DE3930402A1 - Reibungswerkstoff - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Reibungswerkstoff, der verwendbar
ist als Belag für Bremsen, Scheibenbremsen, Kupplungen usw.
In den letzten Jahren wurden als Reibungswerkstoffe für die ge
nannten Anwendungsgebiete statt Asbest oder sonstiger faseriger
Werkstoffe Kohlenstoff-Fasern und Aramid-Fasern verwendet. Diese
Stoffe sind weniger anfällig gegenüber dem sogenannten Fading
(Ermüden), und haben bessere Verschleißeigenschaften. Auf JA-OS
55-1 04 378 wird verwiesen.
Aramid-Fasern sind heute in einem weiten Bereich physikalischer
und chemischer Eigenschaften erhältlich. Diese Faktoren vermögen
zahlreiche Eigenschaften des Reibungsmateriales zu beeinflussen,
beispielsweise die Eignung zu Vergießen, die Gleichmäßigkeit der
Verteilung der Bestandteile, was bei ungleichmäßigem Abrieb
wichtig sein kann, sowie die Dauerhaftigkeit des Reibungsmate
riales nach dem Vergießen. So sind beispielsweise Para-Aramid-
Fasern bezüglich der Wärmebeständigkeit Meta-Aramid-Fasern über
legen. Da diese Faktoren verschiedener Eigenschaften des Rei
bungsmateriales in einer derart komplexen Weise beeinflussen,
ist es nicht ganz einfach, ein gewünschtes Reibungsmaterial
durch Verändern des Mischungsverhältnisses der verschiedenen
Faserbestandteile zu beeinflussen. Da verschiedene Faktoren, die
die Fasergehalte eines Reibungsmateriales bezüglich dessen
Eigenschaften in nicht vorhersehbarer Weise beeinflussen, ist es
äußerst schwierig, die Eigenschaften des Endproduktes eines
solchen Reibungswerkstoffes vorherzusagen, ohne daß umfangreiche
Versuche durchgeführt werden.
Im Hinblick auf die dargestellten Erkenntnisse und auf die Pro
bleme im Zusammenhang mit herkömmlichen Reibungswerkstoffen liegt
der Erfindung vor allem die Aufgabe zugrunde, einen Reibungs
werkstoff zu schaffen, der bessere Fading-Eigenschaften hat.
Außerdem soll er sich leicht vergießen oder verformen lassen.
Schließlich soll er dauerhaft im Gebrauch sein.
Diese Aufgabe wird durch einen Reibungswerkstoff gelöst, der die
folgende Zusammensetzung hat:
0,85 bis 30 Gewichtsprozent Kohlenstoff-Fasern;
2 bis 20 Gewichtsprozent Aramid-Fasern, bestehend aus einer Mischung von aufgeschlämmten (pulpösen) oder fibrillierten Fasern und zerhackten Fasern;
einem Verhältnis von AF kleiner als 1,67 CF, wobei AF der Ge wichtsanteil der Aramid-Fasern und CF der Gewichtsanteil an Kohlenstoff ist.
0,85 bis 30 Gewichtsprozent Kohlenstoff-Fasern;
2 bis 20 Gewichtsprozent Aramid-Fasern, bestehend aus einer Mischung von aufgeschlämmten (pulpösen) oder fibrillierten Fasern und zerhackten Fasern;
einem Verhältnis von AF kleiner als 1,67 CF, wobei AF der Ge wichtsanteil der Aramid-Fasern und CF der Gewichtsanteil an Kohlenstoff ist.
Die fibrillierten Aramid-Fasern verbessern die Dauerhaftigkeit
des Reibungsmateriales nach dem Vergießen oder Formen; seine
zahnartigen Vorsprünge erfassen die zerhackten Aramid-Fasern,
Kohlenstoff-Fasern sowie andere Füllstoffe, um diese Fasern
gleichmäßig zu verteilen und um zu verhindern, daß ein über
mäßiges Volumen entsteht. Die zerhackten Aramid-Fasern ver
bessern auch die Dauerhaftigkeit des Reibungswerkstoffes nach
dem Vergießen oder Verformen. Durch Wahl eines Verhältnisses
zwischen dem Aramid-Faser-Gehalt und dem Kohlenstoff-Faser-
Gehalt - jeweils in Gewichtsprozenten - mit 1,67 werden die
Fading-Eigenschaften des Reibungswerkstoffes verbessert.
Wird ein solches Reibungsmaterial als Bremsbelag für eine
Scheibenbremse verwendet, so sollte gelten,
AF kleiner als 0,5 CF + 10, so
daß der Bremsbelag eine günstige Steifigkeit aufweist, die
die Bedienungsperson, die auf das Bremspedal tritt, spürt.
Durch Anwendung von Para-Aramid-Fasern läßt sich die Hitzebe
ständigkeit des Reibungsmateriales sowie seine Festigkeit gegen
über Verschleiß und gegenüber Rissen oder Sprüngen verbessern.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der
Reibungswerkstoff außerdem,
10 bis 50% der folgenden Stoffe:
Kupfer, Nickel, Kupfer-Zink-Legierungen, Eisen und Kupfer-Zinn-Legierung,
5 bis 20 Gewichtsprozent eines der folgenden Stoffe:
Graphit, Molybdän-Disulfid, Zink-Sulfid, Blei-Sulfid, Antimon-Trisulfid, Glimmer- und Bornitrid;
10 bis 50 Gewichtsprozent einer Kombination von wenigstens einem der folgenden Stoffe:
Silicium-Dioxid, Aluminium-Mullit, Magnesium (MgO), Zirkon-Oxid, spinell-strukturiertes Ferrit (Fe3O4), und wenigstens einem der folgenden Stoffe:
Barium-Sulfat, Kalziumkarbonat und Kupfer-Oxid;
3 bis 20% einer der folgenden Stoffe:
Melamin-Staub, Polyamid-Staub, Cashew-Staub und Phenol-Staub;
8 Gewichtsprozente Phenolharz.
Kupfer, Nickel, Kupfer-Zink-Legierungen, Eisen und Kupfer-Zinn-Legierung,
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Melamin-Staub, Polyamid-Staub, Cashew-Staub und Phenol-Staub;
8 Gewichtsprozente Phenolharz.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin
ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1 bis 3 zeigen in Schaubildern Bremsversuche, die gemäß
JASO (Japanese Automobile Standards Organization) C 406-82 mit
Bremsbelägen aus dem Reibungswerkstoff gemäß der Erfindung aus
geführt worden waren.
Fig. 4 enthält ein Schaubild, daß die Abhängigkeit zwischen dem
Verhältnis der Kohlenstoff-Fasern zu den Aramid-Fasern im Faser
gehalt des Reibungswerkstoffes gemäß der Erfindung, und das
Fading-Verhältnis aufzeigt.
Fig. 5 veranschaulicht die Abhängigkeit zwischen dem Reibko
effizienten und dem Kohlenstoff-Faser-Gehalt bei Hochgeschwin
digkeitsbremsen (200 km/h).
Fig. 6 ist ein Schaubild, das die Abhängigkeit zwischen dem Ge
samtfasergehalt (Aramid-Fasern und Kohlenstoff-Fasern) und dem
Maß des Verschleißes des Belages zeigt, nach der Durchführung
von Bremsversuchen gemäß JASO C 406-82.
Fig. 7 ist ein Schaubild, das einen angestrebten Bereich der Ge
halte an Kohlenstoff-Fasern und Aramid-Fasern im Reibungswerk
stoff gemäß der Erfindung veranschaulicht.
Die Fig. 1 bis 3 sind graphische Darstellungen, die die Ergeb
nisse von Bremsversuchen vergleichen, ausgeführt mit einem
Bremsbelag aus Reibungswerkstoff gemäß der Erfindung sowie mit
einem Bremsbelag aus herkömmlichem Reibungswerkstoff, der Asbest
enthielt, und zwar mit einem Prüfverfahren sowie in JASO C
406-82 beschrieben.
Der Reibungswerkstoff gemäß der Erfindung wies die folgenden
Bestandteile auf:
5,3 Volumenprozent fibrillierter Aramid-Fasern,
2,7 Gewichtsprozent zerhackter Aramid-Fasern mit einem Durchmesser von 7 Mikrometern und einer Länge von 3 mm,
6,0 Volumenprozent Kohlenstoff-Fasern mit einem Durchmesser von 6 Mikrometern und einer Länge von 3 mm,
6,0 Volumenprozent Kupferpulver,
9,0 Volumenprozent eines Pulvers aus einer Kupfer-Zink-Le gierung zum Erhöhen des Reibungskoeffzienten,
5,0 Volumenprozent Graphit,
8,0 Volumenprozent Molybdän-Disulfid, um ein Anhaften des Metallpulvers am Bremsrotor zu verhindern,
5,4 Volumenprozent Silicium-Dioxid als extrem hartem anor ganischem Füllstoff zum Reinigen des Rotors,
12,6 Volumenprozent Barium-Sulfat als organischer Füllstoff relativ geringer Härte zum Verhindern von Verschleiß des Be lages bei hohen Temperaturen,
16,0 Volumenprozent Melamin-Staub als orgnischer Füllstoff zum Stabilisieren des Reibungskoeffizienten bei gerigerem Drücken,
23,0 Volumenprozent Phenolharz als Bindemittel,
1,0 Volumenprozent zum Einstellen des pH-Wertes.
2,7 Gewichtsprozent zerhackter Aramid-Fasern mit einem Durchmesser von 7 Mikrometern und einer Länge von 3 mm,
6,0 Volumenprozent Kohlenstoff-Fasern mit einem Durchmesser von 6 Mikrometern und einer Länge von 3 mm,
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8,0 Volumenprozent Molybdän-Disulfid, um ein Anhaften des Metallpulvers am Bremsrotor zu verhindern,
5,4 Volumenprozent Silicium-Dioxid als extrem hartem anor ganischem Füllstoff zum Reinigen des Rotors,
12,6 Volumenprozent Barium-Sulfat als organischer Füllstoff relativ geringer Härte zum Verhindern von Verschleiß des Be lages bei hohen Temperaturen,
16,0 Volumenprozent Melamin-Staub als orgnischer Füllstoff zum Stabilisieren des Reibungskoeffizienten bei gerigerem Drücken,
23,0 Volumenprozent Phenolharz als Bindemittel,
1,0 Volumenprozent zum Einstellen des pH-Wertes.
Die Aramid-Fasern, die bei dem Ausführungsbeispiel verwendet
wurden, bestehen aus Para-Aramid-Fasern, die im Handel unter dem
Namen "Kevlar 49" von duPont Neymour erhältlich sind. Die
Kohlenstoff-Fasern, die bei den vorliegenden Ausführungs
beispielen verwendet wurden, bestehen aus hitzebeständigen,
hochfesten PAN-Kohlenstoff-Fasern, die im Handel unter dem Namen
"Torayca T300" von der Toray Corporation of Japan erhältlich
sind.
Andererseits hatte der aus herkömmlichem Reibungswerkstoff
bestehende Bremsbelag die folgenden Bestandteile:
20 Gewichtsprozent Asbest-Fasern,
1 Gewichtsprozent Kalziumkarbonat,
32,5 Gewichtsprozent Barium-Sulfat,
23,0 Gewichtsprozent einer Mischung aus Cashew-Staub und Phenolharz,
20 Porzent Kupferpulver,
0,5 Gewichtsprozent Zinkpulver,
3,0 Gewichtsprozent Eisenpulver.
1 Gewichtsprozent Kalziumkarbonat,
32,5 Gewichtsprozent Barium-Sulfat,
23,0 Gewichtsprozent einer Mischung aus Cashew-Staub und Phenolharz,
20 Porzent Kupferpulver,
0,5 Gewichtsprozent Zinkpulver,
3,0 Gewichtsprozent Eisenpulver.
Die Eingangsmessungen, die Inspektion vor dem Anlauf, ein erster
Effektivitätstest, das Einlaufen sowie ein zweiter Effektivi
tätstest wurden gemäß den JASO-Vorschriften (Kategorie P1)
durchgeführt.
Im einzelnen wurde die Bremstemperatur, d.h. die Temperatur des
Bremsbelages 1 mm unterhalb seiner Kontaktfläche, als Maß vor
dem Bremsen auf 80°C eingestellt; die Reibungskoeffizienten
(µ) erhielt man aus den Messungen der Bremsmomente bei unter
schiedlichen Anfangsgeschwindigkeiten von 50 km/h, 100 km/h und
130 km/h bei verschiedenen Bremsverzögerungen im Bereich von 0,1
bis 0,8 G (siehe Fig. 1).
Sodann wurde ein erster fade recovery test durchgeführt. Die
Bremstemperatur vor dem Bremsen wurde mit 80°C eingestellt,
und die Bremslinie des Reibungskoeffizienten µ wurde dadurch
überprüft, daß die Bremse dreimal beaufschlagt wurde ausgehend
von der anfänglichen Bremsgeschwindigkeit von 50 km/h bei einer
konstanten Bremsverzögerung von 0,3 G (oder konstanten Druckbe
dingungen entsprechend dem 0,3 G-Zustand).
Es folgt ein Ermüdungstest (fade test). Die erste Bremstempe
ratur vor dem Bremsen wurde mit 60°C eingestellt, und die
Bremstemperatur sowie der Reibungskoeffizient (μ) wurden dadurch
erhalten, daß man die Bremse fünfzehnmal beaufschlagte bei
Intervallen von 120 Sekunden, ausgehend von der Anfangsbremsge
schwindigkeit von 50 km/h bei konstanter Bremsverzögerung von
0,3 G (oder konstanten Druckbedingung, erhalten durch das Prüfen
der Basislinie) - siehe Fig. 2.
Sodann wurde ein dritter Effiktivitätstest durchgeführt. Der
Reibungskoeffizient (µ) wurde unter den selben Bedingungen wie
beim zweiten Effiktivitätstest erhalten (siehe Fig. 3).
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, zeigte ein Bremsbelag (ausgezogene
Linie A) aus Reibungswerkstoff gemäß der Erfindung eine gerin
gere Veränderung des Reibungskoeffizienten (μ) aufgrund von
Temperaturänderungen der Bremse auf, als ein anderer Bremsbelag
(gestrichelte Linie B), die einen herkömmlichen Reibungswerk
stoff verwendete. Wie aus den Fig. 1 und 3 weiterhin ersichtlich
ist, zeigte der erfindungsgemäße Bremsbelag (ausgezogene Linie A)
weniger Änderungen des Reibungskoeffizienten aufgrund der
thermischen Hysterese als der Bremsbelag aus herkömmlichem Werk
stoff (gestrichelte Linie B).
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden Kohlenstoff-
Fasern mit hoher thermischer Leitfähigkeit verbunden. Dies trug
dazu bei, das Damp-Blockieren der Bremse (vapor locking) dann zu
verhindern, wenn eine Kombination mit Aramid-Fasern vorlag, die
eine geringe thermische Leitfähigkeit haben, aber auch deshalb,
weil die Aramid-Fasern aus Para-Aramid-Fasern bestanden, die
günstigere Hitzebeständigkeit (Dauerhaftigkeit gegen Verscheiß
und Risse) als Meta-Aramid-Fasern haben, was zu Verbesserungen
bezüglich der Hitzebeständigkeit, der Dauerhaftigkeit und der
Anti- Fading-Eigenschaften führte.
Para-Aramid-Fasern verbesserten die Dauerhaftigkeit des Rei
bungswerkstoffes und vergrößerten die Gleichmäßigkeit der Ver
teilung der Kohlenstoff-Fasern, die dazu neigen, sich von
einander zu trennen, und zwar dadurch, daß die Kohlenstoff-Fasern
mit ihren zahnartigen Vorsprüngen fixiert wurden.
Zerhackte Para-Aramid-Fasern verringern die Tendenz des Rei
bungswerkstoffes, den Bremsrotor anzugreifen, und verbessern die
Dauerhaftigkeit des Reibungswerkstoffes noch weiter. Da jedoch
Para-Aramid-Fasern eine hohe Dauerhaftigkeit haben, läßt sich
eine hinreichende Dauerhaftigkeit des Reibungswerkstoffes ohne
Anwendung jeglicher zerhackter Aramid-Fasern erzielen.
PAN-Kohlenstoff-Fasern tragen zur Stabilisierung des Reibungsko
effizienten des Reibungswerkstoffes bei hohen Temperaturen bei.
Die PAN-Kohlenstoff-Fasern sollten im Interesse eines genügend
hohen Verstärkungseffektes einen Durchmesser von weniger als 15
Mikrometer haben. Um eine genügend hohe Verstärkung und eine
gleichmäßige Verteilung der Kohlenstoff-Fasern zu erreichen,
sollte ihre Länge zwischen 0,5 und 9,0 mm betragen.
Der Reibungswerkstoff gemäß der Erfindung enthält 8,0 Gewichts
prozent einer Mischung aus fibrillierten Para-Aramid-Fasern und
zerhackten Aramid-Fasern; der Anteil kann jedoch irgendwo
zwischen 2 und 20 Prozent liegen. Ist der Aramid-Faser-Anteil
weniger als 2 Gewichtsprozente, so wird das Herstellen einer
Vorform schwierig. Beträgt der Aramid-Faser-Gehalt mehr als 20
Prozent, so fällt der Reibungskoeffizient (µ) bei hohen Tempera
turen ab.
Der Reibungswerkstoff gemäß der Erfindung enthielt 6,0 Gewichts
prozente PAN-Kohlenstoff-Fasern; der Gehalt kann jedoch irgendwo
bei zwischen 0,85 und 30 Gewichtsprozente liegen. Ist der
Kohlenstoff-Faser-Gehalt weniger als 0,85 Prozent, so fällt der
Reibungskoeffizient des Reibungswerkstoffes auf unter 0,2, was
als praktische Untergrenze anzusehen ist. Dies ergibt sich auch
aus der graphischen Darstellung von Fig. 5. Diese zeigt experi
mentell erhaltene Werte einer Hochgeschwindigkeitsbremsung (200
km/h) und eine Kurve, die durch Interpolieren dieser Punkte mit
einer mathematischen Funktion der Form Y = A×XB erhalten
wurde; hierin bedeuten Y der Reibungskoeffizient, B der Gehalt
an Kohlenstoff-Fasern in Gewichtsanteilen, und A und B konstante
(A=0,210 und B=0,179). Der Kohlenstoff-Gehalt soll jedoch mehr
als 3 Prozent betragen um den Reibungskoeffizienten bei hohen
Temperaturen zu stabilisieren. Liegt der Kohlenstoff-Faser-Gehalt
andererseits oberhalb 30 Gewichtsprozenten, so nimmt der
Reibungskoeffizient bei normaler Betriebstemperatur ab.
Das Reibungsmaterial gemäß der Erfindung enthielt metallisches
Pulver, bestehend aus einem Gemisch aus Kupferpulver und einem
Pulver einer Kupfer-Zink-Legierung. Es kann jedoch auch zwischen
10 und 50 Gewichtsprozente wenigstens einer der folgenden Sub
stanzen enthalten: Kupfer, Nickel, Kupfer-Zink-Legierung, Eisen
und Kupfer-Zinn-Legierung. Falls der Anteil des Metallpulvers
unter 10 Gewichtsprozent fällt, so ist dessen Einfluß zum Stei
gern des Reibungskoeffizientes im wesentlichen verschwunden.
Übersteigt hingegen der Anteil des Metallpulvers 50 Gewichts
prozent, so kann local adhesion zwischen dem Reibunsmaterial und
dem Bremsrotor auftreten, und es können Vibrationen erzeugt
werden.
Das Reibmaterial gemäß der Erfindung enthielt Graphit sowie
Molybdän-Disulfid als feste Gleitmittel. Es genügt jedoch, wenn
das Reibmaterial zwischen 5 und 20 Gewichtsprozent wenigstens
eines der folgenden Stoffe enthält: Graphit, Molybdän-Disulfid,
Zink-Sulfid, Blei-Sulfid, Antimon-Trisulfid, Glimmer und
Bor-Nitrid. Sinkt der Anteil an festen Gleitmitteln unter 5 Ge
wichtsprozent, so verschwindet praktisch die Fähigkeit, eine
Adhension zwischen dem Metallpulver und dem Bremsrotor zu ver
meiden. Übersteigt der Anteil der festen Gleitmittel anderer
seits 20 Gewichtsprozent, so nimmt der Reibungskoeffizient ab.
Das Reibmaterial gemäß der Erfindung enthielt Silicium-Dioxid als
besonders harten anorganischen Füllstoff, sowie Barium-Sulfat
als anorganischen Füllstoff geringer Härte. Es genügt jedoch,
wenn das Reibungsmaterial zwischen 10 und 50 Gewichtprozente
einer Kombination der folgenden Stoffe enthält: Silicium-Dioxid,
Aluminium, Mullit, Magnesium (MgO), Zirkon-Oxid, sowie ein
spinell-strukturiertes Ferrit (Fe3O4) als anorganischen Füll
stoff großer Härte, und wenigstens einen der folgenden Stoffe:
Barium-Sulfat, Kalziumkarbonat, Kupfer-Oxid als anorganischen
Füllstoff geringer Härte. Liegt der Anteil bei unter 10 Ge
wichtsprozenten so geht die Fähigkeit, den Bremsrotor zu Reini
gen und den Verschleiß des Belages sowie den Abfall des Rei
bungskoeffizienten zu verringern, praktisch auf 0 zurück. Über
steigt andererseits der Anteil 50 Gewichtsprozent, so nimmt die
Tendenz des Bremsbelages, den Bremsrotor anzugreifen, unverhält
nismäßig zu, und der Bremsrotor kann ungleichmäßig verschleißen.
Das Reibungsmaterial gemäß der Erfindung enthielt Melamin-Staub
als organischen Füllstoff. Es genügt jedoch, wenn das Reibungs
material 3 bis 30 Gewichtsprozent Melamin-Staub, Polyamid-Staub,
Cashew-Staub und/oder Phenol-Staub enthält. Liegt der Anteil
bei weniger als 3 Gewichtsprozenten, so geht die Fähigkeit, den
Reibungskoeffizienten bei niedrigen Flächen drücken zu stabili
sieren praktisch verloren. Übersteigt der Anteil 20 Gewichts
prozente, so nimmt der Reibungskoeffizient bei hohen Tempera
turen ab.
Der Anteil an Phenolharz, das als Bindemittel im Reibmaterial
gemäß der Erfindung dient, kann in der Praxis zwischen 8 und 15
Gewichtsprozente betragen. Sinkt der Phenolharzanteil unter 8
Gewichtsprozente, so geht seine Fähigkeit als Bindemittel prak
tisch verloren. Übersteigt der Anteil 15 Gewichtsprozente, so
nimmt der Reibungskoeffizient bei hoher Temperatur ab.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Veränderungen im
Fading-Verhältnis darstellt, erhalten bei Bremstests, die gemäß
JASO C 406-82 ausgeführt wurden, und zwar bei verschiedenen
Mischungsverhältnissen von Kohlenstoff-Fasern und Aramid-Fasern
bei Reibungsmaterial gemäß der Erfindung. Die Proben dieser
Tests enthielten 5,2 Volumenprozente Graphit (natürliches
Graphit), 17,7 Volumenprozente Melamin-Staub, 8,3 Volumen
prozente Kupferpulver, 15,6 Volumenprozente Barium-Sulfat, 2,1
Volumenprozente Silikon-Dioxid, 2,1 Volumenprozente Aluminium,
7,3 Volumenprozente Kupfer-Oxid, 3,1 Volumentprozente Nickel und
26,1 Volumentprozente Phenolharz. Gesamtgehalt an Aramid-Fasern
und Kohlenstoff-Fasern ist auf 12,6 Volumenprozent fixiert, und
das Verhältnis zwischen den Aramid-Fasern und den Kohlenstoff-Fasern
wurde in einem solchen Bereich verändert, daß der Gehalt
an Aramid-Fasern zwischen 2 und 20 Gewichtsprozente, und der
Gehalt an Kohlenstoff-Fasern zwischen 3 und 30 Gewichtsprozenten
vom gesamten Reibungsmaterial betrug.
Die horizontale Achse der Darstellung in Fig. 4 entspricht dem
Gewichtsverhältnis der Kohlenstoff-Fasern zu Summen des Ge
wichtsverhältnisses der Aramid-Fasern und dem Gewichtsverhältnis
der Kohlenstoff-Fasern, und die vertikale Achse stellt das
Fading-Verhältnis dar. Das Fading-Verhältnis läßt sich aus der
folgenden Form ableiten:
Fading-Verhältnis = µMIN/µMAX,
wobei µMIN und µMAX die Minimalwerte bzw. die Maximalwerte des
Reibungskoeffizienten sind, jeweils gemessen bei den Bremstests,
gemäß der Gleichung,
T2µPSr,
wobei T das Bremsmoment bedeutet, den Flüssigkeitsdruck im
Bremszylinder, S die Querschnittsfläche des geeichten Kolbens,
und r den wirksamen Radius des Bremsrotors.
Aus Fig. 4 erkennt man folgendes: übersteigt der Gewichtsanteil
der Kohlenstoff-Fasern, bezogen auf den gesamten Fasergehalt,
der den Wert 0,375, oder anders ausgedrückt übersteigt der Ge
wichtsanteil an Kohlenstoff-Fasern das 0,6-fache des Anteiles an
Aramid-Fasern, so nimmt das Fading-Verhältnis des Reibungs
materiales deutlich zu. Ein günstiges Fading-Verhältnis läßt
sich deshalb in jenem Bereich erzielen der von der gestrichelten
Linie R und der ausgezogenen Linie P in der Darstellung der Fig.
4 eingeschlossen ist. Hierbei ist der Kohlenstoff-Faser-Gehalt
im Reibungsmaterial auf der vertikalen Achse, und der
Aramid-Faser-Gehalt im Reibungsmaterial auf der horizontalen Achse
dargestellt.
Ein Bremsbelag soll weiterhin sehr steif sein. Es soll einen
hohen Young′schen Modul haben, so daß die Person, die auf das
Bremspedal tritt, einen deutlichen Widerstand spürt, da Kohlen
stoff-Fasern einen relativ hohen Young′schen Modul haben,
während Aramid-Fasern einen relativ niedrigen Young′schen Modul
haben, beeinflußt das Mischungsverhältnis dieser beiden
Faserarten den Young′schen Gesamtmodul des Reibungsmateriales.
So kann die Steifigkeit eines Bremsbelages mit der folgenden
Gleichung bewertet werden:
0,1×CF-0,2×AF+7,
hierin bedeuten CF den Kohlenstoff-Faser-Gehalt in Gewichts
prozent, und AF den Aramid-Faser-Gehalt in Gewichtsprozent.
Günstige Verhältnisse liegen dann vor, wenn der Index den Wert 5
oder größer beträgt - siehe Linie Q in Fig. 7.
Durch Vergleich der Verschleiße zwischen den Bremsbelagproben
wurde festgestellt, daß der Gesamtfasergehalt, angegeben als
Summe des Aramid-Faser-Gehaltes und des Kohlenstoff-
Faser-Gehaltes in einem linearen Verhältnis zu den Verschleiß
mengen steht, resultierend aus dem Schema der Bremsversuche ge
mäß JASO C 406-82 (Kategorie Pl). Wie man aus der Darstellung
gemäß Fig. 6 erkennt, die die Resultate des Vergleichs zwischen
den Verschleißmengen zeigt, sollte der Gesamtfaseranteil 5 Ge
wichtsprozente oder mehr betragen, und zwar im Hinblick auf die
Tatsache, daß der Verschleiß in der Praxis weniger als 1,4 mm
betragen soll.
Durch Einsatz von 3 bis 30 Gewichtsprozenten Kohlenstoff-Fasern
und 2 bis 20 Gewichtsprozenten Aramid-Fasern bestehend aus einem
Gemisch fibrillierter Fasern und zerhackter Faser, sowie Auswahl
eines Verhältnisses zwischen Kohlenstoff-Fasern und Aramid-
Fasern von 0,6 oder mehr, gemäß der Erfindung, wird die
Form-Verform- oder Vergießfähigkeit des Reibungsmateriales sicher
gestellt, gelangt das Fading während des Betriebes der Bremse
unter Kontrolle, und wird die Dauerhaftigkeit des Reibungs
materiales nach dem Ausformen eines Bremsbelages verbessert.
Wendet man statt Meta-Aramid-Faser Para-Aramid-Fasern an, um den
Aramid-Faser-Gehalt zu erfüllen, so wird der Hitzewiderstand des
Reibungsmateriales verbessert, des gleichen die Dauer
haftigkeit gegen Verschleiß sowie gegen Bruch. Die Erfindung
bietet somit ganz erhebliche Vorteile gegenüber dem Stande der
Technik.
Claims (8)
1. Reibungswerkstoff, enthalten:
0,85 bis 30 Gewichtsprozent Kohlestoff-Fasern; und
2 bis 20 Gewichtsprozent Aramid-Faser, bestehend aus einem Gemisch aus fibrillierten und zerhackten (geschnittenen) Fasern;
wobei der Gewichtsanteil AF der Aramid-Fasern kleiner als 1,67 des Gewichtsanteiles der Kohlenstoff-Fasern CF ist.
0,85 bis 30 Gewichtsprozent Kohlestoff-Fasern; und
2 bis 20 Gewichtsprozent Aramid-Faser, bestehend aus einem Gemisch aus fibrillierten und zerhackten (geschnittenen) Fasern;
wobei der Gewichtsanteil AF der Aramid-Fasern kleiner als 1,67 des Gewichtsanteiles der Kohlenstoff-Fasern CF ist.
2. Reibungswerkstoff nach Anspruch 1, wobei AF kleiner als
0,5 CF + 10 ist.
3. Reibungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kohlenstoff-Faser-Gehalt CF mehr als 1,0 Gewichtsprozent be
trägt.
4. Reibungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß dies ferner enthält:
10 bis 50 Gewichtsprozent einer der folgenden Stoffe:
Kupfer, Nickel, Kupfer-Zink-Legierung, Eisen und Kupfer-Zinn-Le gierung,
5 bis 20 Gewichtsprozent wenigstens eines der folgenden Stoffe:
Graphit, Molybdan-Disulfid, Zink-Sulfid, Blei-Sulfid, Antimon-Trisulfid, Glimmer, Bor-Nitrid;
10 bis 50 Gewichstprozent einer Kombination wenigstens eines der folgenden Stoffe:
Silicium-Dioxid, Aluminium, Mullit, Magne sium (MgO) , Zirkon-Oxid, spinell-strukturiertes Ferrit (Fe3O4), sowie wenigstens einen der folgenden Stoffe:
Barium-Sulfat, Kalziumkarbonat, Kupfer-Oxid;
3 bis 20 Gewichtsprozent eines der folgenden Stoffe:
Melamin-Staub, Polyamid-Staub, Cashew-Staub, Phenol-Staub;
8 bis 15 Gewichtsprozent Phenolharz.
10 bis 50 Gewichtsprozent einer der folgenden Stoffe:
Kupfer, Nickel, Kupfer-Zink-Legierung, Eisen und Kupfer-Zinn-Le gierung,
5 bis 20 Gewichtsprozent wenigstens eines der folgenden Stoffe:
Graphit, Molybdan-Disulfid, Zink-Sulfid, Blei-Sulfid, Antimon-Trisulfid, Glimmer, Bor-Nitrid;
10 bis 50 Gewichstprozent einer Kombination wenigstens eines der folgenden Stoffe:
Silicium-Dioxid, Aluminium, Mullit, Magne sium (MgO) , Zirkon-Oxid, spinell-strukturiertes Ferrit (Fe3O4), sowie wenigstens einen der folgenden Stoffe:
Barium-Sulfat, Kalziumkarbonat, Kupfer-Oxid;
3 bis 20 Gewichtsprozent eines der folgenden Stoffe:
Melamin-Staub, Polyamid-Staub, Cashew-Staub, Phenol-Staub;
8 bis 15 Gewichtsprozent Phenolharz.
5. Reibungsmaterial, umfassend:
0,85 bis 30 Gewichtsprozent Kohlenstoff-Fasern; und
2 bis 20 Gewichtsprozent Para-Aramid-Fasern, enthaltend fibrillierte Fasern;
wobei der Gewichtsanteil an Aramid-Fasern AF kleiner als 1,67 des Gewichtsanteiles an Kohlenstoff CF ist.
0,85 bis 30 Gewichtsprozent Kohlenstoff-Fasern; und
2 bis 20 Gewichtsprozent Para-Aramid-Fasern, enthaltend fibrillierte Fasern;
wobei der Gewichtsanteil an Aramid-Fasern AF kleiner als 1,67 des Gewichtsanteiles an Kohlenstoff CF ist.
6. Reibungsmaterial nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die
folgende Gleichung:
AF<0,5CF+10.
AF<0,5CF+10.
7. Reibungsmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kohlenstoff-Faser-Gehalt CF mehr als 1,0 Gewichtsprozent
beträgt.
8. Reibungsmaterial nach Anspruch 4, weiterhin enthaltend:
10 bis 50 Gewichtsprozent einer der folgenden Stoffe:
Kupfer, Nickel, Kupfer-Zink-Legierung, Eisen und Kupfer-Zinn-Le gierung,
5 bis 20 Gewichtsprozent wenigstens eines der folgenden Stoffe:
Graphit, Molybdan-Disulfid, Zink-Sulfid, Blei-Sulfid, Antimon-Trisulfid, Glimmer, Bor-Nitrid;
10 bis 50 Gewichstprozent einer Kombination wenigstens eines der folgenden Stoffe:
Silicium-Dioxid, Aluminium, Mullit, Magnesium (MgO), Zirkon-Oxid, spinell-strukturiertes Ferrit (Fe3O4), sowie wenigstens einen der folgenden Stoffe:
Barium-Sulfat, Kalziumkarbonat, Kupfer-Oxid;
3 bis 20 Gewichtsprozent eines der folgenden Stoffe:
Melamin-Staub, Polyamid-Staub, Cashew-Staub, Phenol-Staub;
8 bis 15 Gewichtsprozent Phenolharz.
10 bis 50 Gewichtsprozent einer der folgenden Stoffe:
Kupfer, Nickel, Kupfer-Zink-Legierung, Eisen und Kupfer-Zinn-Le gierung,
5 bis 20 Gewichtsprozent wenigstens eines der folgenden Stoffe:
Graphit, Molybdan-Disulfid, Zink-Sulfid, Blei-Sulfid, Antimon-Trisulfid, Glimmer, Bor-Nitrid;
10 bis 50 Gewichstprozent einer Kombination wenigstens eines der folgenden Stoffe:
Silicium-Dioxid, Aluminium, Mullit, Magnesium (MgO), Zirkon-Oxid, spinell-strukturiertes Ferrit (Fe3O4), sowie wenigstens einen der folgenden Stoffe:
Barium-Sulfat, Kalziumkarbonat, Kupfer-Oxid;
3 bis 20 Gewichtsprozent eines der folgenden Stoffe:
Melamin-Staub, Polyamid-Staub, Cashew-Staub, Phenol-Staub;
8 bis 15 Gewichtsprozent Phenolharz.
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