DE3533624C1

DE3533624C1 - Verfahren zur Herstellung von Reibbelaegen und damit hergestellte Reibbelaege

Info

Publication number: DE3533624C1
Application number: DE19853533624
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Chem Schmidt; Hans Haack
Original assignee: Frenzelit Werke GmbH
Current assignee: Frenzelit Werke GmbH
Priority date: 1985-09-20
Filing date: 1985-09-20
Publication date: 1987-05-27
Also published as: WO1987001774A1; EP0238578A1

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Reibbelägen auf der Basis des Papierherstellverfahrens und die Reibbeläge selbst.

Früher war Asbest der Hauptbestandteil von Reibbelägen, z. B. Brems- und Kupplungsbelägen für Automobile, da Asbestfaser u. a. die auftretende Reibungshitze verträgt.

Seitdem aber die Gesundheitsgefahr von Asbest bekanntgeworden ist, bemüht man sich, Asbest ganz oder weitgehend zu ersetzen. Stellvertretend für eine große Zahl von Publikationen und Schutzrechten auf diesem Gebiet sei verwiesen auf die DE-PS 28 04 327, welche eine Friktionszusammensetzung aus einem vernetzbaren Polymerbindemittel, verstärkenden Bestandteilen auf Basis von Glasfasern sowie gegebenenfalls üblichen Füllstoffen zeigt, wobei der verstärkende Bestandteil aus Glasfaser und einem nicht schmelzendem organischen Fasermaterial im Gewichtsverhältnis 90 : 10 bis 35 : 65 besteht und der Anteil der nicht schmelzenden organischen Fasern und der Glasfasern zusammengenommen 20-75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, beträgt.

Die Herstellung erfolgt in üblicher Weise. Zum Beispiel werden die nicht schmelzenden organischen Fasern und das Glas mit dem Polymerbindemittel vermischt. Dann wird in eine Form gegeben, vorgepreßt und dann ausgehärtet und bearbeitet oder es wird eine Vorform aus imprägnierten Bändern aus der Glasfaser und der organischen Faser gewickelt und diese Vorform dann unter Wärme und Druck ausgehärtet und gegebenenfalls nachgearbeitet. Die erhaltenen Reibbeläge zeigen gute Eigenschaften, die vergleichbar den bekannten asbesthaltigen Reibbelägen sind.

Mit herkömmlichen Verfahren können nur beim Einsatz hochwertigerer und damit teuerer Rohstoffe (Aramidfasern usw.) ausreichende Gütewerte erzielt werden.

Es wurde nun gefunden, daß die Herstellung solcher Reibelemente nach einem Naßverfahren, das dem Papierherstellungsverfahren ähnlich ist, in einfacher Weise zu ausgezeichneten Reibelementen führt, wobei dieses Verfahren im geschlossenen Kreislauf ohne Wasserprobleme durchgeführt werden kann.

Das Verfahren der Erfindung gemäß Anspruch 1 besteht darin, die Bestandteile der Reibzusammensetzungen in Wasser zu suspendieren und in der Suspension Stoffmasse und Bindemittel auf gegensätzliche Ladung einzustellen (vorzugsweise indem vor der Latexzugabe die Stoffmasse umgeladen wird) und vor dem Stoffauflauf auf das Formsieb die Stoffdichte auf 1 bis 2% zu verdünnen und dann auf einem Sieb zu entwässern, wobei das Sieb entweder Bahnmaterial liefert oder gleich die endgültige Form des gewünschten Reibelementes hat. Der entwässerte Reibbelag wird nach dem Trocknen in üblicher Weise weiterverarbeitet, also heiß gepreßt und erforderlichenfalls getempert und bearbeitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, gleich gute und bessere Gütewerte beim Einsatz einfacherer und billigerer Rohstoffe (Glasfasern usw.) zu erreichen.

Die folgenden Beispiele zeigen eine Gegenüberstellung von Herstellung und Eigenschaften von Kupplungsringen, die einerseits nach dem bisherigen Trockenverfahren, andererseits nach dem erfindungsgemäßen Naßverfahren hergestellt sind. Die Bewertung erfolgt durch die Kennzahl, die überwiegend vom Herstellungsverfahren bestimmt wird und zur wichtigsten Voraussetzung eines Kupplungsringes gehört, nämlich die Schleuderfestigkeit. Die Schleuderfestigkeit wird durch Messung der Berstdrehzahl ermittelt und wird in Umdrehungen pro Minute angegeben.

Beispiel 1 - Gewickelter Kupplungsring (Vergleich - nicht erfindungsgemäß)

Für den gewickelten Ring wurde ein Garn mit Messingseele verwendet. Das Garn bestand aus:

17% Aramidfaser - texturiert (50-70 mm)
19% Zellwolle - texturiert (50-70 mm)
64% Glaswolle (50-70 mm)

Dieses Garn wurde mit einer Phenolharzlösung imprägniert, in der die üblichen Füllstoffe dispergiert waren. Nach dem vorsichtigen Trocknen wurde eine Tränkaufnahme von 100% festgestellt. Das Garn wurde auf einer speziellen Wickelmaschine mit den erforderlichen Maßen für die scheibenförmigen Ringe gewickelt und anschließend in einer dafür geeigneten Form unter folgenden Bedingungen heiß verpreßt:

Preßtemperatur175°C Preßzeit8 min Preßdruck20 N/mm²

Danach wurde der Ring aus der Form entnommen und weitere 24 h bei 140°C getempert. Nach dem Abkühlen wurde der Ring von beiden Seiten plan geschliffen und für die Aufnahme der Befestigungsnieten aufgebohrt. Das Pressen in der Form, die Preßbedingungen und die Nachbehandlung der Ringe wurden auch in den folgenden Beispielen beibehalten.

Beispiel 2 - Kupplungsring aus Trockenmischung (nicht erfindungsgemäß)

8% Aramidpulp
9% Zellstoff
30% Glasfaser
6% Kaolin
6% Schwerspat
6% Siliciumcarbid
2% Graphit
8% Messingpulver
20% Phenolharz
5% NBR

Alle Komponenten wurden in einem Zwangsmischer gemischt. Es ist noch zu erwähnen, daß das Phenolharz pulverförmig eingesetzt wurde, die Glasfaser als vorletzte Komponente und der NBR in Form von Latex gegen Ende der Mischdauer zugesetzt wurde. Da diese Mischung sehr voluminös ist, geschieht das Trocknen in Pfannen und durch mehrmaliges Umwälzen des Gutes. Dieser Vorgang kann bei Raumtemperatur, wie auch in einem Temperaturbereich von 50-90°C erfolgen. Die getrocknete Mischung wird möglichst gleichmäßig in die Form geschüttet und unter den genannten Bedingungen heiß verpreßt und bearbeitet.

Beispiel 3-5 - Kupplungsring nach dem Naßverfahren (erfindungsgemäß) Mischungsherstellung

In einem mit Wasser gefüllten Pulper wurde erst die Aramidfaser mit dem Zellstoff aufgeschlagen. Danach erfolgte die Zugabe aller Füllstoffe. Auch hier lag das Phenolharz pulverförmig vor. Um die Glasfaser schonend einzumischen, wurde diese erst am Ende der Mischzeit eingetragen. Da alle Komponenten im Wasser eine anionische Oberflächenladung haben und der Latex ebenfalls anionisch geladen ist, muß die Stoffmasse vor der Latexzugabe umgeladen werden. Hierfür werden auf dem Markt zahlreiche Mittel angeboten.

In Beispiel 3 bis 5 wurde eine wäßrige Lösung eines hochmolekularen Polyethylenimins benutzt.

Die Stoffdichte im Pulper beträgt etwa 8% und wird vor dem Abnutschen auf ca. 1,5% verdünnt. Die hohe Verdünnung sorgt für eine gue Verfilzung der Faser und damit zu einer hohen Schleuderfestigkeit des Ringes. Nach dem Trocknen erfolgt die übliche Weiterverarbeitung der Ringe durch heißpressen usw. wie in Beispiel 1 angegeben.

Vergleichende Bewertung/Prüfung der Ringe:

Schleuderfestigkeit Ring gewickelt12 000 U/min Ring aus Trockenmischung 9 000 U/min Ring nach dem Naßverfahren
Beispiel 311 000 U/min Beispiel 412 000 U/min Beispiel 510 000 U/min

Die Ringe nach dem Naßverfahren sind also praktisch ebenso gut wie trockengewickelte Ringe.

In den Beispielen 3 bis 5 wurde ein ringförmiges Formsieb von 200 mm Außendurchmesser und 130 mm Innendurchmesser mit 18 Maschen/cm benutzt und die erhaltenen, getrockneten Ringe heißgepreßt und getempert und dann von beiden Seiten plan geschliffen und gebohrt.

Die Vorteile des Naßverfahrens sind insbesondere, daß sich Ringe mit guter Qualität ergeben und der Ring praktisch auf Endmaß vorgefertigt werden kann. Es entfällt das Recycling von Abfall, so daß auch in dieser Hinsicht das Verfahren sehr wirtschaftlich ist. Der Rohling enthält alle notwendigen Komponenten, so daß die Nachimprägnierung entfällt. Die Mischung ist ohne Probleme herstellbar. Aus flachem Material in üblicher Weise hergestellte Ringe erfordern einen Stanzvorgang. Durch die Latexbindung sind die Stanzabfälle nicht wieder verwendbar, was Sondermüll ergibt und eine Materialausnutzung von höchstens 45% gestattet. Dies kann beim erfindungsgemäßen Naßverfahren vermieden werden, wenn man gleich in die gewünschte Form einlaufen läßt. Da eine Abnutscheinrichtung wesentlich sauberer und wartungsfreier gefahren werden kann als eine Papier- oder Pappenmaschine, erlaubt dies auch eine Verkleinerung der Anlage um gut 60%. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Wasserführung und es kann in geschlossenem Kreislauf ohne Wasserprobleme gefahren werden.

Auch das An- und Abfahren dieser Anlage ist keine Schwierigkeit, so daß auch viel leichter im Ein- oder Zweischichtenbetrieb gefahren werden kann. Bei der Papier- und Pappherstellung ist ein kontinuierlicher Betrieb notwendig, da beim An- und Abfahren solcher Anlagen sehr viel Abwasser anfällt. Da das Abwasser Phenol enthält, ist eine biologische Reinigung notwendig. Auch dies entfällt hier, weil überhaupt kein Abwasser anzufallen braucht.

In der beigefügten Zeichnung ist eine Schema-Skizze für ein Schleuderform-Verfahren dargestellt.

Fig. 1 zeigt die Schleudertrommel herausgefahren und zur Entnahme der Formkörper geöffnet. Die Formsiebe sind in die gestrichelt dargestellten Öffnungen der drei herausgefahrenen Trommelteile eingesetzt.

Fig. 2 zeigt die Schleudertrommel mit dem sie umgebenden Gehäuse, das rechts oben einen Überlauf und rechts unten einen Ablauf hat. Vorzugsweise kann das Gehäuse verschlossen werden, so daß in das Gehäuseinnere auch Vakuum angelegt werden kann, um die Absaugung aus der (außer den Formsieben und den Zulauf) geschlossenen Trommel verstärkt werden kann.

Wenn leicht sedimentierbare Stoffe in der Stoffmasse vorliegen arbeitet man zweckmäßig wie folgt:

Das Gehäuse wird bis zum Überlauf mit Wasser gefüllt, die Trommel in Rotation versetzt und der Stoffeinlauf erfolgt durch ein Rohr von oben oder unten in der Mitte der Trommel (über eine Verdrängungspumpe) aus einem gut gerührten Vorratsgefäß, damit im Vorratsgefäß und der Pumpe keine Separation der Bestandteile erfolgt. Die Trommel läuft bei der Beschickung mit 200 bis 600 Umdrehungen/min. Durch die Zentrifugalkraft erfolgt die Blattbildung und durch die Strömung durch die Formsiebe wird praktisch der gesamte Stoff auf den Sieben abgeschieden. Man kann notfalls hinterher mit etwas Wasser nachspülen.

Die Verdrängungspumpe, also der Zulauf, wird so eingestellt, daß nur so viel Stoff gefördert wird, wie auf den Sieben abgeschieden wird. Wenn die gewünschte Stoffmenge aufgelaufen und das Wasser in der Trommel ziemlich klar ist, wird der Ablauf geöffnet und die Trommel zum Entleeren hochgefahren. Dann werden die Siebe mit den gebildeten Ringen des Reibmaterials entnommen und die Ringe je nach Konsistenz auf dem Formsieb oder nach Herausnahme getrocknet und dann formgepreßt und wie üblich weiterverarbeitet.

Man kann auch durch Abnutschen arbeiten, wobei vorzugsweise mit Vakuum gearbeitet werden kann.

Es erfolgt kaum ein Stoffverlust, da mit Wasserrückführung gearbeitet werden kann, so daß der gesamte Materialverlust statt wie üblich 45% bei 5 bis 10% gehalten werden kann, da auch beim Arbeiten in einer Papiermaschine das beim Stanzen abfallende Material wieder rückgeführt werden kann, da ja erst nach dem Stanzen gepreßt wird.

Man kann durch wenige Vorversuche ermitteln, welche Stoffmenge man jeweils für eine gewünschte Dicke oder Form auflaufen läßt, wobei jeweils das Schrumpfen des Formkörpers durch Trocknen und heißpressen zu berücksichtigen ist, was insbesondere beim Arbeiten mit dem Formsieb gilt, was sich aber für jede Mischung leicht durch einige Vorversuche durchführen läßt. Man erhält dann Richtzahlen für jede Mischung.

Das Heißpressen erfolgt zweckmäßig in einer Formpresse.

Auch beim direkten Arbeiten im Formsieb kann man sehr grobe Materialien, wie Drahtnetze oder Drahtsiebe mit den Reibbelägen kombinieren, indem man sie vorher in das Formsieb einlegt, gegebenenfalls nach Einlegen von Abstandshaltern oder Abstützkörpern in das Formsieb, um die Drahtnetze oder Drahtsiebe nicht direkt aufliegen zu lassen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen auf der Basis von üblichen asbestfreien Mischungen anorganischer und gegebenenfalls organischer Fasern sowie Bindemitteln und Zuschlägen, wobei man unter entsprechender Anwendung des Papierherstellungsverfahrens die Bestandteile der Reibzusammensetzung in Wasser suspendiert, dann mit einem Sieb entwässert, den entwässerten Reibbelag trocknet und nach dem Trocknen in üblicher Weise durch Heißpressen und erforderlichenfalls Tempern und Bearbeiten weiter verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß man Stoffmasse und Bindemittel bzw. Latex vor Zugabe letzterer auf gegensätzliche Ladung einstellt und vor dem Stoffauflauf auf das Formsieb die Stoffdichte auf 1 bis 2% verdünnt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegensätzliche Ladung von Stoffmasse und Bindemittel bzw. Latex durch Umladung der Stoffmasse eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffdichte im Pulper 5 bis 10%, insbesondere etwa 8% beträgt und vor dem Stoffauflauf auf das Formsieb auf etwa 1,5% verdünnt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem mit Wasser gefüllten Pulper zuerst die Fasern außer anorganische Fasern, aufschlägt und danach alle Füllstoffe und zuletzt die anorganischen Fasern zugibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umladung der Stoffmasse durch Zugabe einer wäßrigen Lösung von hochmolekularem Polyethylenimin erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffauflauf direkt auf Formsiebe erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung leicht sedimentierbarer Stoffe in der Mischung der Stoffauflauf auf das mit Wasser gefüllte Gehäuse einer Trommel mit eingesetzten Formsieben erfolgt.

8. Asbestfreie Reibbeläge auf der Basis von üblichen asbestfreien Mischungen anorganischer und gegebenenfalls organischer Fasern sowie Bindemitteln und Zuschlägen, zu deren Herstellung unter entsprechender Anwendung des Papierherstellungsverfahrens die Bestandteile der Reibzusammensetzung in Wasser suspendiert und dann mit einem Sieb entwässert werden, worauf der entwässerte Reibbelag getrocknet und nach dem Trocknen in üblicher Weise durch Heißpressen und erforderlichenfalls Tempern und Bearbeiten weiter verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind, indem man Stoffmasse und Bindemittel bzw. Latex vor Zugabe letzterer auf gegensätzliche Ladung einstellt, vorzugsweise durch Umladen der Stoffmasse und vor dem Stoffauflauf auf das Formsieb die Stoffdichte auf 1 bis 2% verdünnt.

9. Asbestfreie Reibbeläge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern ungerichtet sind.