DE19853159A1 - Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen und Reibbelag - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen aus im wesentlichen Faserstoffen, polymerem Binder und Füllstoffen, wird vorgeschlagen, daß die Faserstoffe, der Binder und die Füllstoffe homogen durchmischt werden, die erhaltene Mischung zu einem Preßling kalt verdichtet wird, der Preßling durch einen Schneid- oder Trennvorgang zu wenigstens einem Reibbelag konfektioniert wird und der wenigstens eine Reibbelag ausgehärtet wird. Das vorgeschlagene Verfahren ist äußerst umweltschonend, zeitsparend und damit kostengünstig ausführbar und die danach hergestellten Reibbeläge zeichnen sich durch hervorragende Eigenschaften aus.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Reibbelägen, die im wesentlichen aus Faserstoffen, polymerem Binder und Füllstoffen bestehen. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Reibbelag, der nach diesem Verfahren hergestellt ist.

Solche Reibbeläge, die auch als organische Reibbeläge bezeichnet werden, finden insbesondere bei Kupplungen, Friktionsgetrieben und Bremsen Anwendung. Dazu werden die Faserstoffe mit dem polymeren Binder - meist einem Phenolharz - zu einem harten Formkörper gebunden, wobei je nach Zielsetzung, wie zum Beispiel Hitzebestän­ digkeit und Rißfestigkeit, die anorganischen und/oder organischen Füllstoffe zugegeben werden.

Es ist bekannt die für Reibbeläge vorgesehenen Faserstoffe und Füllstoffe auf einer Art Papiermaschine auszubringen, zu entwässern, zu trocknen, mit flüssigem Phenolharz zu tränken und ganz oder teilweise auszuhärten. Dabei werden die Reibbeläge als bahnen- oder plattenförmige Papierbögen hergestellt, so daß der beim Konfektionie­ ren anfallende Verschnitt, der aufgrund der für rotierende Scheiben meist ringförmig ausgebildeten Reibbeläge bis zu 70% eines Papierbogens beträgt, ganz erheblich ist. Aufgrund der bereits stattgefundenen Aushärtung ist dieser Verschnitt jedoch nicht mehr recyclingfähig, so daß hier große Abfallmengen anfallen. Die Entsorgung dieses Abfalls ist wegen des zumeist hohen Anteils des Phenolharz-Binders problematisch und daher teuer. Die konfektionier­ ten Reibbeläge werden in einem abschließenden Verfahrensschritt dann auf Trägerelementen, wie zum Beispiel Stahllamellen, aufgeklebt, damit sie als Maschinenelemente eingesetzt werden können.

Darüber hinaus ist in der Druckschrift EP 0 386 652 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Reiblamelle beschrieben. Eine solche Reiblamelle besteht aus einem flachen metallischen Stützkörper, der an seiner Oberseite und Unterseite mit Reibbelägen versehen ist, die aus einer kunstharzgebundenen Reibpulvermischung bestehen. Beim Herstellen der Reiblamelle werden mittels eines Beschichtungs- und Preßwerkzeugs pulverförmige Reibmaterial­ schichten beiderseits an den Stützkörper angepreßt und der so erhaltene Preßling mittels einer Wärmebehandlung ausgehärtet. Dies hat den Vorteil, daß die Reiblamelle auf umweltfreundliche Art und Weise herstellbar ist, aber den Nachteil, daß das Anpressen der Reibmaterialschichten an den Stützkörper verhältnismäßig kompliziert ist. Zudem ist nachteilig, daß sich die Reibmaterialschichten beim Transport des Preßlings vom Preßwerkzeug zu der Heizeinrichtung, in welcher die anschließende Wärmebehandlung stattfindet, häufig vom Stützkörper lösen.

Schließlich ist es bekannt, eine streufähige Reibpulvermischung direkt auf die Trägerelemente zu streuen und innerhalb einer Presse auszuhärten. Bei diesem Verfahren wird zwar wenig Abfall produziert, aufgrund der langen Aushärtungszeiten sind aber die Herstellungszei­ ten für die einzelnen Maschinenelemente zu lang.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen aus im wesentlichen Faserstoffen, polymerem Binder und Füllstoffen sowie einen Reibbelag, der nach diesem Verfahren hergestellt ist, bereitzustellen, wobei die Herstellung umweltschonend sowie mit kurzen Herstellungszeiten erfolgen soll und damit kostengünstig ausführbar ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen mit den Verfahrensschritten des Patentanspruchs 1 gelöst. Indem die für die Reibbeläge vorgesehenen Faserstoffe, der Binder und die Füllstoffe homogen durchmischt werden, die erhaltene Mischung zu einem Preßling bzw. Grünling kalt verdichtet wird, der Preßling durch einen Schneid- oder Trennvorgang zu wenigstens einem Reibbelag konfektioniert wird und der wenigstens eine Reibbelag ausgehärtet wird, wird ein Verfahren bereitgestellt, das besonders umweltfreundlich ist. Denn zum einen sind die bei der Konfektionierung der Reibbeläge anfallenden Reste gering und zum anderen können diese Reste, die noch nicht ausgehärtet sind, ohne weiteres zerkleinert und einer neuen Mischung gleicher Zusammensetzung beigegeben werden. Zudem ist dieses Verfahren in besonderer Weise dazu geeignet, um innerhalb kurzer Zeiten große Stückzahlen an Reibbelägen herzustellen, da die durch Vernetzung des polymeren Binders erfolgende Aushärtung der Reibbeläge nicht innerhalb einer Form ablaufen muß und die Form somit für die weitere Herstellung von Reibbelägen zur Verfügung steht. Daher ist dieses Verfahren besonders kostengünstig.

Bevorzugt erfolgt die Mischung der für die Reibbeläge vorgesehenen Faserstoffe, des Binders und der Füllstoffe trocken. Dadurch kann auf umweltschädliche Lösungsmittel verzichtet werden, ohne daß es bei der Herstellung der Reibbeläge zu einer Beeinträchtigung der Qualität kommt. Außerdem hat dies den Vorteil, daß die Mischung relativ einfach, sauber und schnell herstellbar ist, so daß in kürzester Zeit eine Veränderung der Zusammensetzung der Mischung erfolgen kann.

Damit ist eine erhöhte Flexibilität bei der Herstellung von Reibbelägen mit unterschiedlichen Charakteristiken gegeben.

Wird die Mischung in eine Form gefüllt und darin zu einem Preßling kalt verdichtet, so sollte die Form auf die Abmessungen der zu konfektionierenden Reibbeläge abgestimmt sein. Da die Reibbeläge in der Regel als rotationssymmetrische also kreisringförmige Scheiben ausgebildet sind, ist die Form bevorzugt hohlzylindrisch ausgebildet, wobei der innere Durchmesser und der äußere Durchmesser des Hohlzylinders den Abmessungen der scheibenförmigen Reibbeläge entspricht und die Höhe des Hohlzylinders im Idealfall ein Vielfaches der vorgesehenen Dicke der scheibenförmigen Reibbeläge betragen sollte. Somit kann der hohlzylindrisch geformte Preßling später aus der Form entnommen und in eine Anzahl von Reibbelägen zersägt werden, die eine Dicke von 0,5-2 Millimetern aufweisen.

Beim kalten Verdichten der Mischung zu einem Preßling müssen Druck und Temperatur so gewählt werden, daß der polymere Binder nicht zu fließen beginnt und die Poren der Reibbeläge nicht verstopft werden bzw. daß das Aushärten der Mischung für die Reibbeläge unterbleibt. Das kalte Verdichten der Mischung findet daher zweckmäßig bei einem Druck von ca. 10-1000 bar sowie bei Raumtemperatur statt, denn mit diesen Parametern ist gewährleistet, daß die verdichtete Mischung nicht vernetzt bzw. aushärtet, aber dennoch ein Preßling mit ausreichend hoher Festigkeit erhalten wird, so daß die weitere Bearbeitung des Preßlings problemlos erfolgen kann. Dabei sollte die Festigkeit des Preßlings ca. 0,5-3 N/mm² betragen und auf die Art des sich anschließenden Schneid- oder Trennvorgangs abgestimmt sein.

Gemäß einer konkreten Ausführungsform der Erfindung wird der Reibbelag in einem Ofen bei ca. 140-240 Grad Celsius für die Dauer von ca. 45-180 Minuten ausgehärtet. Hierbei kann der Reibbelag vor oder nach dem Aushärten auf ein Trägerelement aufgebracht werden. Im ersten Fall wird beim Aushärten gleichzeitig eine dauerhafte Verklebung von Reibbelag und Trägerelement erreicht, so daß das Aufbringen eines zusätzlichen Klebers entfallen kann. Und im zweiten Fall wird der bereits ausgehärtete Reibbelag und das Trägerelement in einem zusätzlichen Arbeitsgang durch einen Kleber miteinander verklebt. Falls erforderlich könnte der Reibbelag beim Aushärten noch mit geringem Druck beaufschlagt werden.

Die Aufgabe wird außerdem durch einen Reibbelag gelöst, der nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 hergestellt ist. Dieser Reibbelag zeichnet sich durch hervorragende Eigenschaften, insbesondere hohe Porosität und geringen Verschleiß bei hohem Reibwert aus. Dies begründet sich darin, daß der so hergestellte Reibbelag im Vergleich zum Stand der Technik keine Preßhaut aufweist, wie sie beim Aushärten unter hohem Druck und hoher Temperatur entsteht.

Ferner begründen sich die hervorragenden Eigenschaften des Reibbelags auch darin, daß der Anteil des polymeren Binders an der Mischung ca. 25-75 Gewichtsprozent beträgt. Mit diesem hohen Anteil an polymerem Binder läßt sich die Mischung in optimaler Weise zu einem Preßling kalt verdichten, läßt sich der Preßling anschließend ohne weiteres durch einen Trenn- oder Schneidvorgang konfektionie­ ren und ist eine zuverlässige Haftung des konfektionierten Reibbelags auf einem Trägerelement realisierbar.

Außerdem gilt, daß die Bereichsgrenzen der Faserstoffe und Füllstoffe für die Mischung bei ca. 0-35 Gewichtsprozent Glasfasern, 0-35 Gewichtsprozent Naturfasern, 0-35 Gewichtsprozent Aluminium- oder Magnesiumsilikat - sogenanntem Celite, 0-35 Gewichtsprozent Graphit und 0-35 Gewichtsprozent Friction-Dust liegen sollten. Die Mischung für einen solchen Reibbelag könnte sich gemäß einem ersten Beispiel aus 11, 12 Gewichtsprozent Naturfasern, 55, 55 Gewichtsprozent Phenolharz-Binder, 16,66 Gewichtsprozent Celite, 11, 12 Gewichtsprozent Graphit und 5,55 Gewichtsprozent Friction-Dust zusammensetzen.

Gemäß einem anderen Beispiel könnte die Mischung auch aus 10,00 Gewichtsprozent Glasfasern, 10,00 Gewichtsprozent Naturfasern, 50,00 Gewichtsprozent Phenolharz-Binder, 15,00 Gewichtsprozent Celite, 10,00 Gewichtsprozent Graphit und 5,00 Gewichtsprozent Friction-Dust bestehen.

Diese beiden Mischungen ergeben Reibbeläge mit den oben genannten hervorragenden Eigenschaften.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen aus im wesentlichen Faserstoffen, polymerem Binder und Füllstoffen, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

• 1. die Faserstoffe, der Binder und die Füllstoffe werden homo­ gen durchmischt,
• 2. die erhaltene Mischung wird zu einem Preßling kalt ver­ dichtet,
• 3. der Preßling wird durch einen Schneid- oder Trennvorgang zu wenigstens einem Reibbelag konfektioniert, und
• 4. der wenigstens eine Reibbelag wird ausgehärtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der Faserstoffe, des Binders und der Füllstoffe trocken erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Mischung in eine hohlzylin­ drisch ausgebildete Form gefüllt und darin zu einem Preßling kalt verdichtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling durch kaltes Verdichten der Mischung auf einen Druck von ca. 10-1000 bar gewonnen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Preßling durch kaltes Verdichten der Mischung bei Raumtemperatur gewonnen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Preßling eine Festigkeit von 0,5-3 N/mm² erhält, die auf die Art des sich anschließenden Schneid- oder Trennvorgangs abgestimmt ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Preßling zu einer Anzahl von scheibenförmigen Reibbelägen mit einer Dicke von ca. 0,5-2 mm konfektioniert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der wenigstens eine Reibbelag in einem Ofen bei ca. 140-240°C ausgehärtet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Reibbelag in dem Ofen für die Dauer von ca. 45-180 min ausgehärtet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der wenigstens eine Reibbelag vor dem Aushärten auf ein Trägerelement aufgebracht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der wenigstens eine Reibbelag nach dem Aushär­ ten auf ein Trägerelement aufgebracht wird.

12. Reibbelag hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.

13. Reibbelag nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des polymeren Binders an der Mischung ca. 25-75 Gew.-% beträgt.