DE3035100C2

DE3035100C2 - Reibungselement

Info

Publication number: DE3035100C2
Application number: DE3035100A
Authority: DE
Inventors: Masami Toyota Ishii; Ryoichi Tomikawa; Yasunobu Chiryu Yamamoto
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1979-09-17
Filing date: 1980-09-17
Publication date: 1990-08-23
Also published as: JPS5643327A; DE3035100A1; US4420067A

Description

Die Erfindung betrifft ein Reibungselement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Reibungselemente, die für Motorfahrzeuge eingesetzt und durch Formung unter Verwendung eines Harzes hergestellt werden, (nachstehend einfach als »Reibungselement« bezeichnet) werden im allgemeinen aus Asbestfasern als Grundmaterial hergestellt, wobei in dem Reibungselement ein Phenolharz als Bindemittel und Bestandteile zur Verbesserung der Reibungseigenschaften (beispielsweise des Reibungskoeffizienten und/ oder der Abriebbeständigkeit) enthalten sind. Die Reibungselemente werden außerdem mittels eines Klebstoffs mit einem Metallkern bzw. einer Metallunterlage in Berührung gebracht.

Das bekannte Verfahren zur Herstellung von Reibungselementen weist folgende Verfahrensschritte auf: Vermischen der Asbestfasern, des Bindemittels und der Bestandteile zur Verbesserung der Reibungseigenschaften; Vorformung der erhaltenen Mischung mittels einer Metallform bei Raumtemperatur unter Druck, wobei die Mischung mit der Metallunterlage in Berührung gehalten wird, und Formung mittels einer Metallform unter Hitze und Druck und Glättung der Oberfläche und der Seitenfläche der geformten Produkte zwecks Entfernung der überflüssigen Materialien von diesen Flächen.

Die für die Herstellung der bekannten Reibungselemente eingesetzten Asbestfasern gefährdeten jedoch die Gesundheit des Menschen. Bei der Herstellung solcher Reibungselemente, beispielsweise bei den Verfahrensschritten des Vermibchens oder des Glättens, wird in dem Herstellungsbetrieb eine beträchtliche Menge von pulverförmigem Asbest verstreut. Durch das Einatmen des pulverförmigen Asbestes wird die Gesundheit der im Herstellungsbetrieb beschäftigten Personen in hohem Maße gefährdet, da durch den Asbest beispielsweise Krebs hervorgerufen werden kann.

In neuerer Zeit sind Reibungselemente bekanntgeworden, die als Grundmaterial Stahlfasern enthalten.

Zwar werden dadurch die mit der Verwendung von Asbestfasern verbundenen Probleme beseitigt, jedoch haben die Stahlfasern enthaltenden Reibungselemente den Nachteil, daß sie eine niedrige Korrosionsbeständigkeit haben, d. h. leicht rosten, wodurch zwischen dem Reibungselement und der Metallunterlage eine Phase bzw. Schicht gebildet wird, die sich ablösen bzw. abblättern kann. Beim Auftreten dieser Ablösungserscheinung werden Funktionsstörungen des Bremssystems hervorgerufen.

Aus der DE-AS 25 35 527 ist ein Reibungselement bekannt, bei dem als faserförmiges Grundmaterial Stahlfasern (Stahlwolle) unter Zusatz von bestimmten, zum Teil hochgiftigen Metalloxiden wie Chromoxid, die veredelnd auf die Stahlfasern einwirken und dadurch ein Rosten verhindern, eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reibungselement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Verfügung zu stellen, das nicht nur eine hohe Korrosionsbeständigkeit hat, sondern auch ohne Verminderung des Reibungskoeffizienten bei einer Temperatur von mehr als 300° C eine geringe Abnutzung zeigt als Reibungselemente, bei denen als Grundmaterial Stahlfasern eingesetzt werden.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Reibungselement gelöst

Das erfindungsgemäße Reibungselement ist als Bremsklotz für das Bremssystem von Motorfahrzeugen besondere geeignet.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert

F i g. 1 ist eine graphische Darstellung, die das Abnutzungsverhältnis und den Reibungskoeffizienten erfindungsgemäßer Reibungselemente im Vergleich mit den entsprechenden Eigenschaften bekannter Reibungselemente zeigt;

F i g. 2 ist eine Vorderansicht der Anordnung, mit der das Verfahren zum Test der Korrosionsbeständigkeit durchgeführt wird.

Die für die erfindungsgemäßen Reibungselemente eingesetzten Messingfasern werden durch Zerspanung von Messingmaterialien mit einer geeigneten Zerspanungsvorrichtung, wie einer Drehmaschine, erhalten.

Die Messingfasern haben geeigneterweise eine Länge von 1 bis 10 mm. Die Länge der Messingfasern beträgt vorzugsweise 2 bis 7 mm und insbesondere 3 bis 6 mm.
Die Bestandteile zur Verbesserung der Reibungseigenschaften werden im allgemeinen in Schmiermittel, Materialien zur Verbesserung des Reibungskoeffizienten, Materialien zur Verbesserung der Abriebbeständigkeit und Materialien zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit eingeteilt. Bei dem Schmiermittel und dem Material zur Verbesserung des Reibungskoeffizienten handelt es sich jedoch um Materialien mit einander entgegengesetzten Eigenschaften, weshalb je nach den gewünschten Eigenschaften, die das erfindungsgemäße Reibungselement bei seiner Anwendung haben soll, bestimmte geeignete Bestandteile ausgewählt und eingesetzt werden, durch die eine synergistische Wirkung hervorgerufen wird. Typische Beispiele für Bestandteile zur Verbesserung der Reibungseigenschaften sind Gummistaub, Kaschuharzstaub, Graphit, Metallsulfide, Metalloxide und Metallpulver.

Die erfindungsgemäßen Reibungselemente können zur Verminderung der Kosten billige Materialien wie Calciumcarbonat oder Siliciumdioxid als Füllmittel

enthalten.

Die Messingfasern sind in dem Reibungselement vorzugsweise in einer Menge von 30 bis 60 Gew.-% und insbesondere von 40 bis 50 Gew.-% enthalten, wobei sich diese Gewichtsmengen auf das Gesamtgewicht des Reibungselements beziehen.

Das Phenolharz ist in dem Reibungseiement vorzugsweise in einer Menge von 8 bis 13 Gew.-% und insbesondere von 9 bis 11 Gew.% enthalten, wobei sich diese Gewichtsmengen auf das Gesamtgewicht des Reibungselements beziehen.

Die Bestandteile zur Verbesserung der Reibungseigenschaften sind in dem Reibungselement geeigneterweise in einer Menge von 20 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise von 30 bis 60 Gew.-% und insbesondere von 40 bis 50 Gew.-% enthalten, wobei diese Gewichtsmengen auf das Gesamtgewicht des Reibungselements bezogen sind

Das vorstehend erwähnte Füllmittel ist in dem Reibungselement geeigneterweise in einer Menge von weniger als 30 Gew.-%, auf das Gesamtgewicht des Reibungselements bezogen, enthalten.

Das erfindungsgemäße Reibungselement kann zusätzlich anorganische Fasern, wie Keramik- und Stahlfasern, und/oder organische Fasern, wie Phenölharzfasern und aromatische Polyamidfasern, enthalten.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Reibungselemente können die bekannten Verfahren angewendet werden.

Ein typisches Beispiel für ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Reibungselementen, das für die erfindungsgemäße Reibungselemente angewendet werden kann, besteht darin, daß man die Messingfasern, bestimmte Bestandteile zur Verbesserung der Reibungseigenschaften und ein Phenolharz in eine geeignete Mischvorrichtung wie einen V-Mischer hineinfüllt und mit dieser Mischvorrichtung vermischt, daß man das Mischungsprodukt mit einer geeigneten Vorformungsvorrichtung wie einer Formpreßvorrichtung bei Raumtemperatur unter Druck in einer Metallform vorformt, um eine gewünschte Gestalt zu erhalten, daß man das vorgeformte Produkt mit einer geeigneten Formungsvorrichtung wie einer Formpreßvorrichtung unter Hitze und Druck in einer Metallform formt und dabei gleichzeitig mittels eines Klebstoffs mit einer Metallunterlage in Berührung bringt, daß man die Oberfläche und die Seitenfläche des geformten Produkts glättet, um das überflüssige Material von diesen Flächen zu entfernen, und daß man das geglättete Produkt dann erhitzt, wodurch man das fertige Reibungselement erhält.

Zur Erleichterung des Formungsschrittes kann während der Vorformung in das Mischungsprodukt eine geringe Menge eines Phenolharzes oder eines anderen Harzes hineingegeben werden. Der Vorformungsschritt kann abgekürzt werden.

Ein anderes Verfahren besteht darin, daß man die Messingfasern, bestimmte Bestandteile zur Verbesserung der Reibungseigenschaften und das Phenolharz in eine Mischvorrichtung hineinfüllt und vermischt, wobei, eo falls erforderlich, eine geringe Menge organischer und/ oder anorganischer Fasern hinzugegeben wird, daß man das Mischungsprodukt dann mit einer geeigneten Formungsvorrichtung wie einer Strangpreßvorrichtung unter Hitze und Druck zwecks Ausbildung einer Folie oder Platte formt, daß man das geformte Produkt unter Ausbildung der gewünschten Gestalt stanzt, daß man die Oberfläche und die Seitenfläche des gestanzten Produkts glättet und daß man das gestanzte Produkt dann innerhalb einer Heizvorrichtung erhitzt, wodurch das fertige Reibungselement erhalten wird.

In den nachstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen sind alle Prozentangaben auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

40% Messingfasern mit trapezförmigem Querschnitt, einem Durchmesser von 0,2 mm und einer Länge von 4 mm, 7% pulverförmiges Phenolharz und 3% flüssiges Phenolharz, 6% Gummistaub, 6% Kaschuharzstaub, 11% Graphitpulver, 18% Bariumsulfat, 5% Kupferpulver und 4% Aluminiumoxid wurden in einen Henschel-Mischer (V-Mischer) eingefüllt und in ausreichendem Maße vermischt

Das vermischte Produkt wurde 10 min lang bei 170° C unter einem Druck von 294 bar mit einer Formpreßvorrichtung in einer Metallform geformt und gleichzeitig mittels eines Phenolharzes als Klebstoff mit einer Metallunterlage in Berührung gebracht

Dann wurde das geformte Produkt 2,5 h lang innerhalb einer Heizvorrichtung auf 270° erhitzt

Das erhitzte Produkt wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, und die Oberfläche sowie die Seitenfläche des abgekühlten Produkts wurden geglättet, wodurch das fertige Reibungselement erhalten wurde.

Beispiel 2

60% Messingfasern mit trapezförmigem Querschnitt, einem Durchmesser von 0,2 mm und einer Länge von 4 mm, 7% eines pulverförmigen Phenolharzes und 3% eines flüssigen Phenolharzes, 3% Gummistaub, 3% Kaschuharzstaub, 11% Graphitpulver, 9% Bariumsulfat und 4% Aluminiumoxid wurden in einen Henschel-Mischer (V-Mischer) eingefüllt und in ausreichendem Maße vermischt, worauf in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 ein fertiges Reibungselement hergestellt wurde.

Vergleichsbeispiel 1

Ein fertiges Reibungselement wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 erhalten, jedoch wurden als Grundmaterial des Reibungselements an Stelle der 40% Messingfasern 40% Weichstahlfasern mit einem Durchmesser von 0,2 mm und einer Länge von 4 mm eingesetzt.

Vergleichsbeispiel 2

Ein fertiges Reibungselement wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 erhalten, jedoch wurden als Grundmaterial des Reibungselements an Stelle der 60% Messingfasern 60% Weichstahlfasern mit einem Durchmesser von 0,2 mm und einer Länge von 4 mm eingesetzt.

Die in den Beispielen 1 und 2 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhaltenen Reibungselemente wurden getestet.

Der Wert des Abnutzungsverhältnisses wurde auf der Grundlage von SAEJ661a mittels einer Testvorrichtung für Reibungsmaterialien gemessen. Der Wert des Reibungskoeffizienten wurde auf der Grundlage von JASO6914 mittels eines Dynamometers auf einer Reibungsoberfläche des für die Bremssysteme von Personenkraftwagen eingesetzten Typs gemessen.

Die Ergebnisse der vorstehend erwähnten Teste werden in F i g. 1 gezeigt. Die in F i g. 1 verwendeten Symbole haben folgende Bedeutung:

-D-

Beispiel 1; Beispiel 2;

Vergleichsbeispiel 1; Vergleichsbeispiel 2.

Die aufeinandergelegten Elemente werden 120 h lang bei einer relativen Feuchtigkeit von 80% und einer Temperatur von 20⁰C stehengelassen. Dann wird mittels einer Federwaage, wie sie in F i g. 2 gezeigt wird, die Zugkraft gemessen, die pro Flächeneinheit erforderlich ist, um die Oberfläche Xa und die Oberfläche 2a in Richtung des Pfeils voneinander abzuziehen.

Der Test zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit erbrachte für die Zugkraft folgende Ergebnisse:

Ein Test zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit wird folgendermaßen zwischen dem Reibungselement und einem als Gegenelement dienenden Scheibenelement durchgeführt:

Zuvor wird die Reibungsoberfläche des Scheibenelements in ausreichendem Maße mit Methanol entfettet, dann wird die Reibungsoberfläche 2a des Reibungselements 2 in der in F i g. 2 gezeigten Weise auf die Reibungsoberfläche la des Scheibenelements 1 gelegt.

(1) 34,3 mN/cm² in Beispiel 1

(2) 39,2 mN/cm² in Beispiel 2

(3) 117,7 mN/cm² in Vergleichsbeispiel 1

(4) 161,8 mN/cm² in Vergleichsbeispiel 2

Die Korrosion auf der Oberfläche der in Beispiel 1 und 2 erhaltenen Reibungselemente wird kaum erhöht, während auf der Oberfläche der in Vergleichsbeispiel 1 und 2 erhaltenen Reibungselemente eine deutliche Korrosion bestätigt wird.

Aus F i g. 1 und den Ergebnissen des Testes zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit geht deutlich hervor, daß die erfindungsgemäßen Reibungselemente in bezug auf die Eigenschaften des Abnutzungsverhältnisses bei hoher Temperatur (mehr als 300° C) und der Korrosionsbeständigkeit gegenüber den bekannten Reibungselementen verbessert sind, ohne daß der Wert des Reibungskoeffizienten vermindert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Reibungselement aus Metallfasern als faserförmigem Grundmaterial, einem Phenolharz als Bindemittel sowie Bestandteilen zur Verbesserung der Reibungseigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß es 10 bis 7OGew.-°/o Messingfasern mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,5 mm und trapezförmigem Querschnitt als faserförmiges Grundmaterial und 6 bis 15 Gew.-% des Phenolharzes enthält, wobei sich die erwähnten Gewichtsmengen auf das Gesamtgewicht des Reibungselements beziehen.

2. Reibungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messingfasern eine Länge von 1 bis 10 mm haben.

3. Reibungselement nach Anspruch 1 odsr 2, dadurch gekennzeichnet, daß as 30 bis 60Gew.-% Messingfasern und 8 bis 13 Gew.-% des Phenolharzes enthält

4. Reibungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich organische und/oder anorganische Fasern enthält