DE2742122A1

DE2742122A1 - Verfahren und masse zum eliminieren stoerender geraeusche bei im kontakt befindlichen oberflaechen

Info

Publication number: DE2742122A1
Application number: DE19772742122
Authority: DE
Inventors: Norwin W Wolff
Original assignee: Interpolymer Corp
Current assignee: Interpolymer Corp
Priority date: 1976-09-20
Filing date: 1977-09-19
Publication date: 1978-03-23
Also published as: US4098951A; GB1571448A; CA1072534A

Description

Patentanwalt -

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19. September 1977 724,508

IMTERPOLYMER CORPORATION 330 Pine Street, Canton, Massachusetts 02021, V.St.A.

Verfahren und Masse zum Eliminieren störender Geräusche bei im Kontakt befindlichen Oberflächen

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eliminieren bzw. Herabsetzen störender Geräusche zwischen Oberflächen im Kontakt miteinander, insbesondere auf dem Gebiet der Scheibenbremsen, speziell Stoffzusammensetzungen, die zur Geräuscheliminierung auf die Oberflächen, insbesondere zur Eliminierung von Bremsgeräuschen auf eine oder mehrere Metalloberflächen in Scheibenbremsen, aufgebracht werden können.

Ein herkömmlicher Scheibenbremsenaufbau wird von einem Bremsenträger, auch als Joch oder Zange bekannt, gebildet, der entlang dem Umfang eines Rotors angeordnet ist, der in Verbindung mit der Achswelle oder dem Rad eines Motorfahrzeugs steht. Der Bremsenträger ist an einem nichtdrehbaren Teil des Fahrzeugs, wie dem Rahmen oder Achsgehäuse, festgelegt. Ein Betätigungsglied, im allgemeinen ein hydraulisch verschiebbarer Kolben, ist senkrecht zu den Bremsflächen des Rotors axial bewegbar, um eine Bremsbacke oder einen Reibklotz gegen den Rotor zu drücken und hierdurch Bremsung herbeizuführen. Oft ist ein Paar Reibklötze in Gegenüberstellung zueinander auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors so vorgesehen, dass der Rotor sandwichartig zwischen ihnen liegt. Mittels eines axial bewegbaren Jochs oder Rotors oder eines Paars hydraulisch angetriebener Kolben werden beide Reibklötze in Kontakt mit dem Rotor gebracht.

Scheibenbremsen haben sich in der Automobilindustrie in zunehmendem Masse eingeführt. Ein Problem besteht aber darin, dass Scheibenbremsen selbst in Ruhestellung eine Tendenz zu störenden Geräuschen, wie Quietschen, Kreischen und Pfeifen, haben. Man hat diese Geräuschentwicklung trotz grösster Anstrenungen, sie bei der Bremsenherstellung zu eliminieren, noch nicht ausschliessen können.

Viele der Versuche, die Geräuschentwicklung bei Scheibenbremsen zu bekämpfen, haben zur Entwicklung verschiedener mechanischer Einrichtungen geführt, die zur Anbringung direkt auf den Bremsen vorgesehen sind. Eine Art Musterkollektion patentierter mechanischer Einrichtungen für.diesen Zweck geben die folgen-

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den Schriften wieder:

In US-PS 3 4-29 405 ist ein im allgemeinen plattenartiger oder flacher Körper aus einem vibrationsdämpfenden Material beschrieben, der zwischen einem Bremsbackenteil und einem Kolben- oder Bremsenträger eingefügt wird. Dieser Körper wird vorzugsweise von einem synthetischen Elastomeren oder Kunstharz gebildet und stellt ein Element eines sich selbst einstellenden oder fernregelbaren Hilfsmechanismus dar, der mit Keilflächen arbeitet und einen Keilkörper aufweist, der durch manuell betätigbare oder automatische Mittel in der Richtung verlagerbar ist, in der die Keilflächen konvergieren. Der Keilkörper wird von elastisch zusammenpressbarem Material gebildet, das verstärkende Materialien enthalten kann. Beispiele für solche Materialien sind Neoprene, Polytetfafluoräthylen, Polyurethane und Superpolyamide, vorteilhafterweise mit Stahllagen, wie Stahlkabeln oder Gewebenetzen, verstärkt.

In ähnlicher Weise beschreibt die US-PS 3 720 293 eine Einrichtung zur Eliminierung von Bremsengeräuschen, die durch Einfügen eines Trageteils aus elastischem Material zwischen Bremskolben und Kolbenzylinder in solcher Weise, dass der Kolben frei in dem Zylinder gleiten kann, erhalten wird. Nach der Patentschrift soll hierdurch ein Vibrieren des Kolbens während des Bremsens eliminiert werden, weil Kolben und Kolbenzylinder dynamisch als ein Körper wirken sollen.

In US-PS 3 885 651 ist ein. wärmebeständiges Dämmelement zur Einfügung zwischen dem Bremskolben und Eeibklotz oder Reibklotz und Bremsenbefestigung beschrieben. Das hier empfohlene Dämmelement weist plastische und elastische Eigenschaften, d. h. viscoelastische Eigenschaften ähnlich denjenigen von Butylkautschuk auf, und benachbart dem Dämmelement ist ein Hüllelement mit elastischen Eigenschaften ähnlich derjenigen eines Metalls, wie Stahl, vorgesehen.

Die US-PS 3 918 555 beschreibt einen Streifen aus im wesent-· liehen nicht zusammenpressbarem Material, der auf beiden Flä-

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chen mit Klebstoff beschichtet und der Einfügung zwischen einem Reibklotzaufbau und einem Bremsträger entsprechend aus gebildet ist. Als geeignetes nichtzusammenpressbares Material wird ein Aluminiumstreifen genannt.

Eine noch weitere mechanische Einrichtung zum Eliminieren der Bremsengeräuschentwicklung ist in der US-PS 3 966 026 in Form eines geräuschunterdrückenden Trägers für den Reibbelag eines Bremsorgans beschrieben, der aus einer Anzahl dünner Metallbleche oder -streifen besteht, die auf ihrer gesamten Oberfläche einander berühren und alle durch Verleimen, Verschweissen in Zonen, Nieteinsätze in einem Rand oder Flansch usw. zusammengefügt sind. Viele dieser mechanischen Einrichtungen wurden eine wesentliche Abänderung des Grundaufbaus von Scheibenbremsen erfordern, was kostspielige Werkzeugabänderungen usw. bedingen würde. Darüberhinaus ist es ungewiss, ob nicht solche Abänderungen den Wirkungsgrad von Scheibenbremsen nachteilig beeinflussen würden. Ferner würden solche Änderungen, selbst wenn man sie vornehmen würde, für die Eliminierung von Störgeräuschen bei den Millionen schon hergestellter und im Einsatz befindlicher Scheibenbremsen nichts erbringen.

Über mechanische Einrichtungen, wie die oben beschriebenen, hinaus ist auch schon in US-PS 3 455 416 vorgesehen worden, ein hochviscoses Siliconfluid, einen sogenannten "Bouncing Putty" ("Hüpfkitt"), zwischen das bewegliche Teil eines Bremsenaufbaus und ein festgelegtes Teil einzuführen, um dazwischen ein federndes Polster zu bilden. Solche Materialien sind aber relativ kostspielig und dürften der Erwartung nach wahrscheinlich von den beschichteten Teilen in kurzer Zeit abgerieben werden.

Es ist auch empfohlen worden, auf die Metalloberflächen in Scheibenbremsen Polymerüberzüge aufzubringen. Ein hierzu vorgesehenes Material ist z. B. mit Dioctylphthalat weichgestelltes Polyvinylacetat. Diese spezielle Polymerzusammensetzung weist jedoch, wie die meisten Polymerzusammensetzungen,

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nicht die Kombination besonderer Eigenschaften auf, die für diesen Verwendungszweck erforderlich sind. Polyvinylacetat kommt bei den enormen Temperaturen und Drücken, die in Scheibenbremsen erzeugt werden, zum Schmelzen und Fliessen und verliert durch Verdampfung im wesentlichen seinen gesamten Weichmacher.

Trotz der vielen Bemühungen, die auf eine Überwindung des Geräuschproblems im Zusammenhang mit Scheibenbremsen abgezielt haben, sind Erfolge sehr begrenzt geblieben. Es gibt bisher einfach noch keinen wohlfeilen und dennoch wirkungsvollen Weg für z. B. den Besitzer eines Kraftwagens, um störende Geräusche seiner Scheibenbremsen zu eliminieren.

Die vorliegende Erfindung macht polymere Stoffzusammensetzungen zum Eliminieren störender Geräusche verfügbar, die durch Vibrieren oder Reiben einer Oberfläche an einer anderen bzw. gegen eine andere verursacht werden. Nach einer Ausführungsform werden die polymeren Stoffzusammensetzungen auf die Metalloberfläche eines Scheibenbremsen-Reibklotzes bzw. -Reibkörpers aufgebracht, um zwischen Reibkörper und Bremsenbefestigung oder -joch erzeugte Geräusche zu eliminieren. Die Aufbringung solcher Stoffzusammensetzungen kann während der Bremsenherstellung oder zu jedem späteren Zeitpunkt vorgenommen werden.

Bevorzugte polymere Stoffzusammensetzungen sind hochmolekulare Acrylcopolymere. Diese Copolymeren werden von einem grösseren Anteil an einem C₁- bis Cg-Ester, z. B. Alkylester, der Acrylsäure und von einem Monomeren gebildet, das Stellen in der Polymerkette ergibt, an denen Vernetzung eintreten kann. Eine solche Vernetzung führt zur drastischen Erhöhung des Molekulargewichts des Polymeren und ergibt hierdurch die Eigenschaften, die benötigt werden, um die sich während des Bremsens ergebenden, extremen Umgebungsbedingungen zu vertragen.

Die Polymerzusammensetzungen gemäss der Erfindung sind relativ wohlfeil herstellbar. Sie können weiter auf Scheibenbremsen

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während deren Herstellung aufgebracht oder in Form von Emulsionen oder Lösungen in den Handel gebracht werden, die sich leicht aufbringen lassen. Schliesslich vermögen diese Polymerzusammensetzungen, was den wohl wichtigsten Umstand darstellt, extremen Umgebungsbedingungen, die von den enormen Wärme- und Druckbedingungen, die sich während des Bremsens ergeben, bis zu den niedrigen Temperaturen reichen, die im Betrieb eines Automobils im Winter in nördlichen Klimazonen auftreten können, zu widerstehen bzw. bei diesen Bedingungen ihre einzigartigen Eigenschaften zu behalten.

Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.

Polymerzusammensetzungen, die sich zur Aufbringung auf Metalloberflächen von Scheibenbremsen zwecks Eliminierung von Störgeräuschen eignen, bedürfen einer Kombination besonderer Eigenschaften, die bei den meisten polymeren Stoffzusammensetzungen nicht zu finden ist. Während des Bremsens könnten schätzungsweise z. B. Temperaturen von etwa 400° C und Drücke von bis zu etwa 88 kg/cm (etwa 750° F bzw. etwa 1250 ρ si) auftreten. Geeignete Polymere müssen daher bei solchen Bedingungen thermisch beständig sein. Sie dürfen nicht schmelzen oder erweichen, und sie müssen bei solchen Bedingungen Fliessen widerstehen. Darüberhinaus sollen die Polymeren federnd und unspröde sein und die Befähigung haben, sich nach Aufhören des Bremsvorgangs zu erholen. Nicht zuletzt müssen die Polymerzusammensetzungen auch gute Niedertemperatureigenschaften haben, da sie bei Arbeits- wie auch Ruhebedingungen niedrigen Temperaturen, wie -25° C (-15° F), ausgesetzt sein können.

Zu den erforderlichen physikalischen Eigenschaften gehört ein sehr hohes Molekulargewicht. Dieses Molekulargewicht wird zum Teil durch die Vernetzung erhalten, die sich während der Polymerisation und/oder im Einsatz einstellt. Um geeignet zu sein, müssen Polymere ein Molekulargewicht von mindestens etwa einer Million, vorzugsweise ein höheres Molekulargewicht, haben. Solche hohen Molekulargewichte ergeben Zähigkeit, thermische ' Beständigkeit und Beständigkeit gegen Fliessen.

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Zu speziellen Polymeren für die Zwecke der Erfindung gehören hochmolekulare, vernetzbare Acrylcopolymere. Solche Polymeren enthalten mindestens etwa 50 %, vorzugsweise bis zu etwa 80 %, eines oder mehrerer C_-1- bis Cg-Ester der Acrylsäure. Die bevorzugten Ester sind Äthyl- und Propylacrylat oder Mischungen derselben, da diese dem Gesamtcopolymeren hervorragende Niederteraperatureigenschaften erteilen.

Diese Acrylcopolymeren müssen auch mindestens etwa 1 %, vorzugsweise etwa 5 ois 10 %, eines Monomeren enthalten, das Stellen ergibt, an denen Vernetzung eintreten kann. Vernetzbare Monomere können in der Polymerhauptkette oder ausserhalb dieser vorgesehen werden.

Eine erste Klasse geeigneter vernetzbarer Monomerer bildet die Klasse vinylungesättigter Monomerer, die zur Vernetzung befähigte funktionelle Gruppen enthalten. Zu diesen gehören z. B. Acrylamide oder Methacrylamide, die an ihrem Stickstoffatom mit funktionellen Gruppen substituiert sind, die Vernetzungsstellen ergeben. Ein besonders bevorzugtes Monomeres dieser Klasse ist N-Methylolacrylaraid, das eine hervorragende Befähigung zur Vernetzung mit sich selbst oder mit anderen passenden reaktiven Stellen durch seine Hydroxymethylgruppe vermittels Wärme, Säure oder freiradikalischer Katalysatoren besitzt. Zu anderen geeigneten, passende Gruppen enthaltenden Vinylmonomeren gehören hydroxylfunktionelle Acrylate und Methacrylate, wie Hydroxyäthylacrylat oder Hydroxypropylmethacrylat, carboxylfunktionelle Acrylate oder Methacrylate, wie Acryl- oder Methacrylsäure, usw.

Eine zweite Klasse geeigneter Monomerer für die Ausbildung der Vernetzungsstellen stellt die Klasse von Monomeren dar, die bezüglich ihrer Vinylungesättigtheit polyfunktionell sind. Hierzu gehören Divinylverbindungen, wie Divinylbenzol, Dimethacrylate oder Diacrylate, wie Diäthylenglykoldimethacrylat, Triäthylenglykoldimethacrylat und ihre entsprechenden Acrylate, Trimethacrylate, wie Glyceryltrimethacrylat, und höhere Meth-

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acrylate oder Acrylate, wie Pentaerythrittetramethacrylat. Di- oder Triallylverbindungen sind ebenfalls geeignet.

Die vorgenannten vernetzbaren Monomeren weisen Vinylungesättigtheit auf, so dass sie zu einem Teil der Polymerhauptkette werden. Es ist aber auch möglich, Vernetzungsmittel zuzuführen, die nicht zum Teil des Polymerhauptgerüsts oder -"Backbone" werden. Ein hervorragendes Beispiel für ein Monomeres dieser Klasse ist Hexamethoxymethylmelamin, das sich als Vernetzungsmittel unter den Bezeichnungen "CYMEL" der American Cyanamid im Handel befindet. Hexamethoxymethylmelamin ist reaktiv, gewöhnlich bei sauren Katalysen, mit funktioneilen Seitengruppen, wie Hydroxyl oder Carboxyl, die als Seitengruppen an einer Polymerhauptkette vorliegen.

Eine andere Alternativtechnik zur Erzielung geeigneter Vernetzungsstellen an den Polymerhauptketten ist die Behandlung eines Monomeren, das sich in dem Polymeren befindet, zur Ausbildung solcher vernetzbaren funktionellen Gruppen. Z. B. kann man Acrylamid in der Polymerhauptkette vorsehen und dann später unter Alkalieinsatz hydrolysieren, um Hydroxyseitengruppen zu erzeugen, oder es mit Formaldehyd behandeln, um Methylolseitengruppen zu erzeugen. Diese Gruppen können dann nach den oben beschriebenen Techniken oder anderen vertrauten Techniken zum Vernetzen von Polymeren durch solche Seitengruppen umgesetzt werden.

Während oben mehrere verschiedene geeignete Monomere, die vernetzbare Stellen enthalten, wie auch Techniken zu ihrem Einbau in die Polymerhauptkette beschrieben sind, stehen noch weitere zur Verfügung. Andere äquivalente Monomere, die zur Lieferung vernetzbarer Stellen an der Polymerhauptkette befähigt sind, sind dem Fachmann bekannt oder von diesem im Routineversuch bestimmbar.

Acrylcopolymere können naturgemäss auch andere äthylenungesättigte Monomere enthalten, wie C^,- bis Cg-Methacrylate, Styrol, Acrylnitril, Vinylchlorid, Vinylacetat, Vinyliden-

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chlorid, Itaconate, Aconitate usw. Solche weiteren Monomeren sollten die Eigenschaften von Acrylcopolymeren, welche die beiden Haupt monomeren enthalten, nicht wesentlich mindern und können in vielen Fällen verbesserte Eigenschaften ergeben.

Pur den Einsatz bei Scheibenbremsen geeignete Acrylcopolymere sind unter Anwendung von Standardtechnologie der Emulsionsoder Suspensionspolymerisation herstellbar. Die Emulsionspolymerisation wird bevorzugt, da sie in charakteristischer Weise rascher ist und zur Ausbildung von höheren durchschnittlichen Molekulargewichten als bei Anwendung anderer Techniken tendiert. Emulsionspolymerisationen werden, wie bekannt, gewöhnlich unter Einsatz einer kontinuierlichen, wässrigen Phase durchgeführt, die zweckentsprechende oberflächenaktive Mittel enthält. Der wichtigste Aspekt der Polymerisation ist, Kontrolle über die Reaktion zu behalten derart, dass das Polymere das benötigte hohe Molekulargewicht erreicht.

Man arbeitet mit freiradikalisehen Standarderregern oder -initiatoren, einschliesslich organischer Peroxide, wie Benzoylperoxid. Zu anderen, alle verwendbaren Erregern gehören organische Hydroperoxide, N-Nitrosoacylanilide, p-Brombenzoldiazohydroxid, Triphenylmethylazobenzol, aliphatische Azobisnitrile, wie Azo-bis-isodeuteronitril, usw.

Man kann auch mit anderen Polymerzusammensetzungen arbeiten. Solche Polymeren dürfen sich nicht zersetzen, müssen auch sonst beständig sein und dürfen bei Temperaturen bis zu etwa 400° C und Drücken bis zu etwa 88 kg/cm in keinem nennenswerten Grad fliessen. So sind bestimmte Siliconharze, wie Poly-(dimethylsiloxane), und aufgemischte Modifikationen derselben, die Kieselgur, Benzoylperoxid, 2,5-Di-tert.-butylchinon und/oder andere Komponenten enthalten, die gewöhnlich bei der Siliconkautschukaufmischung oder -kompoundierung Verwendung finden, geeignet. Verschiedene Kautschuke, wie vulkanisiertes Isopren, Isobutylen, Polypropylen oder Nitrilkautschuke, wie ABS, sind ebenfalls geeignet.

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Zur leichteren Aufbringung der Copolymerzusammensetzungen kann man ein viscositätssteigerndes Mittel bis zum Erreichen eines Viscositätswertes von mindestens etwa 5000 cP bei 22° C zusetzen. Vorzugsweise wird die Viscosität erhöht, bis sie zwischen etwa 40 000 und 50 000 cP bei 22° C liegt. Zu geeigneten viscositätssteigernden Mitteln gehören Polyacrylate, wie Ammoniumpolyacrylat, Carboxyäthylcellulose und Hydroxyäthylcellulose, Polyvinylalkohol und andere.

Die Polymerzusammensetzungen bzw. -massen können auf jede Oberfläche aufgebracht werden, die mit einer anderen Oberfläche in Kontakt kommt und zu störenden Geräuschen, wie Quietschen, Kreischen oder dergleichen, führt. Typischerweise bringt man bei herkömmlichen Scheibenbremsen die Zusammensetzungen auf die metallischen Oberflächen der Innen- und Aussenreibkörper auf, die bekanntlich gegen das Metalljoch solcher Trommeln unter Geräuschbildung vibrieren. Die Zusammensetzungen können im Zuge der Scheibenbremsen-Herstellung oder zu jedem Zeitpunkt danach aufgebracht werden.

Beispiel

Eine zur Eliminierung der Störgeräusche bei Scheibenbremsen geeignete Polymerzusammensetzung lässt sie wie folgt formulieren:

Man gibt in einen 1893-1-IOlymerreaktor, der mit einem Bewegungsorgan versehen ist, 1066 kg Wasser und erhitzt auf 50° C. Die Monomergesamtcharge besteht aus 271»3 kg Äthylacrylat, 530,7 leg Butylacrylat, 32,7 kg Hydroxypropylmethacrylat und 9,5 kg Methylolacrylamid. In den Reaktor werden ferner 1/2 % Natriumlaurylsulfat (anionisches oberflächenaktives Mittel), 5 % nichtionisches oberflächenaktives Mittel (^wNonoxynol-10^M) und 1,13 kg Natriump er sulfat (wärmeak ti vierbarer, freiradikalischer Erreger) eingegeben.

Man gibt zu dem erhitzten Wasser 20 % der Monomercharge hinzu.

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Die verbleibenden 80 % werden in den Reaktor im Verlaufe eines Zeitraums von 2 Stunden in Anteilen eindosiert. Nachdem die gesamte Monomercharge zugesetzt ist, erhitzt man die Reaktionsmischung auf 80° C und hält sie 1 Stunde auf dieser Temperatur. Die Reaktion ist danach vollständig; der Ansatz wird auf Raumtemperatur abgekühlt.

Nach Abkühlung setzt man 4,5 kg Ammoniurapolyacrylat (viscositätssteigerndes Mittel) hinzu. Die Viscosität des Produktes wird hierdurch auf etwa 4-S 000 cP bei 22° C, bestimmt mit einem Brookfield-Viscosimeter, erhöht.

Dieses Produkt eignet sich zur direkten Auftragung auf Metalloberflächen von Scheibenbremsen zwecks Dämpfung von Vibrationen und Eliminierung von Störgeräusch«« in diesen.

Die vorliegende Beschreibung ist im Hinblick auf die spezielle Anwendung der Erfindung bei Scheibenbremsen hauptsächlich auf diese abgestellt, aber die Massen gemäss der Erfindung lassen sich auch auf viele andere Metall- oder andere Oberflächen aufbringen, um störende Geräusche zu eliminieren.

Ende der Beschreibung

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Claims

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Pat entansprüche

Verfahren zum Eliminieren bzw. Herabsetzen störender Geräusche, die verursacht werden dadurch, dass eine erste Oberfläche eine zweite Oberfläche kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass man auf eine der Oberflächen einen polymeren Überzug aufbringt, wobei das Polymere ein hohes Molekulargewicht hat und bei erhöhten Temperaturen thermisch beständig ist.

Verfahren zum Eliminieren bzw. Herabsetzen störender Geräusche bei Scheibenbremsen, wobei Geräusche durch Kontakt zwischen der Metalloberfläche eines Reibkörpers und einem Bremsenträger verursacht werden, dadurch gekennzeichnet, dass man auf die Metalloberfläche eine hochmolekulare, thermisch beständige Polymerzusammensetzung aufbringt.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Polymerzusammensetzung verwendet, die von einem hochmolekularen Acrylcopolymeren gebildet wird, das mindestens etwa 50 % eines C^- bis Cg-Esters der Acrylsäure und mindestens etwa 1 % eines Monomeren, das vernetzbare Stellen der Polymerhauptkette ergibt, gebildet wird.

Verfahren nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, dass man als vernetzbare Stellen ergebendes Monomeres ein Monomeres verwendet, das Vinylungesättigtheit und eine funktionell e Seitengruppe aufweist.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als vernetzbare Stellen ergebendes Monomeres Methylolacrylamid verwendet.

Masse zum Eliminieren bzw. Herabsetzen störender Geräusche

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zwischen kontaktierenden Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass sie von einem Polymeren gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5i gegebenenfalls in einem Träger, insbesondere als Emulsion oder Lösung, gebildet wird.

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