DE3038129C2 - Asbestfreies Reibmaterial - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Reibmaterial für Kupplungen. Bremsen oder dergleichen, das Im wesentlichen aus einem Elastomeren oder Duroplasten als Bindemittel, aus Reib- und Gleitstüizstoffen und mineralischen Fasern als Verstärkungsmaterial besteht.

FQr die heutigen Kraftfahrzeug-Reibungskupplungen und -Reibungsbremsen werden bevorzugt Gesteinsfasern, insbesondere Asbestfasern, als Verstärkungskomponente verwendet. Diese sog. Asbestbeläge zeichnen sich durch note thermische Stabilität und gutes Reibverhalten aus. » Seit einigen Jahren steht aber Asbest im Verdacht, krebserzeugend zu sein. Dieser Verdacht hat sich durch neuere Untersuchungen bestätigt. Aufgrund der Anwesenheil von Asbestfasern mit feinem Durchmesser, die auch bei der Herstellung von Reibbelägen auftreten. *» gelangt Asbest häufig in solchen Mengen in die Luft, daß die zulässigen Werte, wie sie z. B. in den USA von dem «Occupational Safety and Health Act» aus dem Jahre 1970 restgelegt sind. Oberschritten werden. Dies stellt ein erhohles Gesundheitsrisiko für die Beschäftigten In der «* Reibbelagherstellung dar. Es wurden daher schon große Anstrengungen In der Relbbelaglndustrl« unternommen, um die Umweltbelastung durch Astbestfasern /u reduzieren oder ganz /u eliminieren.

Hin/u kommt noch, daß die zur Zelt bekannten ^w Asbest vorkommen In absehbarer Zelt vollständig ausgebeutet sein werden, so daß auch unter diesem Gesichtspunkt eine Notwendigkeit besteht. Asbest durch andere Stoffe /u substituieren

So M aus I)F-(K 22 54 294 ein Reibmalertal bekannt. « das als Filtermaterial Basalifasern enthalt. Entsprechende Bremsbeläge /eigen /war ein gutes Hochtemperatur»«:!-- hallen, bewirken aber einen relativ starken Verschleiß des (iegenmalerlals.

Der Erfindung liegt die Aurgabe zugrunde. Reibbeläge « herzustellen, die In Ihren technischen Werten den Werten von Astbestbelagen gleichkommen. Ihnen hinsieht· Hch Ihres Verschleißes des Gegenmalerlals noch überlegen sind, jedoch asbestfrei sind und keine Belastung fur die Umwelt bedeuten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Relbmalerlal. bestehend aus 5 bis 25 Gew.-% eines aushärtbaren Bindemittels, verstärkendem Material sowie gegebenenfalls anderen FOlI-, Reib- und Gleiisioffen, dadurch gekennzeichnet, daß es als verstärkendes Material ein Gemisch aus 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmisehung, Fasern auf Basis Diabas mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 100 bis 750 Mikrometern und I bis 44 Gew.-t., bezogen auf die Gesamtmischung, Metallfasern, Metallwolle oder Metall in Form von Plättchen, Spänen oder Pulver enthält.

Die Kombination von Fasern auf Basis Diabas mit Stahlteilchen als verstärkendes Material in Reibmaterial hat einige Vorteile gegenüber den herkömmlichen Asbestbelägen. Die hohe Wärme-Fadingstabilität und hohe Verschleißfestigkeit erlaubt den Einsatz solcher Beläge für Trommel-, Scheiben- und Kupplungsbeläge sowohl für den PKW-, LKW- als auch den Eisenbahnsektor.

Testergebnisse erfindungsgemäß hergestellter Bremsbeläge zeigen sowohl auf dem Prüfstand als auch im Dauertest auf einem Mittelklasse-PKW einen um 50% geringeren Verschleiß der Beläge als entsprechende Asbestbeläge. Dadurch, daß die Diabas-Faser einen extrem niedrigen Schlackenanteil enthält, ist auch der Verschleiß des Gegenmaterials um eine Zehnerpotenz niedriger als bei Asbestbelägen. So konnte In einem Dauertest mtt einem Mittelklasse-PKW nach 26 000 km noch kein meßbarer Verschleiß des Gegenmaterials erreicht werden.

Im Gegensatz zu Belägen, die nur Metallfasern ais Verstärkungsmittel enthalten, treten bei Kombinationen aus Fasern auf Basis Diabas und Metallfasern keine Wärmeleitprobleme auf. so daß sich die Bremsflüssigkeit auch unter extremen Fahrbedingungen nicht Ober die zulässigen Werte hinaus aufhetzt.

Diabas Ist ein vulkanisches Gestein, das sich durch besonders hohe Zähigkeit und Festigkeit auszeichnet Dieses Gestein läßt sich aufschmelzen und aus der Schmelze zu Fasern verspinnen, wobei sich die Länge der Fasern variieren läßt. Zu den erfindungsgemäßen ReIbmaterlalltn lassen sich die Fasern mit Längen von 100 bis 750 um einsetzen. Vorzugswelse werden jedoch Fasern der Länge von 150 bis 350 pm verwendet. Entsprechende Fasern sind unter der Bezeichnung Spinrock Im Handel. Diese Fasern können ungeordnet, als sog. Fasermull vorliegen. Es empfiehlt sich aber, den Faserverband vor dem Vermischen mit dem Bindemittel in einem Mischer. Kneter. Zerhacker oder einer Walze zu öffnen

I'm die Benetzbarkeit der Diabas-Faser mit dem Bindemittel zu erhohen und somit auch den Verbund zu verbessern, kann die Faser vor Ihrer Verwendung mit einem Imprägniermittel getränkt w; den. Als Imprägniermittel können Silane. Nltrll- und/oder SBR-Kau-Iv¹IUk. Phenolharze vom Novolak- oder Resol-Typ Melaminharze 'der Furanharze verwendet werden. Die Imprägnierung kann in der Welse erfolgen, daß die Diabas-Faser In einer Losung des Imprägniermittels getrankt und anschlteOend getrocknet wird, oder daO man In einem Mischer oder Kneter aus Faser und Imprägniermittel ein entsprechendes Masterbatch herstel't. wie dies In der Kautsihuklnd-.sirle JbIIch Ist

Die Fasern auf Basis Diabas werden In den erflndungsgemaften Relbmaierlalten mit Metallfasern, vorzugsweise Stahlfasern kombiniert verwendet. Anstelle der Metallfasern kann das Metall auch In Form von Spänen. Plättehen oder Pulver eingesetzt werden.

AiiiJer diesen llauptkomponenten können wahlweise andere an sich bekannte Füll-, Gleit- und Reibstoffe mit In die Mischung eingearbeitet werden. Als Bindemittel

lassen sich die üblicherweise verwendeten hartbaren Polymere einsetzen, wie etwa Phenol-, Epoxid- oder Furanharze und/oder hitze- und chemikalienbeständige Natur- und Synthesekautschuke wie etwa Nltrtlkautschuk oder SBR-Kautschuk. In diese Bindemittel, die m Mengen von 5 bis 25 Gew.-% der Gesamtmischung benötigt werden, werden die Fasern und Zusatzstoffe durch Verpressen, Vergießen. Kneten oder Einwalzen eingearbeitet.

Tabelle I zeigt beispielhafte erftndungsgemäße Rezeptüren sowie eine Vergleichsrezeptur.

Die entsprechenden Reibmaterialien werden nach folgendem Verfahren hergestellt:

Kautschuk, Weichmacher und Vulkanisationsmittel werden in einem Kneter 3 min lang gemischt. Stahlwolle wird zugegeben und 2 min lang vermischt. Danach werden die restlichen Rohstoffe außer Phenolharz und Fasern eingegeben und 3 min lang vermengt. Abschließend werden Phenolharz und Fasern zugefügt und 3 min lang eingemischt.

Die als Mischprodukt erhaltenen Brocken werden auf ein Granulat mit Meer Körnung bis zu 3 mm Korngröße zerkleinert. Dieses Granulat wird in einer Preßform bei Temperaturen von 170 bis 190° C und einem Druck von 200 bis 300 bar/cm² bei einer Preßzeit von OJ min/mm Belagdicke verpreßt. Die so erhaltenen Reibbelagrohlinge werden ca. 3 h bei ί 60 bis 180° C gehartet und anschließend in einer Brernsprüfanlage getestet. Bestimmt wird jeweils die Bremsverzögerung bei verschiedenen Bremsbedingungen. Außerdem werden nach Abschluß der Testserien jeweils der Trommel- und der Belagverschleiß gravimetrisch bestimmt.

Tabelle 2 zeigt die bei Prüflingen gemäß der Rezepturen in Tabelle I erhaltenen Werte.

Tabelle 1

(Mengenangaben in Gew.-%)

Rezeptur Ver-

gleichs-

Nr. I Nr.2 rezeptur Asbestfaser 5 R - - 41,0 Diabasfaser 12,0 22,0 -

Suhlwolle 28,0 18,0 8,0

Harz (aus Cashewnußschalenöl) 5,0 5,0 5.0

Fe₁O₄ 4.0 4.0 -

MgO 7,0 7.0 7.0

Talkum 7,7 7,7 7,7

Thomasphosphat 5,0 5,0 - Calciumhydroxid Weichmacher (Kohlenwasserstoff) Nitrilkautschuk

Schwefef

Vulkanisationsbeschleimiger

Zinkoxid

Phenolharz

Graphit

Tabelle 2

35

45

so Rezeptur VergleichsNr.I Nr2 re/cpiur

6,0 6,0 6,0

y 2,3 2,3

13,0 13,0 13,0

0,9 0,9 0,9

0,4 0,4 0/

0,7 0,7 0,7

5,5 5,5 5,5

2,5 2,5 2,5

Rezeptur Ver-

gleichs-Nr. 1 Nr.2 re/Bptur

Bremsverzögerung [m/s²] Verzögerung bei Trommsltemp.

60° C und Geschw. 80 km/h

bei Leistungsdruck (p)

20 bar 1,90 2,0 1,9

50 bar 3,85 4,35 4,05

80 bar 5,80 6,60 6,35

Verzögerung bei Trommeltemp.

240°C und Geschw. 80 km/h

bei Leistungsdruck (p)

20 bar 1,85 1,95 1,05

50 bar 3,90 4,45 2,50

80 bar 5,70 7,00 5,05

Abhängigkeit zur Geschwindigkeit

(Ausgangstemp. 60° C; ρ = 60 bar)

40 km/h 4,70 5,40 5,40

80 km/h 4,35 4,95 4,75

120 km/h 4,40 4,95 4,35

140 km/h 4,5J 4.85 4,25

Abhängigkeit zur Trommeltemp.

(Geschwindigkeit 30 km/h;

ρ = 20 bar)

20⁰C 2,15 2,15 1,70

80°C 2,10 2,20 1,60

140⁰C 2,20 2,20 1,60

260° C 2,35 2,15 1,20

Trommelverschleiß nach Testserie [g] 0,1 0,1 1,2 Belagverschleiß

nach Teslserie [gl 0,35 0.4 1,22

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Reibmaterial fur Bremsen oder Kupplungen bestehend aus 5 bis 25 Gew.-% eines aushartbaren Bindemittels, verstärkendem Material sowie gegebenenfalls anderen Foil-, Reib- und Gleitstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es als verstärkendes Material ein Gemisch aus I bis 50 Gew.-%. bezogen auf die Gesamtmischung, Fasern auf Basis Diabas mit to einer durchschnittlichen Faserlänge von 100 bis 750 Mikrometern und 1 bis 44 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, Stahlfasem. Stahlwolle oder Stahl in Form von Blättchen, Spänen oder Pulver enthält.

2. Reibmaterial nach Anspruch I, dadurch gekenn- t5 zeichnet, daß die durchschnittliche Faserlänge der Faser auf Basis Diabas 150 bis 350 Mikrometer beträgt.

3. Reibmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Faser auf Basis Diabas mit einem Imprägniermittel behandelt ist.