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Gesinterter Reibkörper aus Eisenpulver und Graphitteilchen Die Erfindung
betrifft aus Eisenpulver und Graphitteilchen gesinterte Reibkörper für Kupplungen
und Bremsen.
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Derartige Reibkörper bzw. Reibbeläge sollen im wesentlichen die folgenden
Eigenschaften besitzen: 1. einen hohen Reibungskoeffizienten, 2. eine hohe
Verschlußfestigkeit, 3. der Reibungskoeffizient soll konstant bleiben, z.
B. auch bei Temperaturerhöhung des Belags oder bei Vorhandensein von Öl,
Fett, Feuchtigkeit oder anderen fremden Stoffen, 4. Geräuschlosigkeit,
5. der Reibkörper soll weich und gleichmäßig fassen, und
6. der Reibkörper soll billig sein.
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Man hat lange nach einem befriedigenden Reibkörper gesucht, insbesondere
für die Bremsen von Straßenfahrzeugen. Der übliche Bremsbelag für Personenkraftwagen
ist ein nichtinetallischer Werkstoff, z. B. Asbest mit einem Bindemittel, aber dieses
Material weist, obwohl es verhältnismäßig billig ist, insbesondere eine übermäßige
Abnutzung auf und versagt bei hohen Temperaturen.
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Seit Jahren sind auch gesinterte, überwiegend metallische Reibbeläge
in Verwendung, insbesondere für schwere Beanspruchungen, z. B. bei Lastwagen, Omnibussen,
Militärfahrzeugen, Flugzeugen und im Maschinenbau. Diese Beläge weisen aber ebenfalls
gewisse Nachteile auf und erfüllen nicht sämtliche Forderungen, die an ein befriedigendes
Reibmaterial gestellt werden.
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Gemäß der Erßndung soll ein Reibkörper geschaffen werden, der in an
sich bekannter Weise aus gesintertem Eisenpulver besteht, in dessen Poren Graphitteilchen
angeordnet sind, der aber gegenüber derartig bekannten Reibkörpem eine bessere Wirkung
aufweist.
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Die Erfindung besteht darin, daß die anteilige Menge des Graphits
mindestens 15 Gewichtsprozent, höchstens aber 60 Gewichtsprozent des
zur Sinterung vorbereiteten Gemisches aus Eisen- und Graphitpulver beträgt.
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Dadurch wird ein im wesentlichen ununterbrochener Graphitfilm auf
den Reibflächen erzielt. Dieser Film wird durch die Vennahlung und Verschmierung
der Graphitteilchen erzeugt und aufrechterhalten, die fortschreitend an der genannten
Reibfläche freigelegt werden. -Ein derartiger Graphitfilin trägt wesentlich dazu
bei, dem Reibkörper bzw. Reibbelag die bereits eingangs aufgeführten Eigenschaften
zu verleihen. Es ist bereits bekannt, in Reibkörpem Graphit in größeren Mengen zu
verwenden, es ist jedoch davon abgeraten worden, über eine Menge von 10 Gewichtsanteilen
hinauszugehen.
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Gegenüber diesen Vorschlägen zur Begrenzung des Graphitanteils beruht
die Erfindung auf Beachtung von zwei bestimmten, in Abhängigkeit vom Z"Jwaphitanteil
vorliegenden Verschleißeigenschaften. Die erste Eigenschaft betrifft den Verschleiß
bei einem Graphitanteil von weniger als 211/o, der, was zweifellos auf die Festigkeit
des Sinterkörpers zurückzuführen ist, nicht übermäßig ist. Bei dieser Zusammensetzung
fehlen den Reibkörpern aber die weiteren notwendigen Eigenschaften eines Reibkörpers.
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Die zweite Eigenschaft betrifft den Verschleiß bei einem Graphitanteil
von 2 bis 1510fe, bei dem sich ein übermäßiger Verschleiß ergibt.
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Die obere Grenze des Graphitanteils in einem Reibkörper nach der Erfindung
wird durch Faktoren bestimmt, die bei der Herstellung eines Sinterreibkörpers maßgebend
sind. Dabei sind die Sorte des Eisenpulvers und der Graphitteilchen sowie die Höhe
des Preßdrucks und der Sintertemperatur, der gewünschte Reibungskoeffizient und
vor allem die notwendige mechanische Festigkeit in dem fertigen Reibkörper von wesentlicher
Bedeutung.
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Bei Bremsen und Kupplungen wird die Reibfläche des Reibkörpers gemäß
der Erfindung mit der Gegenreibfläche
mit einem Druck von mehr
als 2 kg/CM2 in Eingriff gebracht. Bremsen, z. B. in Fahrzeugen und Flugzeugen,
erfordern Anpreßdrücke, die etwa von 7
bis etwa 21 kg/cm2 reichen. Bei Fahrzeug-
und industriellen Kupplungen liegt der Durchschnittsanpreßdruck zwischen 2 und etwa
7 kg/CM2. Unter diesem Druck werden die Graphitteilchen, die an der Oberfläche
des porigen Sinterkörpers freigelegt worden sind, vermahlen und über die Reibflächen
verschmiert, um einen im wesentlichen zusammenhängenden Film oder überzug zu bilden,
der die beiden Metallflächen voneinander trennt.
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Während der Film den Verschleiß der im Eingriff stehenden Reibflächen
verzögert, wird der Verschleiß dessen ungeachtet, soweit er an dem Porenkörper auftritt,
die Bloßlegung von zusätzlichen Graphitteilchen bewirken, welche dann ihrerseits
vermahlen und durch die Reibwirkung über die Oberflächen verschmiert werden. Auf
diese Weise wird der Film ununterbrochen erneuert und während der gesamten Lebensdauer
des Reibkörpers aufrechterhalten. Dieser Film dient weiterhin dazu, das bei hohen
Temperaturen auftretende Bremsfading zu verzögern, und ergibt einen geeigneten Reibungskoeffizienten,
geringe Geräuschentwicklung beim Bremsen sowie stabiles Verhalten und ist billig
herzustellen.
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Das Eisenpulver muß in solcher Menge verwendet werden, daß ein Gefüge
mit genügender Festigkeit zum Halten des eingeschlossenen Graphits entsteht. Der
genaue Gewichtstanteil des Eisenpulvers hängt von der Teilchengröße und der Gestalt
(Schüttdichte) des Eisenpulvers, dem zur Verdichtung der Mischung benutzten Druck,
der Sintertemperatur und anderen Bedingungen ab.
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Der hier benutzte Ausdruck »Eisenpulver« bezieht sich auf beliebige
handelsübliche Pulver. Die besten Ergebnisse werden jedoch mit einem verhältnismäßig
weichen, schwammigen Pulver geringer Dichte erzielt, und zwar auf Grund des
niedrigen Verformungswiderstandes und damit des leichteren Verpressens und wegen
seiner größeren vor dem Sintern bestehenden Festigkeit. Es können jedoch ebenfalls
die härteren Pulver und diejenigen höherer Schüttdichte verwendet werden.
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Das Graphit muß in einer derartigen Menge zugesetzt werden, daß fortlaufend
auf der frei liegenden Oberfläche ausreichend Graphitpartikelchen zwecks Erzielen
einer Schmierwirkung zwischen den miteinander in Eingriff kommenden Reibungsflächen
in Form eines praktisch kontinuierlichen Graphitfilms vorliegen. Die genaue prozentuale
Menge an anzuwendem Graphit in dem Gemisch wird in einem gewissen Ausmaß von der
Dichte und der Teilchengröße des in Anwendung kommenden Eisenpulvers abhängen.
Es ist jedoch wesentlich, daß ein relativ hoher Prozentsatz an Graphit angewandt
wird, um so zwischen den im Eingriff miteinander stehenden Reibungsflächen einen
Graphitfilm auszubilden und aufrechtzuerhalten. Wie bereits ausgeführt, sollen nicht
weniger als 15 Gewichtsprozent Graphit - angewandt werden. Reibkörper
mit einem Gehalt von mehr als 15 Gewichtsprozent Graphit zeigen eine geringe
Abnutzung, einen reproduzierbaren Reibungskoeffizienten und weitere Merkmale, die
für ein zufriedenstellendes Arbeiten derartiger Reibkörper erwünscht sind.
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Vorzugsweise ist der Reibkörper in der Weise aufgebaut, daß die Reibfläche
eine Form aufweist, die der Oberfläche einer herkömmlichen Bremstrommel aus Gußeisen
entspricht. Der der Gegenreibfläche zugewandte Abschnitt des Reibkörpers besteht
aus gepreßtem und gesintertem Reibmaterial, das in der folgenden Weise hergestellt
wird: Es findet Eisenpulver Anwendung, das praktisch vollständig durch ein Sieb
mit einer lichten Maschenweite von 0,177 mm hindurchgeht, wobei der Draht
des Netzes einenDurchmesser von 0,114 bis 0,154mm aufweist. Das Graphit ist vorzugsweise
ein künstliches Graphit mit einer Teilchengröße, von der durchschnittlich 9011/o
durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,044 mm hindurchgehen, dessen
Draht einen Durchmesser von 0,031 bis 0,040 mm aufweist. Die pulverförmigen
Bestandteile werden zunächst gewichtsmäßig abgemessen, wobei z. B. das Eisen in
einer Menge von 75 Gewichtsprozent und das Graphit in einer Menge von
25 Gewichtsprozent vorliegt. Diese Komponenten werden in einem Mischer gemischt.
Aus diesem losen Pulver wird unter einem Druck von 1758 kg/cm2 ein kompakter
Körper geformt. Dieser kompakte Körper wird sodann gewöhnlich an einer mit Kupfer
oder Nickel überzogenen Stahlplatte befestigt und diese Anordnung unter einem Druck
von 18 kg/cm2 bei einer Temperatur von 9821 C gesintert. Bei der normalen
Beaufschlagung von Reibungskräften auf die zwei eine Reibpaarung bildenden Oberflächen
mit einem Druck von etwas mehr als 2 kg/cm2 führen die Zerkleinerung und das Verschmieren
der auf dem Netzwerk des Eisenkörpers frei liegenden Graphitteilchen zu der vorbesehriebenen
Ausbildung eines praktisch kontinuierlichen Graphitfilms auf den eigentlichen Berührungsflächen
einer oder beider miteinander im Eingriff stehender Oberflächen.