DE4335499A1 - Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung und deren Herstellungsverfahren - Google Patents
Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung und deren HerstellungsverfahrenInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft eine asbestfreie Reibungsmaterial
zusammensetzung und, genauer gesagt, einen Bremsbelag und
einen Bremsklotz, die eine gewünschte Schmiereigenschaft in
einer trockenen oder feuchten Atmosphäre aufweist und die
nicht von der Temperatur beeinflußt wird, sich nicht leicht
abnutzt und geringe Geräusche verursacht.
Die Sicherheit beim Fahren von Transportmitteln, beispiels
weise von einem Auto, einem Eisenbahnwagen oder einem Flug
zeug, hängt stark von der Funktion einer Bremse zur Ge
schwindigkeitskontrolle ab.
Die Funktion einer Bremse ist insbesondere in einem solchen
Fall wichtig, wo ein Fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit
fährt oder wo ein Transportwagen schweres Gerät transpor
tiert. Die Bremse sollte unter allen Umständen pünktlich ar
beiten.
Jede Bremse mit einem angebrachten Reibungsmaterial ist eine
Vorrichtung, die die kinetische Energie eines Fahrzeugs in
Wärme umwandelt und die Wärme verbraucht. Folglich ist die
Wahl eines Reibungsmaterials sehr wichtig.
Die Bremsfähigkeit wird durch die Reibungskraft zwischen den
Reifen und der Straßenoberfläche begrenzt. Wenn die Rei
bungskraft der Bremse hoch ist, werden die Reifen vollstän
dig blockiert, was zu einer Abnutzung der Reifen führt. Im
Fall, daß die Reibungskraft der Bremse gering ist, wird der
Bremsweg des Fahrzeuges lang, was zu einem Verlust der
Bremsfähigkeit führt.
Daher ist es erforderlich, daß ein Reibungsmaterial für eine
Bremse einen gewünschten Reibungskoeffizienten (0,28 und hö
her) aufweist und sich kaum abnutzt.
Im Hinblick auf die Stabilität ist ein Reibungskoeffizient
bevorzugt hoch. Allerdings wird ein übermäßig hoher Rei
bungskoeffizient zu einer sehr starken Abnutzung und zu Vi
brationen führen, was Geräusche erzeugt.
Eine starke Abnutzung eines Reibungsmaterials wird dazu füh
ren, daß sich die Lebensdauer des Reibungsmaterial verkürzt.
Dies erfordert ein häufiges Ersetzen des Reibungsmaterials,
was unwirtschaftlich ist. Weiterhin erzeugt das Auftreten
von Geräuschen und Vibrationen bei einem Fahrer ein unbehag
liches Gefühl.
Bei neuen Fahrzeugen wird das Maschinengeräusch oder das
Fahrtgeräusch, das erzeugt wird, wenn die Reifen mit der Bo
denoberfläche in Kontakt stehen, stark verbessert, was dazu
führt, daß Geräusche während des Fahrens unterdrückt werden.
Daher werden sogar schwache Geräusche, insbesondere schwache
Bremsegeräusche bei einem Fahrer zu einem unangenehmen Ge
fühl führen.
Um die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden, ist
Schmiermittel hinzugefügt worden.
Die zur Zeit verwendeten Schmiermittel sind Kohlenstoffe
(Graphit), Molybdän-Disulphit und Kalzium-Carbonat. Unter
diesen ist Kohlenstoff am gebräuchlichsten.
Es gibt zwei Arten von Reibungszusammensetzungen, nämlich
halbmetallene Reibungszusammensetzungen und Asbest-Reibungs
zusammensetzungen.
Die Asbest-Reibungszusammensetzung umfaßt 20 bis 60 Ge
wichtsteile Asbestpulver 5. oder 6. Grades, 35 bis 65 Ge
wichtsteile anorganisches Füllmittels und 30 bis 40 Ge
wichtsteile Phenolharz, Hilfsharz oder Plastifikator. Ze
mentpulver, das 65 bis 80% einer Kohlenstoffkomponente und
20 bis 35% einer Eisen(III)-Komponente enthält, kann als
Ersatz für einen Teil des anorganischen Füllmittels dienen
oder dieses ganz ersetzen.
Anorganisches Füllmittel bezieht sich auf herkömmliches Kal
ziumcarbonat, Bariumsulfat, Aluminiumoxyd, Talk, Kaolin,
Mullit, Kalziumsilicat, Silicat in Pulverform, Silica in
winziger Pulverform, Metall (d. h. Kupfer, Eisen, Messing,
Aluminium oder Zink) in Pulverform und Metalloxyd.
Herkömmliche Reibungsmaterialien, wo der Hauptbestandteil
des anorganischen Füllmittels, Zementpulver, 25 bis 35%
an Eisenbestandteil aufweist, sind bereits oxydiert und kor
rodiert, wenn sie der Atmosphäre für eine lange Zeitspanne
ausgesetzt sind, was zu einer plötzlichen Verringerung der
Reibungsfunktion führt. Weiterhin wird die Stärke und die
abnutzungswiderstehende Eigenschaft des herkömmlichen Rei
bungsmaterials durch Absorption von Feuchtigkeit plötzlich
verringert.
Das herkömmliche Reibungsmaterial weist eine ausgezeichnete
Bremsfähigkeit auf, aber erzeugt überschüssige Wärme durch
überschüssiges Reibungsbremsen, wodurch es leicht oxydiert.
Da es dem herkömmlichen Reibungsmaterial weiterhin an Rei
bungsstabilisation bei hoher Temperatur fehlt, wird die
Bremse nicht glatt angewendet, wodurch Geräusche erzeugt
werden.
Da zusätzlich die herkömmliche Reibungszusammensetzung As
best enthält, wird Asbeststaub während der Herstellung oder
während des Gebrauches erzeugt. Dies verschmutzt die Umge
bung von Reifen und verursacht Umweltverschmutzung. Weiter
hin wird die Absorption des Asbeststaubes verschiedene
Krankheiten verursachen, die schwierig zu heilen sind, bei
spielsweise Krebs.
Da bei dem herkömmlichen Reibungsmaterial das anorganische
Füllmittel 25 bis 80% Kohlenstoff enthält, wird die Abnut
zung vergrößert und während des Winters bei trockenem Wetter
Lärm erzeugt. Im Gegensatz dazu schleudern die Reifen bei
feuchtem Wetter im Sommer.
Der Grund, warum ein Graphit-Schmiermittel in einem herkömm
lichen Reibungsmaterial durch Feuchtigkeit leicht in Mitlei
denschaft gezogen wird, besteht darin, daß die Feuchtigkeit
in der Luft in oder zwischen den Graphitkristallen absor
biert wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine asbest
freie Reibungsmaterialzusammensetzung, beispielsweise einen
asbestfreien Bremsbelag oder Bremsklotz, und deren Herstel
lungsverfahren bereitzustellen, wobei das asbestfreie Rei
bungsmaterial einer Korrosion oder Oxydation selbst dann
nicht unterworfen ist, wenn es der Atmosphäre für eine lange
Zeit ausgesetzt ist. Daher wird die Bremsfunktion nicht be
einflußt. Das asbestfreie Reibungsmaterial ermöglicht ein
ruhiges Bremsen und wird kaum in seiner Stärke und seinem
abnutzungsfesten Eigenschaften verändert.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung, beispielsweise
einen asbestfreien Bremsbelag oder Bremsklotz, und deren
Herstellungsverfahren bereitzustellen, wobei die asbestfreie
Reibungsmaterialzusammensetzung geringe Reibungsgeräusche
erzeugt und ungeachtet trockener oder nasser Witterung eine
geeignete Schmiereigenschaft für eine ruhige Bremsfunktion
aufweist.
Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung, beispiels
weise einen asbestfreien Bremsbelag oder Bremsklotz, und de
ren Herstellungsverfahren bereitzustellen, wobei die asbest
freie Reibungsmaterialzusammensetzung keinen Asbeststaub er
zeugt, wodurch keine Umweltverschmutzung und industrielle
Katastrophen verursacht werden und die asbestfreie Reibungs
materialzusammensetzung eine lange Lebensdauer aufweist.
Die asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung gemäß der
vorliegenden Erfindung enthält:
- - ein faserförmiges Metall, das hergestellt wird, indem kur ze und dünne Fasern von einem Materialblock geschnitten werden, der Zink (Zn), Mangan (Mn), Kohlenstoff (C), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Schwefel (S) und Aluminium (Al) enthält;
- - Kohlenstoffpulver, das hergestellt wird, indem eine Mi schung von Koks und Pech bei einer tiefen Temperatur und dann bei einer hohen Temperatur gesintert werden, damit eine Kristallgitterkonstante nicht von dem Feuchtigkeits wechsel beeinflußt wird,
- - einem Härter aus einem harzartigen Material, um den Be standteilen der asbestfreien Reibungsmaterialzusammenset zung eine wasserdichte Eigenschaft durch eine Bindungs kraft zu verleihen, die erzeugt wird, wenn der Härter durch Wärme gehärtet wird;
- - ein wärmebeständiges Mittel aus einem anorganischen Mate rial, das in Wasser weitgehend nicht löslich ist und wär mebeständige und feuerfeste Eigenschaften und einen hohen Härtegrad aufweist; und
- - ein Füllmittel zum Stabilisieren der Bestandteile der as bestfreien Reibungsmaterialzusammensetzung, wenn die Be standteile mit Wärme und Luft in Kontakt stehen.
Vorzugsweise enthält die asbestfreie Reibungsmaterialzusam
mensetzung Kupferpulver, damit sie eine starke Haftkraft
hat.
Die Zusammensetzung enthält vorzugsweise 25 bis 40 Gewichts
teile faserförmiges Metall, 15 bis 25 Gewichtsteile Kohlen
stoffpulver, 15 bis 25 Gewichtsteile harzartigen Härter, 5
bis 10 Gewichtsteile anorganisches wärmebeständiges Mittel
und 5 bis 15 Gewichtsteile stabilisierendes Füllmaterial.
Die asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung sollte ins
gesamt 100 Gewichtsteile aufweisen.
Das Kohlenstoffpulver enthält 50 Gewichtsteile Koks und 50
Gewichtsteile Pech, und seine Kristallgitterkonstante liegt
in dem Bereich von 6,75 bis 6,85. Der harzartige Härter ent
hält Phenolharz.
Das anorganische wärmebeständige Mittel besteht aus oxydier
tem Aluminium. Das stabilisierende Füllmittel besteht aus
Bariumsulfat.
Es ist zu bevorzugen, daß die asbestfreie Reibungsmaterial
zusammensetzung 30 Gewichtsteile faserförmiges Metall, das
einen Durchmesser von 0,01 bis 0,05 mm und eine Länge von 2
bis 3 mm hat, 20 Gewichtsteile Kohlenstoffpulver der Sieb
stärke 50 und darunter, 20 Gewichtsteile Phenolharz, 15
Gewichtsteile Kupfer der Siebstärke 45 und darunter, 10 Ge
wichtsteile Bariumsulfat und 5 Gewichtsteile oxydiertes Alu
minium aufweist.
Das Verfahren zum Herstellen der asbestfreien Reibungsmate
rialzusammensetzung umfaßt:
- - Herstellen eines faserförmigen Metalls, indem kurze und dünne Fasern von einem Block geschnitten werden, der Zink, Mangan, Kohlenstoff, Chrom, Nickel, Kupfer, Schwefel und Aluminium enthält;
- - Herstellen von Kohlenstoffpulver, indem eine Mischung von Koks und Pech bei einer tiefen Temperatur und dann bei ei ner hohen Temperatur gesintert wird, um eine Kristallgit terkonstante zu erhalten, die nicht durch den Feuchtig keitswechsel beeinflußt wird;
- - Einfügen in eine vorbestimmte Form und Formen der Zusam
mensetzung für eine Zeitspanne bei einer Temperatur und
unter einem Druck, so daß die Eigenschaften der Zusammen
setzung nicht geändert werden.
Dabei enthält die Zusammensetzung: - - ein faserförmiges Metall, das von dem Herstellungsverfah ren des faserförmigen Metalls erhalten wird,
- - Kohlenstoffpulver, das von dem Herstellungsverfahren des Kohlenstoffpulvers erhalten wird,
- - einen Härter aus harzartigem Material, der den Bestand teilen der Zusammensetzung eine wasserdichte Eigenschaft durch eine Kopplungskraft verleiht, die erzeugt wird, wenn der Härter durch Hitze gehärtet wird,
- - ein anorganisches wärmebeständiges Mittel mit hohem Härte grad, das in Wasser weitgehend nicht löslich ist und wär mebeständige und feuerfeste Eigenschaften aufweist,
- - ein Füllmittel, das die Bestandteile der Zusammensetzung stabilisiert, wenn sie mit Luft und Wärme in Kontakt ste hen, und
- - Härten der druckgeformten Zusammensetzung für eine Zeit spanne und bei einer Temperatur, so daß der harzartige Härter der Zusammensetzung nicht verändert wird.
Bei dem Herstellungsverfahren des faserförmigen Metalls
dreht sich der Block des faserförmigen Metalls mit einer ho
hen Geschwindigkeit und wird so geschnitten, daß sich ein
Durchmesser von 0,01 bis 0,05 mm ergibt, und dann so ge
schnitten, daß sich eine Länge von 2 bis 3 mm ergibt.
Bei dem Herstellungsverfahren des Kohlenstoffpulvers werden
50 Gewichtsteile Koks mit 50 Gewichtsteilen Pech vermischt.
Die Mischung wird bei etwa einer Temperatur von 500 bis 600
°C für 10 bis 20 Minuten geheizt und dann etwa bei einer
Temperatur von 2000 bis 2500°C für 10 bis 20 Minuten ge
heizt, um eine Kristallgitterkonstante von 6,75 bis 6,85 zu
erhalten.
Bevorzugt besteht das wärmebeständige Mittel des anorgani
schen Materials aus oxidiertem Aluminium und das stabilisie
rende Füllmittel aus Bariumoxid.
Bei dem Preßformungsprozeß wird die Zusammensetzung bei ei
ner Temperatur im Bereich von 160 bis 185°C unter
einem Druck von 30 bis 50 kg/cm2 geheizt.
Bei dem Härtprozeß wird die Zusammensetzung bei einer Tempe
ratur im Bereich von 160 bis 185°C für 7 bis 9 Stunden ge
heizt und durch Nachheizen gehärtet.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Zusam
mensetzung vorzugsweise zur Dehydratisierung für 1 bis 3
Stunden bei einer Temperatur geheizt, bei der Feuchtigkeit
von etwa 100°C verdampfen kann.
Da die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung den harz
artigen Härter, das anorganische hitzebeständige Mittel und
das stabilisierende Füllmittel enthält, wird es sogar dann
nicht oxydiert, wenn es der Atmosphäre für eine lange Zeit
ausgesetzt ist.
Da die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung das Koh
lenstoffpulver mit der Kristallkonstante als ein Schmiermit
tel enthält, besitzt es eine geeignete Schmiereigenschaft
unter jeglichen Feuchtigkeitsbedingungen.
Da die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ein faser
förmiges Metall anstelle von Asbest zur Verwendung als ein
Reibungsmaterial aufweist, erzeugt sie keinen Asbeststaub,
wodurch industrielle Katastrophen und Umweltverschmutzung
verhindert werden.
Da gemäß dem Verfahren dieser Erfindung die Zusammensetzung
durch einen Druckform- und einen Härtvorgang erzeugt wird,
besitzt sie eine ausgezeichnete Stärke.
Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung wird der Block mit ei
ner hohen Geschwindigkeit durch einen Motor über eine Halte
vorrichtung gedreht und wird als faserförmiges Material mit
einem Durchmesser von 0,01 bis 0,05 mm von einem Werkzeug
schleifer erzeugt. Danach weist das faserförmige Metall eine
Länge von 2 bis 3 auf.
Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung werden 50 Gewichtsteile
Koks mit 50 Gewichtsteilen Pech vermischt. Die Mischung wird
bei tiefen Temperaturen von etwa 500 bis 600°C für 10 bis
20 Minuten und dann bei hohen Temperaturen von etwa 2000 bis
2500°C für 10 bis 20 Minuten gesintert, wodurch Kohlen
stoffpulver mit einer Kristallgitterkonstante von 6,75 bis
6,85 erzeugt wird.
Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung wird die Zusammenset
zung unter dem Druck von 3 bis 50 kg/cm2 bei Temperaturen
von 160 bis 185°C erhalten. Weiterhin wird das Härten der
Zusammensetzung durch Nachhärten beschleunigt, wobei die Zu
sammensetzung bei Temperaturen im Bereich von 160 bis 185°C
für 7 bis 9 Stunden geheizt wird.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Zu
sammensetzung, unmittelbar bevor sie gepreßt wird, für 1 bis
3 Stunden bei einer solchen Temperatur geheizt, daß Feuch
tigkeit von etwa 100°C verdampft wird. Daher ist die Zusam
mensetzung dehydratisiert und leicht zu formen.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung des Zyklus zu
der Stärke in einem Alterungstest des Reibungsmate
rials zeigt, das durch das erfindungsgemäße Verfah
ren erhalten wird, im Vergleich zum Stand der Tech
nik; und
Fig. 2 zeigt zwei Diagramme, die die Beziehung der Kri
stallgitterkonstante zu der Abnutzung des Kohlen
stoffpulvers in dem Verschleißtest des Reibungsmate
rials zeigen;
Fig. 2A zeigt eine Bedingung, wo die Feuchtigkeit in dem Be
reich von 18 bis 23% liegt; und
Fig. 2B zeigt eine Bedingung, wo die Feuchtigkeit in dem Be
reich von 55 bis 60% liegt.
Das faserförmige Metall wird hergestellt, indem 60 bis 65
Gewichtsteile Zink, 9 bis 13 Gewichtsteile Mangan, 7 bis 10
Gewichtsteile Kohlenstoff, 5 bis 8 Gewichtsteile Chrom, 3
bis 6 Gewichtsteile Nickel, 3 bis 6 Gewichtsteile Kupfer, 1
bis 2 Gewichtsteile Schwefel und 0,2 bis 2 Gewichtsteile
Aluminium vermischt werden. Das faserförmige Metall wird mit
einem Durchmesser von 0,01 bis 0,05 mm und einer Länge von 2
bis 3 mm hergestellt.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des faserförmigen Metalls
wird das Material mit einer vorbestimmten Rate gemischt und
geschmolzen oder vollständig verflüssigt, um einen zylindri
schen Block zu erzeugen. Der Block wird mittels eines Motors
mit einer Haltevorrichtung mit etwa 4200 bis 4500 Umdrehun
gen/Minute gedreht und dann in eine vorbestimmte Länge und
Durchmesser geschnitten. Das geschnittene faserförmige Me
tall wird als ein Reibungsmaterial zum Gebrauch in einer
Bremse verwendet.
Um Graphit (Kohlenstoff) zur Verwendung als Schmiermittel
herzustellen, werden Koks und Pech gemischt und zuerst bei
einer tiefen Temperatur gesintert.
Die tiefe Temperatur liegt bei etwa 500 bis 600°C und die
Zeitdauer für den ersten Sintervorgang bei 10 bis 20 Minu
ten. Gemäß dem Test sind 15 Minuten für die Testsinterbedin
gungen erforderlich.
Das Pech ist ein poröser Festkörper, der 70 bis 80% Kohlen
stoff, 10 bis 20% Asche und andere Bestandteile, beispiels
weise verdampfbare Substanz, enthält. Das Pech hat einen Öl
bestandteil, der nach Destillation von Teer erhalten wird.
Wenn Koks und Pech vermischt und destilliert werden, wird
das Kohlenstoffpulver verkokst, wodurch das Eindringen von
Feuchtigkeit verhindert wird. Folglich dienen Koks und Pech
dazu, Korrosion und Zerfallsprozeß zu verhindern.
Koks und Pech werden in dem Verhältnis von 40 zu 60 Teilen
gemischt. Um die Verkokseigenschaft nicht zu verlieren, wer
den sie vorzugsweise in dem Verhältnis von 50 zu 50 Teilen
gemischt.
Nach dem Sintervorgang bei der tiefen Temperatur wird die
Kristallgitterkonstante durch einen Sintervorgang bei einer
hohen Temperatur geändert.
Hohe Temperatur bedeutet dabei den Bereich von 2000 bis 2500
°C. Besonders bevorzugt kann das Sintern bei hoher Tempera
tur für 10 bis 20 Minuten bei einer Temperatur im Bereich
von 2300 bis 2500°C andauern.
Die Kristallgitterkonstante liegt in dem Bereich von 6,75
bis 6,85, in dem das Kohlenstoffpulver von Feuchtigkeit kaum
beeinflußt wird. Wenn bei einer Temperatur im Bereich von
2300 bis 2500°C geheizt wird, nimmt die Kristallgitterkon
stante weiter ab. Um folglich eine Kristallgitterkonstante
im Bereich von 6,75 bis 6,85 zu erhalten, ist es erwünscht,
die Zusammensetzung bei einer Temperatur von 2500°C und
tiefer zu heizen.
Das in diesem Vorgang verwendete Kohlenstoffpulver sollte
eine Siebstärke von 200 und darunter aufweisen.
Gemäß dem oben genannten Verfahren werden der harzartige
Härter, das wärmebeständige Mittel aus einem Metall und das
stabilisierende Füllmittel dem faserförmigen Metall und dem
Kohlenstoffpulver zugefügt, wodurch der Bremsbelag oder
-klotz geformt wird. Nach dem Formvorgang wird die Zusammen
setzung einem Härtevorgang ausgesetzt, wodurch das Endpro
dukt erzeugt wird.
Vorzugsweise wird Phenolharz als der harzartige Härter ver
wendet.
Das Phenolharz wird durch Kondensation von Phenolen und Al
dehyden erhalten. Das Phenolharz wird allmählich durch Wärme
gehärtet und ist aushärtbar. Zusätzlich weist das Phenolharz
einen hohen Grad an Haftfestigkeit auf, wodurch andere Be
standteile gebunden werden.
Als das wärmebeständige Mittel ist vorzugsweise Aluminium
oxid zu verwenden.
Das Aluminiumoxid ist wasserunlöslich. Nachdem es geheizt
wurde, ist das Aluminiumoxid in Säure unlöslich und weist
einen hohen Wärmewiderstand und feuerfeste Eigenschaften
auf. Das Aluminiumoxid hat eine hohe Härte, wenn es mit an
deren Bestandteilen im vermischten Zustand ist. Wenn das
Aluminiumoxid mit anderen Bestandteilen vermischt wird,
tritt eine Dehydrydratisierung auf, wodurch die Zusammenset
zung dieser Erfindung schnell dehydratisiert wird.
Die Teilchen des Aluminiumoxyds weisen eine Siebstärke von
250 und darunter auf und werden mit den anderen Bestandtei
len der Zusammensetzung vermischt.
Als das Füllmittel wird Bariumsulfat verwendet.
Das Bariumsulfat bewirkt allgemein bei Luft und Wärme ein
Stabilisieren der Mischung aus sich selbst und den anderen
Bestandteilen und verhindert eine Verfärbung. Bei dieser Er
findung wird die Stabilisierungswirkung der Bestandteile be
vorzugt.
Die Zusammensetzung dieser Erfindung enthält 25 bis 40 Teile
faserförmiges Metall, 15 bis 25 Teile Kohlenstoffpulver, 15
bis 25 Teile Phenolharz, 5 bis 15 Teile Bariumsulfat und 5
bis 10 Teile wärmebeständige Mittel aus einem Metallmateri
al. Die Mischung der Bestandteile wird bei einer für das
Formen erforderlichen Temperatur geheizt.
In der Summe ergeben die Teile der Zusammensetzung der vor
liegenden Erfindung 100. Die Zusammensetzung dieser Erfin
dung widersteht Hitze und Abnutzung und ist durch die Änderung
der Kristallgitterkonstanten des Kohlenstoffpulvers ge
genüber Feuchtigkeitsänderungen stabilisiert. Die Zusammen
setzung erzeugt keine Geräusche, und seine Lebensdauer wird
durch die Korrosionsschutzeigenschaften aufgrund des harzar
tigen Härters verlängert.
Zusätzlich weist die Zusammensetzung einen hohen Wärmewider
stand und eine feuerfeste Eigenschaft auf. Wenn daher eine
starke Bremskraft angewandt wird, ergibt sich ein schnelles
Halten. Wenn zusätzlich ein plötzliches Bremsen wiederholt
wird, wird die Eigenschaft des die Erfindung darstellenden
Bremsbelages und -klotzes stabil gehalten und das Verringern
der Bremsstärke verhindert.
Die Zusammensetzung dieser Erfindung wird in eine Form der
Gestalt eines Bremsbelages oder -klotzes für Fahrzeuge oder
Flugzeuge eingefügt und bei einer vorbestimmten Temperatur
gepreßt.
Die für den Formvorgang erforderliche Temperatur und Zeit
sollten in einem Bereich liegen, in dem sich die Eigenschaft
des Härters nicht ändert, weil der harzartige Härter gegen
über hohen Temperaturen empfindlich ist.
Der für die Herstellung der Erfindung erforderliche Druck
liegt im Bereich von 30 bis 50 kg/cm2. Besonders bevorzugt
sind 35 kg/cm2. Die Heiztemperatur beträgt nicht mehr als
200°C, vorzugsweise 160 bis 185°C.
Eine Stunde ist genug für den Heiz-Preß-Form-Vorgang.
Das geformte Produkt wird einem Nachhärtvorgang unterworfen,
um vollständige Härte und Gestalt zu erhalten.
Wie oben beschrieben wurde, wird bei dem Härtvorgang die Zu
sammensetzung bis zu einer Temperatur und für eine Zeit ge
heizt, die die Eigenschaft des Härters nicht ändern, weil
der harzartige Härter empfindlich auf eine hohe Temperatur
ist.
Die Temperatur liegt unterhalb von 200°C, bevorzugt in dem
Bereich 160 bis 185°C. Die Zusammensetzung wird für mehr
als fünf Stunden, jedoch nicht länger als zehn Stunden, vor
zugsweise sieben bis neun Stunden geheizt.
Durch diese Vorgänge werden ein fertiger Bremsbelag und
-klotz erhalten.
Die Zusammensetzung kann Kupferpulver enthalten, um eine
Bremstrommel oder -scheibe an einen Belag und Klotz festzu
kleben.
Das Kupferpulver kann 10 bis 20 Gewichtsteile betragen, be
vorzugt etwa 15 Gewichtsteile.
Unmittelbar bevor die Zusammensetzung dem Preßformungspro
zeß unterworfen wird, kann sie einem Dehydratisierungsprozeß
unterworfen werden, um das Verringern der Wirkungsamkeit der
Zusammensetzung durch natürliche Korrosion zu verhindern,
wenn sie in Gebrauch oder in Bewegung ist.
Der Dehydrationsprozeß wird bei einer Temperatur von etwa
100° oder in dem Bereich von 85°C bis 100°C ausgeführt.
Die Heizzeit beträgt etwa ein bis drei Stunden, wobei der
Tatsache Rechnung getragen wird, daß die Bestandteile mit
dem tiefsten Schmelzpunkt hinsichtlich ihrer Eigenschaften
nicht verändert werden.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird erhal
ten, indem 30 Teile faserförmiges Metall, 20 Teile Kohlen
stoffpulver der Siebstärke 180 und darunter, 20 Teile Phen
olharz, 15 Teile Kupferpulver der Siebstärke 45 und darun
ter, 10 Teile Bariumsulfat und 5 Teile Aluminiumoxyd
vermischt werden. Die Mischung wird dann für drei Stunden
bei einer Temperatur im Bereich von 85 bis 95°C ge
trocknet. Die getrocknete Mischung wird unter einem Druck
von 35 kg/cm2 bei einer Temperatur von 170°C in ei
ne vorbestimmte Gestalt und Konfiguration geformt. Die ge
formte Zusammensetzung wird bei einer Temperatur von 180°C
für 8 Stunden gehärtet, wodurch sie als ein fertiger Schei
benbremsenbelag und Scheibenbremsklotz produziert ist. Die
Daten sind im folgenden aufgelistet.
Eine Mischung mit den in der obigen Tabelle gezeigten Zusam
mensetzung wurde vollständig geschmolzen oder verflüssigt
und als ein Block hergestellt. Der Block wurde mit etwa 4300
Umdrehungen/Minute von einem Motor mit einem Werkzeugschlei
fer gedreht, wodurch ein faserförmiges Metall mit einem
Durchmesser von 0,3 mm und einer Länge von 2 mm erzeugt wur
de.
Danach wurden 50 Gewichtsteile Koks mit 50 Gewichtsteile
Pech gemischt. Die Mischung wurde zunächst bei einer tiefen
Temperatur für 15 Minuten und dann bei einer hohen Tempera
tur für 15 Minuten gesintert. Als Ergebnis wurde Kohlenstoffpulver
mit einer vorbestimmten Kristallgitterkonstante
erzeugt.
Die folgende Tabelle 2 zeigt die Beziehung der Kristall
gitterkonstante von Kohlenstoffpulver, das bei der ersten
Sintertemperatur erhalten wird, zu der von Kohlenstoffpul
ver, das bei der zweiten Sintertemperatur erhalten wird.
Danach werden 30 Gewichtsteile kurzes faserförmiges Metall,
20 Gewichtsteile Kohlenstoffpulver der Siebstärke 180, 20
Gewichtsteile Phenolharz, 15 Gewichtsteile Kupfer der Sieb
stärke 45, 10 Gewichtsteile Bariumsulfat und 5 Gewichtsteile
Aluminiumoxydpulver der Siebstärke 250 gemischt und für 30
Minuten bei 90°C getrocknet. Die Mischung wurde mit 35
kg/cm2 bei 170°C gepreßt, um einen Scheibenbremsenbelag
oder Scheibenbremsenklotz zu erzeugen.
Die oben beschriebene Zusammensetzungsrate ist nicht abso
lut, sondern nur eine Veranschaulichung, um die folgenden in
einem Test erhaltenen Werte zu erhalten.
Dieser Test wurde unter Verwendung kommerziell erhältlicher
Vorrichtungen durchgeführt.
Um eine wasserdichte Eigenschaft zu erhalten, wurden ein
Bremsbelag und -klotz in kochendes Wasser gelegt.
Ein Zyklus des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfaßt
es, einen Bremsbelag und -klotz in Wasser bei 100°C für
drei Stunden zu kochen und sie für fünf Stunden bei 80°C zu
trocknen und den getrockneten Belag und Klotz in einem Raum
zu lassen. Dieser Zyklus wurde 100mal wiederholt. Der Grad
der Festigkeit und des Rostes nach 120 Zyklen sind in Fig. 1
gezeigt.
Die Festigkeit des herkömmlichen Reibungsmaterials bleibt
bis 40 Zyklen erhalten. Die Festigkeit nimmt bei dem Verfah
ren nach 60, 80 und 100 Zyklen plötzlich ab. Eine große Men
ge an Rost wurde an der vorderen Endfläche erzeugt.
Die Festigkeit des Reibungsmaterials der vorliegenden Erfin
dung verringerte sich nach 100 Zyklen nicht.
Der Grund dafür besteht darin, daß der harzartige Härter
Feuchtigkeit verhindert, wenn er mit anderen Bestandteilen
vermischt ist, die in Wasser sind. Sogar wenn Feuchtigkeit
zwischen der Bremstrommel oder Scheibenbremse und dem Belag
vorhanden ist, wird beim tatsächlichen Gebrauch deren Brems
kraft nicht verringert und ihre Gestalt nicht verändert.
Während der Wert in Fig. 1 überprüft wurde, erzeugte das
Reibungsmaterial der vorliegenden Erfindung keinen Ruß und
wurde in seiner Festigkeit unter jeglichen Bedingungen, bei
spielsweise Hitze und Feuchtigkeit, nicht verringert.
Dieser Test wurde ebenfalls durchgeführt, indem erhältliche
Testvorrichtungen verwendet wurden.
Der fertige Belag und Bremse wurden mit einer Trägheitsrei
bungstestvorrichtung getestet. Die Meßgeschwindigkeit betrug
50 km/h und der Reibungsdruck 10 kg/cm2. Die Meßzeit betrug
1 Minute. Die Feuchtigkeit lag in dem Bereich von 18 bis 23
% und 55 bis 65%.
Die Ergebnisse sind in den Fig. 2A und 2B gezeigt.
Die Abnutzung des Reibungsmaterials, bei dem das Kohlen
stoffpulver eine Kristallgitterkonstante von 6,75 bis 6,85
aufweist, war ungeachtet der Feuchtigkeit äußerst niedrig.
Der Test zeigt, daß die Arbeitsweise der Bremse nicht durch
irgendeinen Wetterwechsel beeinflußt wird und eine vorbe
stimmte Bremskraft erhalten bleibt.
Wie in der obigen Beschreibung gezeigt wurde, wird bei die
ser Erfindung, indem die Kristallgitterkonstante des Kohlen
stoffs, der in dem Scheibenbremsbelag oder dem Scheiben
bremsklotz enthalten ist, geändert wird und indem die Zusam
mensetzung mit einem harzartigen Härter ummantelt wird, das
Reibungsmaterial der vorliegenden Erfindung nicht von der
Temperatur beeinflußt und es hat geeignete Schmiereigen
schaft und Reibungskoeffizienten, was das Bremsen mittels
einer Reibungskraft vereinfacht. Weiterhin wird der Rei
bungskoeffizient durch Oxydation und Heizen kaum geändert
und weist eine Festigkeit und eine Verschleißschutzeigen
schaft auf, die von der Feuchtigkeit kaum geändert werden,
wodurch die Bremskraft des Reibungsmaterials der vorliegen
den Erfindung stabilisiert wird. Zusätzlich werden kaum Ge
räusche erzeugt, was es ermöglicht, daß ein Fahrer angenehm
fährt.
Die Staubmenge, die rund um die Reifen während des Fahrens
abgegeben wird, nimmt abrupt ab, was verhindert, daß das
Aussehen des Fahrzeugs beeinträchtigt wird.
Insbesondere weil das Reibungsmaterial der vorliegenden Er
findung kein Asbest enthält, wird das Auftreten einer Krank
heit, die für eine Person tödlich ist, und Umweltverschmut
zung verhindert.
Zusätzlich wird die Lebensdauer des Reibungsmaterials ver
längert, woraus ein Benutzer wirtschaftliche Vorteile zieht.
Weiterhin werden alle Transporteinrichtungen, die eine
Bremsvorrichtung benötigen, beispielsweise Fahrzeuge oder
Flugzeuge, sicher und betriebsfähig betrieben.
Claims (19)
1. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung mit
einem faserförmigen Metall, das Zink, Mangan, Kohlen
stoff, Chrom, Nickel, Kupfer, Schwefel und Aluminium
enthält;
Kohlenstoffpulver mit einer Kristallgitterkonstante, die nicht von einem Feuchtigkeitswechsel beeinflußt ist;
einem Härter aus einem harzartigen Material, um den Be standteilen der asbestfreien Reibungsmaterialzusammen setzung eine wasserdichte Eigenschaft zu verleihen;
einem wärmebeständigen Mittel aus einem anorganischen Material, das in Wasser weitgehend nicht löslich ist und hitzebeständige und feuerfeste Eigenschaften und Härte aufweist; und mit
einem Füllmittel zur Stabilisierung der Bestandteile der asbestfreien Reibungsmaterialzusammensetzung, wenn die Bestandteile mit Wärme und Luft in Kontakt sind.
Kohlenstoffpulver mit einer Kristallgitterkonstante, die nicht von einem Feuchtigkeitswechsel beeinflußt ist;
einem Härter aus einem harzartigen Material, um den Be standteilen der asbestfreien Reibungsmaterialzusammen setzung eine wasserdichte Eigenschaft zu verleihen;
einem wärmebeständigen Mittel aus einem anorganischen Material, das in Wasser weitgehend nicht löslich ist und hitzebeständige und feuerfeste Eigenschaften und Härte aufweist; und mit
einem Füllmittel zur Stabilisierung der Bestandteile der asbestfreien Reibungsmaterialzusammensetzung, wenn die Bestandteile mit Wärme und Luft in Kontakt sind.
2. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An
spruch 1, bei der die Zusammensetzung weiterhin Kupfer
pulver für ein verbessertes Haften des Reibungsmaterials
enthält.
3. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An
spruch 1, bei der die Zusammensetzung 25 bis 40 Ge
wichtsteile faserförmiges Metall, 15 bis 25 Gewichtstei
le Kohlenstoffpulver, 15 bis 25 Gewichtsteile Härter aus
harzartigem Material, 5 bis 10 Gewichtsteile wärmebe
ständiges Mittel aus anorganischem Material, 5 bis 15
Gewichtsteile Füllmittel zur Stabilisierung enthält und
bei der die Zusammensetzung insgesamt 100 Gewichtsteile
nicht überschreitet.
4. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An
spruch 1, bei der das Kohlenstoffpulver eine Kristall
gitterkonstante von 6,75 bis 6,85 aufweist.
5. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An
spruch 1, bei der der Härter aus harzartigem Material
ein Phenolharz aufweist.
6. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An
spruch 1, bei der das wärmebeständige Mittel aus anorga
nischem Material aus Aluminiumoxid besteht.
7. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An
spruch 1, bei der das Füllmittel zur Stabilisierung aus
Bariumsulfat besteht.
8. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An
spruch 1, bei der das faserförmige Metall kurze Längen
mit einem Durchmesser von 0,01 bis 0,05 und eine Länge
von 2 bis 3 mm aufweist und bei der das Kohlenstoffpul
ver eine Siebnummer von 180 und darunter besitzt.
9. Bremsbelag oder Bremsklotz, der enthält:
25 bis 40 Gewichtsteile faserförmiges Metall, das 60 bis 65 Gewichtsteile Zink, 9 bis 13 Gewichtsteile Mangan, 7 bis 10 Gewichtsteile Kohlenstoff, 5 bis 8 Gewichtsteile Chrom, 3 bis 6 Gewichtsteile Schwefel und 0,5 bis 2 Ge wichtsteile Aluminium enthält, wobei das faserförmige Metall einen Durchmesser von 0,01 bis 0,05 mm und eine Länge von 2 bis 3 mm aufweist;
15 bis 25 Gewichtsteile Kohlenstoffpulver;
15 bis 25 Gewichtsteile Phenolharz;
5 bis 10 Gewichtsteile Aluminiumoxid; und
5 bis 15 Gewichtsteile Bariumsulfat,
wobei der Bremsbelag oder Bremsklotz ein Reibungsmaterial mit einem Reibungskoeffizienten von mindestens 0,28 ist.
25 bis 40 Gewichtsteile faserförmiges Metall, das 60 bis 65 Gewichtsteile Zink, 9 bis 13 Gewichtsteile Mangan, 7 bis 10 Gewichtsteile Kohlenstoff, 5 bis 8 Gewichtsteile Chrom, 3 bis 6 Gewichtsteile Schwefel und 0,5 bis 2 Ge wichtsteile Aluminium enthält, wobei das faserförmige Metall einen Durchmesser von 0,01 bis 0,05 mm und eine Länge von 2 bis 3 mm aufweist;
15 bis 25 Gewichtsteile Kohlenstoffpulver;
15 bis 25 Gewichtsteile Phenolharz;
5 bis 10 Gewichtsteile Aluminiumoxid; und
5 bis 15 Gewichtsteile Bariumsulfat,
wobei der Bremsbelag oder Bremsklotz ein Reibungsmaterial mit einem Reibungskoeffizienten von mindestens 0,28 ist.
10. Verfahren zum Herstellen einer asbestfreien Reibungsma
terialzusammensetzung, das aufweist:
Herstellen eines faserförmigen Metalls, indem kurze und dünne Fasern von einem Zink, Mangan, Kohlenstoff, Chrom, Nickel, Kupfer, Schwefel und Aluminium enthaltenden Block geschnitten werden;
Herstellen von Kohlenstoffpulver, indem eine Mischung von Koks und Pech bei einer geringeren Temperatur und dann bei einer höheren Temperatur gesintert wird, um ei ne Kristallgitterkonstante zu erhalten, die nicht durch einen Feuchtigkeitswechsel beeinflußt wird;
Einfügen in eine vorbestimmte Form und Formen einer Zu sammensetzung, wobei die Zusammensetzung enthält:
Herstellen eines faserförmigen Metalls, indem kurze und dünne Fasern von einem Zink, Mangan, Kohlenstoff, Chrom, Nickel, Kupfer, Schwefel und Aluminium enthaltenden Block geschnitten werden;
Herstellen von Kohlenstoffpulver, indem eine Mischung von Koks und Pech bei einer geringeren Temperatur und dann bei einer höheren Temperatur gesintert wird, um ei ne Kristallgitterkonstante zu erhalten, die nicht durch einen Feuchtigkeitswechsel beeinflußt wird;
Einfügen in eine vorbestimmte Form und Formen einer Zu sammensetzung, wobei die Zusammensetzung enthält:
- - ein faserförmiges Metall, das von dem Herstellungsver fahren des faserförmigen Metalls erhalten wird,
- - Kohlenstoffpulver, das von dem Herstellungsverfahren des Kohlenstoffpulvers erhalten wird,
- - einen Härter aus harzartigem Material, der den Be standteilen der Zusammensetzung eine wasserdichte Ei genschaft durch eine Kopplungskraft verleiht, die er zeugt wird, wenn der Härter durch Wärme gehärtet wird,
- - ein anorganisches wärmebeständiges Mittel, das in Was ser weitgehend nicht löslich ist und wärmebeständige und feuerfeste Eigenschaften aufweist,
- - ein Füllmittel, das die Bestandteile der Zusammenset zung stabilisiert, wenn sie mit Luft und Wärme in Be rührung stehen; und
Härten der preßgeformten Zusammensetzung.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das faserförmige Me
tall durch Drehen des Blockes hergestellt wird, während
der Block in ein faserförmiges Metall geschnitten wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Kohlenstoffpulver
hergestellt wird, indem am Anfang eine Mischung von
Koks und Pech bei Temperaturen von 500 bis 600°C für 10
bis 20 Minuten gesintert wird, so daß die Kristallgitter
konstante des Kohlenstoffpulvers in dem Bereich von 6,75
bis 6,85 liegt.
13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem Aluminiumoxyd als
wärmebeständiges Mittel aus anorganischem Material zuge
fügt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem Bariumsulfat als
das Füllmittel zur Stabilisierung hinzugefügt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Preßformvorgang
unter Drücken von 30 bis 50 kg/cm2 bei Temperaturen von
150 bis 185°C durchgeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Härtvorgang bei
Temperaturen von 160 bis 185°C für 7 bis 9 Stunden
durchgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem vor dem Preßfor
mungsvorgang die Zusammensetzung bei etwa 100°C für 1
bis 3 Stunden zur Dehydratisierung geheizt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 10 zum Herstellen eines Brems
belag- oder Bremsklotzmaterials, wobei das Verfahren ein
Reibungsmaterial mit einem Reibungskoeffizienten von
mindestens 0,28 erzeugt.
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP4280298A JPH0826302B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 非石綿成形磨擦材用組成物及び非石綿成形磨擦材の製造方法 |
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