermöglichen, die für ein gleichförmiges Sintern erforderlich sind.

Der spezifische Widerstand des Pulvers kann bestimmt werden, indem man eine Probe des pulverförmigen Materials in eine geeignete elektrisch isolierte Form zwischen zwei Elektroden aus einer M4000-Legierung einbringt. Dann laßt man einen konstanten Gleichstrom durch die Probe fließen und bestimmt den spezifischen Widerstand bei verschiedenen angelegten Drücken durch Feststellung des Spannungsabfalls über der Kurve und durch Feststellen der Probendicke. 10

Typische für die Materialien C, C1, B und I erhaltene Ergebnisse sind in Fig. 9 dargestellt.

Es ist offensichtlich, daß der spezifische Widerstand durch Verändern des aufgebrachten Drucks und folglich die Dichte, die Zusammensetzung und die Morphologie der in dem Material enthaltenen Pulverbestandteile beeinflußt werden kann.Es ist daher möglich, den anfänglichen spezifischen Widerstand des pulverförmigen Materials so einzustellen, daß man ein gleichförmiges anfängliches Sintern erhält. Es muß jedoch sorgsam auf andere komplizierte Faktoren geachtet werden, so z.B. daß der gewünschte aufgebrachte Druck eine ungewünschte Dichte erzeugt. Die Reibleistung des gesinterten Belags ist ebenfalls von \seiner Zusammensetzung abhängig, wie dies bekannt ist.

Es wurde festgestellt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt ein anfänglicher spezifischer Widerstand unterhalb von 200 Milliohm cm verwendet wird, um eine gesteuerte Stromverteilung sicherzustellen.

Man hat festgestellt (s. Fig. 9), daß der spezifische Widerstand des Materials I kaum bis zu diesem Niveau vermindert werden konnte, auch bei dem höchsten aufgebrachten Druck nicht. Entsprechend sinterte es nicht

in einer gesteuerten Weise ohne Änderung der Zusammensetzung oder der Teilchenmorphologie. Man sieht in Fig. 9, da'ß obwohl das Material C bei niedrigen Drücken einen hohen spezifischen Widerstand aufweist, dieser auf einen annehmbaren Wert bei annehmbaren Drücken vermindert werden konnte, z.B. bei 6897 KPa betrug der spezifische Widerstand 80 Milliohm cm. Dies ist weiter in Beispiel 4 fortgeführt.

Beispiel 4

Die zweite Elektrode des vorangegangenen Beispiels (d.h. die Elektrode der Fig. 5a und 5b) wurde durch die in den Fig. 6a und 6b ersetzt. Geometrisch ist die zweite Elektrode 116 der Fig. 6a und 6b der von Fig. 5a und 5b ähnlich und umfaßt einen Elektrodenkopf 123 aus einer Cu-W-Legierung (Matthey 10W3). Die Spitze oder der Arbeitskopf 123 hat eine in der Mitte angeordnete kreisförmige Aussparung 124 mit einem Durchmesser von 24 mm und einer Tiefe von 3,5 mm. Die Aussparung 124 war vollständig mit einem Einsatz 125 aus Fordath EC3 Graphit gefüllt.

Eine Subelektrode 26 ebenfalls aus EC3 Graphit mit einer Dicke von 4 mm wurde in dieser Anordnung verwendet, um eine Füllung Reibmaterial C zu bearbeiten. Das Verfahren soll im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben werden.

Eine Füllung des Materials C wurde in die Formvertiefung mittels Einstreichen angeordnet. Die Form wurde mit einer beschichteten Druckplatte der in Fig. 1b dargestellten Form verschlossen. Dann wurde ein Anfangsdruck von 6897 KPa auf das Werkstück über die erste bewegbare obere Elektrode 15 aufgebracht, um

einen spezifischen Widerstand von 80 Milliohm cm in der Pulvermischung zu erzeugen.

Die Energie wurde in drei aufeinanderfolgenden Stufen zugeführt:

1. Es wurde eine offene Schaltkreisspannung angelegt, die ausreichend war, um den Anfangswiderstand aufzuheben. In diesem Beispiel brach der Widerstand bei 7 Volt zusammen, worauf der Widerstand schnell abfiel, der Strom bis zu etwa 20 KA anstieg und die Energie ihren Spitzenwert erreichte.

2. In der zweiten Stufe wurde die maximale Energiezufuhr begrenzt, um ein Überhitzen zu verhindern und der Strom stieg allmählich bis auf 38 KA. Während dieser Periode stabilisierte sich der Widerstand.

3. In der dritten Stufe wurde eine verminderte Energiezufuhr verwendet, wobei der Strom auf 30 KA zur Verminderung der Anfangskühlgeschwindigkeit und des thermischen Schocks vermindert wurde.

Die gesamte Verfahrensdauer betrug ungefähr 10 s und der erzeugte Belag hatte ein Sintergewicht von 47 g, eine relative Dichte von 82,7% und eine Sinterdicke von 4,88 mm.

Unter Verwendung der gleichen Anordnung wurde das Material B gesintert und an verschiedene Druckplatten wie folgt angebracht:

Druckplatte

Fig.2)

PI

KPa

P2 KPa

Zeit
■t¹

Gesamt- anfänglicher zeit spez.Widerstand

s Milliobm cm

i) 2a
(ii) 2e

(iv) 2b
(ν) 2a

5517 5517 6897 6897 6897

11034 3.4
11034 3.4

11 11 10 10 9

15 15 12 12 12

Sintergewicht

Sinterdicke

mm.

Sinterdichte 1.

Strom KA

(i)	48.6	4.97	85.2	30-39
(ü)	49.1	5.01	85.4	2S-38
(iü)	46.4	4.84	83.3	31-38
(iv)	46.5	4.86	83.3	32-38
(V)	46.5	4.85	83.5	29-36

Zusätzlich wurden 10 Proben unter Verwendung des Materials B und der Druckplatte von Fig. 1b unter ähnlichen Bedingungen zur Demonstration der Reproduzierbarkeit erzeugt. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:

Sintergewicht Sinterdicke

Sinterdichte

48,4 - 49,4 g 4,92 - 5,12 mm - 86,9%.

Man sieht, daß eine relativ kleine Streuung der Ergebnisse erhalten wurde.

Beispiel 5

Die erste in dem vorigen Beispiel verwendete Elektrode (d.h. die Elektrode gemäß der Fig. 4a und 4b) wurde durch die in den Fig. 7a und 7b dargestellte Elektrode ersetzt. Eine derartige Elektrode 115 besteht aus einer Cu-W-Legierung (Matthey 10W3). Ein Arbeitskopf bzw. eine Spitze 117 der Elektrode 115 hatte eine freie Endfläche mit einer in der Mitte angeordneten kreisförmigen Aussparung 118 (Durchmesser 28 mm) in die ein Graphiteinsatz 121 (Fordath EC3) mittels eines Preßsitzes eingebracht wurde. Die Elektrode 115 weist eine innere Ringnut 122 auf, die teilweise mittels eines flachen zurückgesetzten Teils rings um den Umfang der Aussparung 118 und teilweise mittels eines zurückgesetzten Teils rings um den Umfang des Einsatzes 121 begrenzt wird. Die Nut 122 hat eine Breite von 3 mm, eine Tiefe von 1 mm und einen inneren Durchmesser von 24 mm. Die freie Endfläche der Spitze 117 weist weiter eine äußere Ringnut 119 mit einer Breite von 3 mm, einer Tiefe von 0,5 mm und einem inneren Durchmesser von 40 mm auf. Die Nuten 119 und 122 sind an diametral gegenüberliegenden Stellen auf der Längsachse der freien Endfläche der Spitze 117 mittels eines Paares teilweise kreisförmiger Schlitze 126 und 127 mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Tiefe von 0,5 mm verbunden. An den von den Nuten 119 und 122 und den Schlitzen 126 und 127 getrennten Stellen ist die freie Endfläche der Spitze 117 flach und glatt bearbeitet. Wie im Fall der Ausführungsform der Fig. 4a und 4b endet der Einsatz 121 kurz vor der freien Endfläche der Spitze 117 in einem Abstand von etwa 0,1 mm (nicht dargestellt).

Typische Beispiele des Widerstandssinterverfahrens, das mit der oben beschriebenen ersten Elektrode in

Verbindung mit der zweiten Elektrode von Fig. 6 a und 6b durchgeführt wurde und eine Subelektrode 26 verwendete und die dabei erhaltenen Ergebnisse sind im folgenden dargestellt:

Material	Sub	Pl P2 'f	Gesamt- Strom
	elektrode	KPa KPa s	zeit _KA

	EC3x4min	5517 -	S
A	EC3x4mm	5517 - -	9 32-40
A	EC6x4mm	3450 -	9 32-40
Cl	EC6x4mm	8275 -	8.5 26-32
G	EC6x4mm	6897 -	7.5 31-37
E	EC6x4mm	8275 -	9 26-34
H	EC6x4mm	8275 15170 1	6 15-29
D	EC3x4mm	6205 -	8.5 30-38
ei ·	Sinter	Sinter	9 30-38
Material	gewicht	dicke	Sinter
	σ O	mm	dichte
	51.9	4.89	Ul /o
A	■ 52.0	5.04	87.4
A	52.6	5.39	86.5
Cl	41.9	5.29	83.8
G	45.9	5.27	82.2
E	26.1	3.14	85.4
H	55.0	5.50	76.8
D	51.7	5.24	84.0
Cl	84.7

Ähnliche Ergebnisse erhielt man, wenn der Graphit (Fordath EC3) Einsatz 121 durch einen Einsatz aus heißgepreßtem Siliziumnitrid oder gesintertem Siliziumaluminiumoxynitrid der Firma Lucas Syalon Limited, England ersetzt wurde.

Mit der ersten Elektrode gemäß Fig. 7a und 7b war es möglich, eine Verminderung der Heizzeit verglichen mit den in Beispiel 4 mit der ersten Elektrode gemäß Fig. 4a und 4b erhaltenen Ergebnisse zu erzielen. Dies beruhte auf der verminderten Berührungszone zwischen der ersten Elektrode und der Druckplatte und in der entsprechenden Verminderung der Formwirkung. Es wurde jedoch ebenfalls festgestellt, daß das Risiko des örtlichen Schmelzens gering ist.

Beispiel 6

Es wurde eine Probe des Materials F, das keinen Bestandteil aufweist, das die Erzeugung einer wesentlich flüssigen Phase erwarten läßt, wie in Beispiel 5 verarbeitet, wobei jedoch keine Subelektrode vorhanden war. Es wurde ein Anfangsdruck P1 von 5517 KPa, ein zweiter Druck P2 von 15170 KPa 6 s lang, ein Strom von 25 bis 36 KA über eine Gesamtzeit von 7,5 s aufgebracht. Die gesamte Enddichte betrug ungefähr 75%. Es wurde jedoch festgestellt, daß der mittlere Teil des Reibmaterials entsprechend dem Einsatz der Elektroden schlecht gesintert war. Obwohl dies nicht notwendigerweise bei einem Bremsbelag ein Nachteil ist, zeigt es die Fähigkeit des in der Mitte angeordneten Einsatzes zur Steuerung der Stromverteilung bei dieser Anwendung.

Dies sollte mit Beispiel 2 verglichen werden, in dem das Sintern ebenfalls ohne Verwendung einer Subelektrode bewirkt wurde, wobei jedoch das Material A verwendet wurde, bei dem man jedoch eine beträchtliehe flüssige Phase beim Sintern erwartete und daher die mittlere Zone gleichförmig sinterte. Wie jedoch bereits oben erwähnt, ist es in den Fällen, in denen das Reibmaterial eine beträchtliche Menge eines Flüssigphasenmaterials enthält, bevorzugt, daß eine Subelektrode verwendet wird.

Leerseite

Claims

HOFPMANN - BJTLE & FAKTNER

Γ AXE N ΤΑύ\" M Ä tVE

DR. ING. E. HOFfMANN [l?30-l?76J - DIFL.-l N G. W. E ITLE - D R. R ER. NAI. K. H O F FMANN . Dl PL.-I NG. W. IE HN

DIPL.-ING. K. fOCHSlE · DR. RE R. N AT. B. H AN SE N ARABEUASTRASSE 4 ISTERNHAUSJ - D-8000 MD N CH E N Bl · TE IEFON (DB?) yilt>87 . TE IE X 05??419 (PATHE)

Lucas Industries Public " 37 43

Limited Company Birmingham Großbritannien

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Reibelements

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Reibelements aus einem gesinterten/, mit einer elektrisch leitenden Druckplatte verbundenen Reibbelag, gekennz eichnet durch

a) Einbringen eines pulverförmigen Reibmaterials (14),

das beim Sintern den gewünschten Reibbelag (10) erzeugt, in eine die Form des Reibbelags (10) begrenzende Formvertiefung (13), die auf einer Seite mittels der Druckplatte (9) verschlossen wird, wobei das Reibmaterial (14) die eine Hauptfläche der Druckplatte (9) berührt,

b) Anbringen einer ersten Widerstandsheizelektrode

(15, 115) an der anderen Hauptfläche der Druckplatte (9), wobei die erste Elektrode (15, 115) die Druckplatte (9) mittels einer Endfläche berührt, die eine Aussparung (18, 118) mit einem Einsatz (21, 121) aus

einem weniger elektrisch leitenden Material als das restliche der ersten Elektrode (15, 115) aufweist ,

c) Einführen einer zweiten Widerstandsheizelektrode (16,116) in die Formvertiefung (13), so daß das

pulverförmige Reibmaterial (14) zwischen der ersten und zweiten Widerstandsheizelektrode (15, 115, 16, 116) angeordnet ist und mit ihnen in elektrischem Kontakt steht,

d) Bewirken einer Bewegung der ersten und zweiten Elektrode (15, 115, 16, 116) relativ zueinander und zueinander hin, so daß das Reibmaterial (14) in der Formvertiefung (13) gegen die Druckplatte (9) zusammengedrückt wird, wobei gleichzeitig

e) ein elektrischer Strom zwischen den Elektroden (15, 115 und 16, 116) durch die Druckplatte (9) und das Reibmaterial (14) zum Sintern des Reibmaterials (14) zu dem gewünschten Reibbelag (10) und zum Verbinden des Reibbelags (10) mit der Druckplatte (9) fließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Elektrode (15, 115) ebenfalls mindestens eine Nut (19, 22, 119, 122) oder einen Schlitz (126, 127) zur Erzeugung der gewünschten Heizwirkung im Verfahrensschritt e) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennz eichnet , daß der Einsatz (21, 121) die Aussparung (18, 118) nur teilweise ausfüllt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η ζ eichnet , daß der Einsatz (21, 121) kurz vor der Endfläche der Elektrode (15, 115) endet.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß rings um die Kante des Einsatzes (21, 121) eine Nut (22, 122) vorgesehen ist.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Elektrode (16, 116) eine dem Reibmaterial zugewandte ebene Endfläche ohne Aussparung aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennz eichnet , daß die zweite Elektrode (16, 116) eine dem Reibmaterial zugewandte Endfläche mit einer Aussparung (24, 124) aufweist, die vollständig mit einem Einsatz (25, 125) aus einem Material mit einer geringeren elektrischen Leitfähigkeit als das restliche der zweiten Elektrode (16, 116) gefüllt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des elektrischen Widerstands des Einsatzes (21, 121) der ersten Elektrode (15, 115) zu dem restlichen Teil der ersten Elektrode größer als 100 : 1 ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des elektrischen Widerstands des Einsatzes (25, 125) der zweiten Elektrode (16, 116) zu dem restlichen Teil der zweiten Elektrode (16, 116) größer als 100 : 1 ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennz eichnet , daß zwischen der zweiten Elektrode (16, 116) und dem pulverförmigen Reibmaterial (14) eine Subelektrode (26) vorgesehen ist, die sich über den Querschnitt der Formvertiefung (13) erstreckt und aus einem Material besteht, das eine geringere elektrische Leitfähigkeit als die zweite Elektrode (16, 116) aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des elektrischen Widerstands der Subelektrode zu dem der zweiten Elektrode (16, 116) größer als 50 : 1 ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennz eichnet , daß der Verfahrensschritt d) das Zusammenpressen des Reibmaterials bei einem ersten bestimmten Druck über eine bestimmte Zeitdauer und dann das Zusammenpressen des Reibmaterials bei einem zweiten bestimmten höheren Druck als dem ersten Druck umfaßt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennz eichnet , daß der erste bestimmte Druck so ist, daß das pulverförmige Reibmaterial so zusammengedrückt wird, daß es einen spezifischen Widerstand von weniger als 200 Milliohm cm aufweist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufbringens des zweiten bestimmten Drucks die Energiezufuhr gesteuert wird, bis sich der Widerstand des Reibmaterials stabilisiert, und daß dann die Energiezufuhr und der Strom vermindert werden.

^232865

16. Vorrichtung zur Herstellung eines Reibelements

aus einem gesinterten, mit einer elektrisch leitenden Druckplatte verbundenen Reibbelag, gekennzeichnet durch

- eine die Form des Reibbelags (10) begrenzende Formvertiefung (13), deren eine Seite zum Verschließen mittels der Druckplatte (9) angeordnet ist,

- eine erste Widerstandsheizelektrode (15, 115), die zum Eingriff mit einer der der Formvertiefung (13) zugewandten Hauptfläche der Druckplatte gegenüberliegenden Hauptfläche angeordnet ist,

- eine zweite Widerstandsheizelektrode (16, 116), deren Endfläche mit der der mittels der Druckplatte

(9) verschlossenen Seite der Formvertiefung (13) gegenüberliegenden Seite in Eingriff bringbar ist, wobei die erste und zweite Elektrode (15, 115, 16, 116) relativ zueinander und zueinander hin zum Zusammendrücken des pulverförmigen Reibmaterials (14) in der Formvertiefung (13) bewegbar sind, während zwischen den Elektroden (15, 115, 16, 116) zum Sintern des Reibmaterials (14) zu dem gewünschten Reibbelag (10) und zum Verbinden des Reibbelags (10) mit der Druckplatte (9) ein Strom fließt, und

- eine in der die Druckplatte (9) in Eingriff nehmenden Endfläche der ersten Elektrode (15, 115) angeordnete Aussparung (18, 118), die mindestens teilweise mit einem Einsatz (21, 121) aus einem weniger elektrisch leitenden Material als das restliche der ersten Elektrode gefüllt ist.

17. Reibelement für eine Kraftwagen- oder Kraftradscheibenbremse , dadurch gekennz eichnet , daß es nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellt ist.