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DE4123723A1 - Verfahren zum vibrationsformpressen von reibgliedern - Google Patents

Verfahren zum vibrationsformpressen von reibgliedern

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DE4123723A1
DE4123723A1 DE4123723A DE4123723A DE4123723A1 DE 4123723 A1 DE4123723 A1 DE 4123723A1 DE 4123723 A DE4123723 A DE 4123723A DE 4123723 A DE4123723 A DE 4123723A DE 4123723 A1 DE4123723 A1 DE 4123723A1
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molding
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Goh Yasuda
Akira Wada
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Nisshinbo Industries Inc
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vibrationsformpressen eines Gemisches von Materialien für ein Reibglied, z. B. einen Bremsbelag, einen Bremsklotz oder einen Kupplungsbelag, für Fahrzeuge und Industriemaschinen, wobei diese Materialien unter hohem Druck formgepreßt werden und Gummi, Harz oder dergl. als Bindemittel verwendet wird. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Formpreßverfahren, das durch die Wahl der Vibrationsbedingungen eine Beeinflussung der physikalischen Eigenschaften und Gebrauchseigenschaften des Reibgliedes ermöglicht.
Zum Formpressen von Reibgliedern, die Gummi, Harz oder dergl. als Bindemittel enthalten, wird im allgemeinen ein Vorformling, zu dessen Herstellung ein Gemisch von Materialien bei Zimmertemperatur formgepreßt worden ist, oder das Gemisch von Materialien in eine Form eingebracht, die mittels einer elektrischen Heizeinrichtung erhitzt worden ist. Dabei erfolgt das Formpressen unter einem von einer hydraulischen Presse ausgeübten Druck.
Die physikalischen Eigenschaften und die Gebrauchseigenschaften eines Reibwerkstoffes sind vor allem von der Dauer des Formpressens abhängig. In dem vorstehend beschriebenen üblichen Formpreßverfahren hat man bisher nur folgende Bestimmungsgrößen für die Formpreßbedingungen wahlweise bestimmt: Temperatur, Druck, Zeit und Entgasungsbedingungen.
Die vorgenannten vier Bestimmungsgrößen für die Formpreßbedingungen werden gewöhnlich in solch gewissen Sicherheitsbereichen gewählt, mit denen die Einhaltung der geforderten physikalischen Eigenschaften und Gebrauchseigenschaften gewährleistet ist. Daher ist es schwierig, durch die Wahl der vorgenannten Bestimmungsgrößen für die Formpreßbedingungen die physikalischen Eigenschaften und die Gebrauchseigenschaften genau vorherzubestimmen. Es wäre daher denkbar, ein Verfahren anzuwenden, in dem die physikalischen Eigenschaften und die Gebrauchseigenschaften durch die Wahl des Gewichts des Vorformlings oder durch die Wahl des Preßdruckes beeinflußt werden können. Diese Maßnahmen führen jedoch zu einer Streuung der erzielten physikalischen Eigenschaften und Gebrauchseigenschaften in einem weiten Bereich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Formpreßverfahrens zum Herstellen eines Reibgliedes mit genau vorherbestimmbaren physikalischen Eigenschaften und Gebrauchseigenschaften, ohne daß dazu die Materialzusammensetzung verändert zu werden braucht.
Zur Lösung dieser Aufgabe umfaßt das Verfahren gemäß der Erfindung folgende Schritte: ein Gummi, Harz oder dergl. als Bindemittel enthaltendes Gemisch von Materialien für ein Reibglied wird in einer hydraulischen Presse in eine erhitzte Form eingebracht, und das Gemisch von Materialien wird formgepreßt und dabei Mikrovibrationen unter Bedingungen unterworfen, deren Bestimmungsgrößen, wie die Frequenz, die Amplitude, die Wellenform, die Stellung zu Beginn und am Ende der Vibration und die Vibrationsdauer pro Preßzyklus so gewählt werden, daß das formgepreßte Reibglied vorherbestimmte physikalische Eigenschaften und Gebrauchseigenschaften besitzt.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat erkannt, daß beim Warmformpressen eines Gummi, Harz oder dergl. als Bindemittel enthaltenden Gemisches von Materialien zum Herstellen eines Reibgliedes eine Entgasung ohne weiteres erzielt werden kann und bei einer gegebenen Materialzusammensetzung des Gemisches Reibglieder mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften und Gebrauchseigenschaften erhalten werden können, wenn das Materialgemisch beim Formpressen einer Vibration unter gewählten Vibrationsbedingungen unterworfen wird. Auf dieser Erkenntnis beruht die vorliegende Erfindung.
In dem Vibrationsformpreßverfahren gemäß der Erfindung wird zur Herstellung eines Reibgliedes ein Gemisch von Materialien warmformgepreßt und dabei einer Mikrovibration unterworfen. Dabei können die physikalischen Eigenschaften und Gebrauchseigenschaften des formgepreßten Reibgliedes durch die Wahl der Frequenz, der Amplitude, der Wellenform, der Stellung zu Beginn und am Ende der Vibration, der Dauer derselben pro Preßzyklus und ähnlicher Bestimmungsgrößen genau vorherbestimmt werden, so daß ein Reibglied mit den gewünschten Eigenschaften hergestellt werden kann.
Andere und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor an Hand der Zeichnung. In dieser zeigt
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Form zum Herstellen eines Kupplungsbelages,
Fig. 3 eine Form zum Herstellen eines Bremsklotzes und
Fig. 4 eine Form zum Herstellen eines Bremsbelages.
Dabei ist mit a jeweils eine Draufsicht auf einen unteren Formteil bezeichnet, mit b jeweils ein vertikaler Querschnitt zur Darstellung dieses unteren Formteils, von vorn gesehen, mit c jeweils eine Draufsicht auf einen oberen Formteil und mit d jeweils ein vertikaler Querschnitt zur Darstellung des von vorn gesehenen oberen Formteils.
Der Formpreßling ist in den Fig. 5 bis 7 dargestellt, von denen
Fig. 5 den Kupplungsbelag,
Fig. 6 den Bremsklotz und
Fig. 7 den Bremsbelag darstellt.
Dabei ist mit a jeweils eine Draufsicht und mit b jeweils eine Seitenansicht bezeichnet.
Fig. 8 erläutert in einem Graphen verschiedene Druckverläufe während des Formpreßvorganges,
Fig. 9 in einem Graphen die Vibrationsbedingungen bei der Herstelllung des Kupplungsbelages,
Fig. 10 die Vibrationsbedingungen bei der Herstellung des Bremsklotzes und
Fig. 11 die Vibrationsbedingungen bei der Herstellung des Bremsbelages.
In den Fig. 9 bis 11 sind mit a Darstellungen der Vibrationsbedingungen zum Erzielen eines vorgegebenen spezifischen Gewichts und mit b Darstellungen der Vibrationsbedingungen zum Erzielen einer vorgegebenen Porosität bezeichnet.
Nachstehend wird anhand der Fig. 1 ein Formpreßverfahren gemäß der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung. Dabei sind in der Fig. 1 ein oberer Formteil 1, ein unterer Formteil 2, eine obere Heizplatte 3 und eine untere Heizplatte 4 gezeigt. Jede der Heizplatten 3 und 4 besitzt ein elektrisches Heizelement 5 zum Heizen der Heizplatte.
In den Heizplatten 3 und 4 ist je ein Temperatursensor 6 angeordnet. Man erkennt ferner Wärmeisolierelemente 7, einen Differentialtransformator 8, einen hydraulischen Zylinder 9 und einen Pressenkörper 10, an dem der Differentialtransformator 8 und der hydraulische Zylinder 9 befestigt sind. Wärmeisolierelemente 7 sind zwischen der oberen Heizplatte 3 und dem hydraulischen Zylinder 9 und zwischen der unteren Heizplatte 4 und dem Rahmen des Pressenkörpers 10 angeordnet.
Zum Ein- und Ausschalten der elektrischen Heizelemente 5 dient ein Festkörperrelais 11. Die Temperatur jedes der Formteile 1 und 2 wird durch einen Temperaturregler 12 geregelt. Ein Funktionsgenerator 13 dient zur Aufgabe eines vorwählbaren Vibrationsparameters. Ein Servoverstärker 14 dient zum Berechnen eines von dem Differentialtransformator 8 abgegebenen Rückführsignals und eines von dem Funktionsgenerator 13 erzeugten Befehlssignals und zum Verstärken und Ausgeben eines das Ergebnis der Berechnung darstellenden Signals. Ein Servoventil 15 wird durch das von dem Servoverstärker 14 abgegebene Befehlssignal gesteuert. Mit 16 ist eine Druckflüssigkeitsquelle bezeichnet. Der hydraulische Zylinder 9 wird über das Servoventil 15 mit hydraulischem Druck beaufschlagt. Der obere Formteil 1 und der verstellbare Eisenkern des Differentialtransformators 8 sind unter Zwischenlage von Wärmeisoliermaterial 7 am äußeren Teil der Kolbenstange des hydraulischen Zylinders 9 befestigt.
Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beschrieben. Nachstehend sei das unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung durchgeführte Verfahren zum Formpressen des Reibgliedes erläutert.
Zunächst werden in den Funktionsgenerator 13 in Form der in der Fig. 8 gezeigten Muster die Bestimmungsgrößen für die Vibration des zum Herstellen des Reibgliedes formzupressenden Gemisches von Materialien eingegeben. Danach wird zum Erhitzen der Formteile 1 und 2 der Schalter für das elektrische Heizelement 5 geschlossen.
Nach dem Vorheizen der Formteile auf eine vorherbestimmte Temperatur wird ein vorgefertigter Formpreßling aus dem Gemisch von Materialien eingebracht. Man kann aber auch das Gemisch von Materialien in den unteren Formteil 2 einbringen, wenn er sich in dem Zustand vor dem Beginn des Betriebes der Vorrichtung befindet. Auf Grund eines von dem Servoverstärker 14 kommenden Befehlssignals wird das Servoventil 15 betätigt. Der Servoverstärker erhält von dem Funktionsgenerator 13 ein Befehlssignal für die Vibration und von dem Differentialtransformator 8 das Rückführsignal und verknüpft und verstärkt diese Signale und gibt das so erhaltene Signal aus. Entsprechend der Betätigung des Servoventils 15 wird über dieses der hydraulische Zylinder 9 von der Druckflüssigkeitsquelle 16 her beaufschlagt.
Jetzt bewegt der hydraulische Zylinder 9 seine Kolbenstange abwärts, so daß der obere Formteil 1 das in dem unteren Formteil 2 befindliche Gemisch von Materialien wiederholt preßt und dabei Mikrovibrationen unterwirft, die den in Fig. 8 gezeigten Mustern entsprechen.
Beim wiederholten Pressen des Gemisches von Materialien mittels der des oberen Formteils 1 tritt aus dem den Mikrovibrationen unterworfene Materialgemisch das darin erzeugte Gas aus. Ferner kann in dem Formpreßling eine gleichmäßige Dichteverteilung erzielt werden. Da das Gemisch von Materialien von dem oberen Formteil 1 in den unteren Formteil 2 gedrückt wird, kann das Materialgemisch nicht überlaufen, so daß der Formpreßling höchstens einen sehr kleinen Preßgrat besitzt.
Nach dem vollständigen Durchführen des vorstehend beschriebenen Vibrationsformpreßvorganges wird ein Formpressen unter Nenndruck ohne eine Vibration durchgeführt, um die Härtereaktion des Bindemittels zu stabilisieren. Auf die Menge des eingebrachten Materialgemisches bezogen wird der Formpreßling in einer ausgezeichneten Ausbeute erhalten, weil infolge der Mikrovibrationen das Gas während des Vibrationsformpressens austritt. Ferner hat der Formpreßling eine ausgezeichnete Qualität, weil eine gleichmäßige Dichte erzielt und nur ein sehr kleiner Preßgrat gebildet wird.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Beispiel 1
Kupplungsbelag
Größe des Probekörpers:
Außendurchmesser 225 mm
Innendurchmesser 150 mm
Dicke 3,5 mm
Materialien: Bindemittel: Gummi, Harz
Fasern: Lange Glasfasern
Formpreßbedingungen: Druck 100 kg/cm²
Formtemperatur 190°C
Vibrationsdauer pro Preßzyklus×Anzahl der Zyklen 5 s×10 Zyklen
Dauer des Formpressens unter Nenndruck 60 s
Die durch Versuche festgestellten physikalischen Eigenschaften und Gebrauchseigenschaften der durch Formpressen unter den vorstehend angegebenen Bedingungen unter Verwendung der in den Fig. 2a bis 2d dargestellten Form hergestellten Kupplungsbelege sind in der Tabelle 1 angegeben. Dabei wurden zum Erzielen eines vorgegebenen spezifischen Gewichts die Vibrationsbedingungen gemäß der Fig. 9a und zum Erzielen einer vorgegebenen Porosität die Vibrationsbedingungen gemäß der Fig. 9b angewendet.
Tabelle 1
Beispiel 2
Bremsklotz
Größe des Probekörpers:
Etwa 105 mm×45 mm für kleine Fahrzeuge
Material: Bindemittel: Harz
Fasern: Asbestfaser
Formpreßbedingungen: Druck 500 kg/cm²
Temperatur der Form 170°C
Vibrationsdauer pro Preßzyklus×Anzahl der Zyklen 5 s×8 Zyklen
Dauer des Formpressens unter Nenndruck 60 s
Die durch Versuche festgestellten physikalischen Eigenschaften und Gebrauchseigenschaften der durch Formpressen unter den vorstehend angegebenen Bedingungen unter Verwendung der in den Fig. 2a bis 2d dargestellten Form hergestellten Bremsklötze sind in der Tabelle 1 angegeben. Dabei wurden zum Erzielen eines vorgegebenen spezifischen Gewichts die Vibrationsbedingungen gemäß der Fig. 10a und zum Erzielen einer vorgegebenen Porosität die Vibrationsbedingungen gemäß der Fig. 10b angewendet.
Tabelle 2
Beispiel 3
Bremsbelag
Größe des Probekörpers:
Breite 35 mm,
Innenradius 93 mm
Gradmaß des Bogens 115° für kleine Fahrzeuge
Material: Bindemittel: Harz
Fasern: Quebrachofasern, Glasfasern
Formpreßbedingungen: Druck 200 kg/cm²
Temperatur der Form 150°C
Vibrationsdauer pro Preßzyklus×Anzahl der Zyklen 5 s×5 Zyklen
Dauer des Formpressens unter Nenndruck 60 s
Die durch Versuche festgestellten physikalischen Eigenschaften und Gebrauchseigenschaften der durch Formpressen unter den vorstehend angegebenen Bedingungen unter Verwendung der in den Fig. 2a bis 2d dargestellten Form hergestellten Bremsbeläge sind in der Tabelle 3 angegeben. Dabei wurden zum Erzielen eines vorgegebenen spezifischen Gewichts die Vibrationsbedingungen gemäß der Fig. 11a und zum Erzielen einer vorgegebenen Porosität die Vibrationsbedingungen gemäß der Fig. 11b angewendet.
Tabelle 3
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß beim Formpressen eines Gummi, Harz oder dergl. als Bindemittel enthaltenden Reibgliedes in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Vorformlings aus dem Materialgemisch oder das Materialgemisch warmformgepreßt und dabei Mikrovibrationen unterworfen wird. Infolgedessen kann das Gas während des Formpressens befriedigend austreten, so daß die Form mit einem höheren Füllfaktor mit dem Materialgemisch beschickt werden kann. Ferner kann der Formpreßling mit einer gleichmäßigen Dichte und mit einem sehr kleinen Preßgrat hergestellt werden. Wenn man für das Formpressen geeignete Vibrationsbedingungen wählt, können selbst bei Verwendung ein und desselben Materialgemisches die physikalischen Eigenschaften und Gebrauchseigenschaften des Reibgliedes in einem befriedigend großen Bereich von ±5 bis 50% variiert und genau vorherbestimmt werden.
Vorstehend wurde die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert, doch kann diese bevorzugte Ausführungsform hinsichtlich der Konstruktionseinzelheiten und der Kombination und Anordnung von Teilen im Rahmen des Umfanges der Patentansprüche abgeändert werden.

Claims (1)

  1. Vibrationsformpreßverfahren, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    ein Gummi, Harz oder dergl. als Bindemittel enthaltendes Gemisch von Materialien für ein Reibglied wird in einer hydraulischen Presse in eine erhitzte Form eingebracht, und
    das Gemisch von Materialien wird formgepreßt und dabei Mikrovibrationen unter Bedingungen unterworfen, deren Bestimmungsgrößen, wie die Frequenz, die Amplitude, die Wellenform, die Stellung zu Beginn und am Ende der Vibration und die Vibrationsdauer pro Preßzyklus so gewählt werden, daß das formgepreßte Reibglied vorherbestimmte physikalische Eigenschaften und Gebrauchseigenschaften besitzt.
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