DE3046963A1

DE3046963A1 - Reibmaterial und dieses enthaltendes reibelement

Info

Publication number: DE3046963A1
Application number: DE19803046963
Authority: DE
Inventors: Philip A. 06483 Oxford Conn. Chuluda
Original assignee: Raybestos Manhattan Inc 06611 Trumbull Conn; Raybestos Manhattan Inc
Current assignee: RAYMARK INDUSTRIES Inc TRUMBULL CONN US
Priority date: 1979-12-14
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1981-09-10
Also published as: JPS6040834A; CA1126452A; JPS5692983A; GB2067227A; GB2067227B; DE3046963C2; US4256801A; JPH033814B2; JPS5830351B2

Description

Reibmaterial und dieses enthaltendes Reibelement

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes, temperaturbeständiges Reibmaterial auf Papierbasis, das, wenn es an ein tragendes Teil haftend gebunden oder geklebt ist und in Kupplungen, Bändern, Bremsen und dgl. in öl arbeitend verwendet wird, ein Reibelement oder eine Vorrichtung mit größerer nutzbarer Lebensdauer liefert, insbesondere unter Bedingungen hoher Gesamtenergieabsorption und/oder geringen Kühlöl-Umlaufs.

Asbestfasern werden aufgrund ihrer Wärmebeständigkeit- und Festigkeitseigenschaften herkömmlicherweise in Reibmaterialien auf Papierbasis für automatische Getriebekupplungsscheiben oder -bänder, Ölbremsen und Lenkkupplungen, die in flüssiger Umgebung arbeiten, verwendet. Die US-PS 3 270 846 offenbart ein solches Reibmaterial, das größenordnungsmäßig 5 - 35 % Asbestfasern enthält. Weitere, ähnliche Reibmaterialien auf Papierbasis können bis zu 40 - 60 % Asbestfasern enthalten.

In jüngerer Zeit ist ein Reibmaterial auf Papierbasis vorgeschlagen worden, das frei von Asbestfasern ist. So weist nach der US-PS 4 045 608 ein solches Reibmaterial auf Papierbasis ein Gemisch aus Cellulosefasern, einem anorganischen absorbierenden Füllstoff und einem sogenannten Retentionsmittel auf, wobei die Bahn oder Platte zuerst mit einem Harzbindemittel imprägniert und dann mit einem äußeren Überzug aus einem Äthylsilikat-Bindeimprägniermittel versehen wird.

1 30037/0Θ95 ORIGINAL INSPECTED

Reibmaterialien der oben beschriebenen Art beruhen in
hohem Grade auf einer porösen Struktur und elastischer
Rückfederung, um recht hohe Reibungskoeffizienten bei Naßreibung zu erhalten. In mechanischen Anordnungen mit angemessenem Kühlölumlauf trägt die Porosität zum Abführen
der Reibungswärme bei, indem sie ein Eindringen des kühleren äußeren Öls in die inneren Hohlräume des Reibmaterials ermöglicht, wo es das heißere öl verdrängt. Durch eine solche Verringerung des Wärmestaus an der reibenden Grenzfläche wird die Dauerhaftigkeit und die Schwundbeständigkeit des
Reibmaterials verbessert.

Leider versagen diese Reibmaterialien auf Papierbasis, die typischerweise eine Porosität von etwa 60 % und eine verhältnismäßig geringe Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit haben, von vornherein bei Anwendungsbedingungen mit verhältnismäßig hoher Gesamtenergieabsorption und/oder verhältnismäßig geringem Kühlölumlauf, was man häufig z.B. in manchen Mehrfachscheibennaßradbremsen und -kupplungen findet.

Reibmaterialien obiger Art sind auch hinsichtlich Grad und Art der Oberflächenausrüstung zueinander passender Teile
beschränkt, gegen die sie zu laufen vermögen, ohne erheblichen Verlust an Haltbarkeit oder Lebensdauer. Polierte oder geschliffene Oberflächenbeschaffenheiten zusammenpassender Teile mit im allgemeinen nicht-mehr als 0,38 μΐη (15 μΐη) werden als annehmbar für geringe Einfahr- und Betriebsverschleißraten angesehen. Abwandlungen bestehender Reibmaterialien
auf Papierbasis mit hoher Dichte können gegen rauhere Oberflächen laufen, haben aber im allgemeinen niedrigere dynamische Reibungskoeffizienten aufgrund verringerter Porosität und elastischer Rückfederung.

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Es ist daher in erster Linie Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes, temperaturbeständiges Reibmaterial auf Papierbasis zu schaffen, das, an Träger gebunden und in Kupplungen, Bändern, Bremsen und dgl. in öl arbeitend verwendet, ein Reibelement oder eine Reibeinrichtung mit größerer brauchbarer Lebensdauer liefert, insbesondere unter Bedingungen hoher Gesamtenergieabsorption und/oder geringen KühlÖlumlaufs. Ferner soll die Erfindung ein verbessertes Reibmaterial auf Papierbasis schaffen, das gegen Oberflächen zueinander passender Teile zu laufen vermag, die rauher als 0,38 μΐη (15 μΐη) sind, bei geringem Einfahr-Verschleiß und Betriebsverschleiß. Ferner soll die Erfindung die oben aufgezählten Verbesserungen erbringen, ohne die verschiedenen Vorteile bestehender Reibmaterialien auf Papierbasis, wie geringe Kosten, hohe Reibungskoeffizienten, geringes Verhältnis statischer zu dynamischer Reibung, hoher Schwundbeständigkeit, Elastizität und die Fähigkeit, mittleren Einheitsdruckbelastungen zu widerstehen, zu opfern.

Diese sowie weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß Reibmaterialien auf Papierbasis mit den obigen Verbesserungen durch Kombinieren von Kohlenstoffasern mit Cellulosefasern, feuerfesten organischen Fasern, bestimmten Füllstoffen und einem ölbeständlgen elastomeren Leimstoff zur Herstellung einer Bahn, Platte oder Scheibe und durch deren Imprägnieren mit einem synthetischen, wärmehärtenden Harz erhalten werden können.

Insbesondere kann das erfindungsgemäße Reibmaterial auf Papierbasis für Naßreibanwendungen verwendet werden, die bislang als zu hart für bestehende Reibmaterialien auf Papierbasis betrachtet wurden, wofür die Verwendung teurerer Reibmaterialien, wie Sintermetall und Graphitformmassen, erforder-

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lieh war. Die verbesserte brauchbare Lebensdauer durch das erfindungsgemäße Reibmaterial im Vergleich zu existierenden Reibmaterialien auf Papierbasis, insbesondere unter Bedingungen hoher Gesamtenergieabsorption und/oder geringen Kühlölumlaufs (wo hohe Temperaturen der Reibmaterialmasse anzutreffen sind), ermöglicht eine erhöhte Betriebsdauer von Naßkupplungen und Bremseinrichtungen unter Senkung der mit dem Ersatz verbrauchter Reibflächen verbundenen Ausfallzeit. Zugleich ermöglicht es das erfindungsgemäße Reibmaterial aufgrund seiner verbesserten Lebensdauer in Verbindung mit grob passenden Oberflächen dem Hersteller weniger teure Endbearbeitungsvorgänge zur Herstellung einer passenden Scheibe anzuwenden, verglichen mit derzeit bei herkömmlichen Reibmaterialien auf Papierbasis angewandten.

Die wesentlichen Bestandteile und ihre relativen Anteilmengen zur Herstellung des erfindungsgemäßen Reibmaterials auf Papierbasis sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt:

Tabelle I

	allgemein	Gew.-	%
Bestandteil	25-65		bevorzugt
Cellulosefasern	5-20		40-65
Kohlenstoffasern			5-15
feuerfeste organische	5-20
Fasern	0-30		5-15
Graphit	0-30		20-30
Diatomeenerde	0-15		5-15
elastomerer Leimstoff		(Fest-	5-10 (Fest
	stoffe)	stoffe)

Wie der obigen Tabelle I zu entnehmen ist, liegen im erfindungsgemäßen Reibmaterial etwa 25 bis etwa 65 Gew.-% Cellulosefasern vor. Typische verwendbare Cellulosefasern umfassen α-Cellulose, Sulfitcellulose, Sulfatcellulose, Baumwolle, Leinen, Hadern und dgl.

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Die im erfindungsgemäßen Reibmaterial verwendeten Kohlenstoffasern sind fadenförmige Kohlenstofformen mit einem Kohlenstoffgehalt im allgemeinen über etwa 92 Gew.-% und zeichnen sich durch Flexibilität, elektrische und Wärmeleitfähigkeit, chemische Inertheit,ausgenommen gegenüber Oxidation,und Hochtemperaturfestigkeit aus. Solche Fasern stehen im Gegensatz zu sogenannten "Graphitfasern", die die dreidimensionale Charakteristik polykristallinen Graphits aufweisen.

Die Kohlenstoffasern können von der relativ wenig festen Art mit niedrigem Modul sein, wie sie durch Verkohlen von Rayon-Gewebe oder Filz erhalten wird, von der Art hoher Festigkeit und hohen Moduls, wie sie auch aus Kohlenstoffgarnen auf Rayon-Basis erhalten werden können, oder von mittlerem Modul, hoher Festigkeit, wie sie durch Verkohlen von Garnen auf Polyacrylnitril-Basis (PAN) erhalten werden. Die Kohlenstoffasern mit hohem Modul und mittlerer Festigkeit können auch aus einer Mesophasen (Flüssigkristall)-Pechvorstufe hergestellt werden, und solche von geringer Festigkeit und niedrigem Modul können aus gewöhnlichem Pech (keinem Mesophasen-Pech) hergestellt werden. Verschiedene Kohlenstoffasern, die in dem erfindungsgemäßen Reibmaterial enthalten sein können, sind im einzelnen in der Encyclopedia of Chemical Technology 3d (1978), Band 4, S. 622-628, beschrieben. Bevorzugte Kohlenstoffasern sind solche, die aus einer Pechvorstufe erhalten wurden.

Die Kohlenstoffasern können in einem Durchmesserbereich vonca. 5 bis 25 um liegen, wobei Fasern mit einem Durchmesser von etwa 9 bis 16 μκι bevorzugt sind. Die Länge der Kohlenstofffasern kann erheblich variieren. Doch sind Fasern einer Länge von etwa 0,4 bis 3 mm bevorzugt.

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Die feuerfesten organischen Fasern, die ein wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen Reibmaterials sind, sind vernetzte phenolische Fasern, die von der Federal Trade Commission allgemein als "Novoloid"-Fasern klassifiziert werden. Die Fasern variieren im Durchmesser von etwa 9 bis 35 \xm, und ihre Zähigkeit (g/den), Dehnung (%) und Modul (g/den) hängen wesentlich vom Faserdurchmesser ab, wobei die Werte mit zunehmendem Durchmesser abnehmen.

Die Novoloid-Fasern zeigen, obgleich sie in Luft bei 200⁰C langsam zur Zersetzung neigen, sehr gute Stabilität bei hohen Temperaturen in inerter Umgebung. Im erfindungsgemäßen Reibmaterial verdrängt das öl die Luft aus den inneren Hohlräumen des Reibmaterials während der Verwendung, was eine Atmosphäre schafft, durch die die thermischen Grenzen aller organischen Bestandteile, einschließlich der Phenolfasern, erhöht werden. Die Novoloid-Fasern zeigen auch einzigartige Feuerfestigkeit, indem sie dem Verbrennen in einer Flamme widerstehen, und bieten Wärmeisoliereigenschaften, die denen anderer verfügbarer Fasern überlegen sind. Eine bevorzugte feuerfeste organische Faser zur Verwendung im erfindungsgemäßen Reibmaterial ist eine phenolische Faser, die wenigstens 85 Gew.-% eines vernetzten Novolak-Harzes enthält. Vorzugsweise haben solche Fasern einen Durchmesser von etwa 30 bis 35 um und eine Länge von etwa 0,2 bis 2 mm.

Im erfindungsgemäßen Reibmaterial liegen besondere, die Eigenschaften modifizierende Komponenten vor. So kann das Reibmaterial Flockengraphit enthalten, um die Reibung zu steuern und den Abrieb oder Verschleiß zu verbessern, sowie ferner einen Mineralstoff, wie Diatomeenerde, die ebenfalls die dynamische Reibung und die Verschleißfestigkeit bei minimalen Kosten verbessernd wirkt.

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Der Flockengraphit sollte, wie in Tabelle I angegeben, bis zu 30, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.-% des Reibmaterials ausmachen. Die Teilchengröße kann beträchtlich variieren, liegt aber im allgemeinen unter 0,54 mm (30 mesh Tyler Screen Analysis).

Die Diatomeenerde kann auch in einer Menge bis zu 30 % vorliegen und macht vorzugsweise 5 bis 15 % des Reibmaterials aus. Die Teilchengröße der Diatomeenerde kann beträchtlich variieren, liegt aber im allgemeinen unter einer Größe entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,104 mm (150 mesh Tyler Screen Analysis).

Das Reibmaterial kann geringe Mengen anderer die Eigenschaften modifizierender Komponenten nicht-schleifender und schleifender Art enthalten. Beispiele für erstere sind Cashew-Reibstaub und vermahlener Gummi. zur schleifenden Art gehören harte Materialien, wie Aluminiumoxid und Siliciumcarbid. Im allgemeinen machen solche zusätzlichen modifizierenden Bestandteile nicht mehr als etwa 5 % des Reibmaterials aus.

Das erfindungsgemäße Reibmaterial in Bahn- oder Plattenform kann auf herkömmlichen Naßpapiermaschinen und nach solchen Verfahren hergestellt werden, beispielsweise unter Verwendung einer Fourdrinier-Papiermaschine oder eines Rotoformer-Siebes. Nach üblicher Praxis bei solcher Arbeitsweise kann in die Bahn ein Leimstoff eingearbeitet werden, der die Naßfestigkeit der Bahn erhöht. Bevorzugte Leime sind ölfeste Elastomerlatices, wie ein Acrylnitril- oder Chloropren-Latex, die in einer Menge bis zu etwa 15 Gew.-% (auf Feststoff basis) der Bahn vorhanden sein können. Solche Latices werden dem Ausgangsmaterial für die Papierherstellung zugesetzt, das einen wässrigen Brei der Fasern und der die besondere Eigenschaft modifizierenden Bestandteile darstellt.

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Das erhaltene Gemisch wird dann auf eine Feststoffkonzentration von 2 bis 3 % verdünnt und in den Stoffauflaufkasten einer Standardpapiermaschine gebracht. Das Reibmaterial wird auf der Papiermaschine zu einer Bahn oder Platte geformt und getrocknet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das trockene Bahnmaterial in geeignete Stücke geschnitten, z.B. in ringförmiger Wafern, und mit einem synthetischen wärmehärtenden Harz, in einem Lösungsmittel gelöst, gesättigt, so daß nach dem Härten die Restharzaufnahme, bezogen auf das Anfangsgewicht der Bahn oder Platte aus Reibmaterial vor dem Imprägnieren mit Harz zu einem Material mit einer Endporosität von etwa 40 bis etwa 55 % nach dem Komprimieren beim Binden des Bahnmaterials an einen Träger führt. Das wärmehärtende Harz kann ein Einstufen-Phenol/Formaldehyd-Resoltyp in denaturiertem Alkohol, ein Einstufen-Phenol/Formaldehyd-Resoltyp in Form wässriger Emulsion, ein pulverisiertes Einstufen-Resol-Harz oder ein pulverisiertes Zweistufen-Harz auf einem Novolak-Harz und Hexamethylentetramin als Katalysator sein. Solche Harze können unter genau angegebenen Zeit/Temperaturbedingungen gehärtet werden, um die gewünschten Eigenschaften im Reibmaterial zu erhalten. Ein bevorzugtes Imprägniermittel ist eine Lösung eines Einstufen-Phenol/Formaldehyd-Harzes in denaturiertem Alkohol, wofür eine Lösung mit etwa 37 Gew.-% Harzfeststoffen typisch ist. Andererseits kann das Harz In das Bahnmaterial durch Zusatz im Holländer zum Papierausgangsmaterial eingearbeitet werden.

Die imprägnierten Proben werden dann unter kontrollierten Bedingungen getrocknet, um den Hauptanteil, z.B. wenigstens 85 %, des Lösungsmittels zu entfernen, worauf die getrockneten Proben im Abstand zueinander in einem Umluftofen aufgehängt werden, in dem sie über etwa eine halbe Stunde von Raumtemperatur auf etwa 177°C (etwa 350⁰F) erwärmt werden, auf eine Temperatur, bei der sie eine Zeitlang, z.B. etwa

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- 12 eine Stunde, gehalten werden, um das Harz zu härten.

Die gehärteten Proben werden nach ihrer Entnahme aus dem Ofen und dem Abkühlen Standard-Endbearbeitungsschritten unterzogen, bevor sie unter Wärme und Druck auf einen Träger gewünschter Gestalt geklebt werden. Das so gebundene Reibmaterial sollte eine Endporosität von etwa 40 bis etwa 55 % haben. Dann kann abschließend geschliffen werden, worauf das erhaltene Reibelement mit Standard-Ausnehmungen versehen wird.

Die folgenden Beispiele sind spezielle Ausführungsformen, die das erfindungsgemäße Reibmaterial auf Papierbasis weiter beschreiben.

Beispiel 1

Die nachfolgend aufgeführten Bestandteile in den in Tabelle II angegebenen Mengen wurden,wie später beschrieben,nach der Papierherstellung verarbeitet:

Tabelle II Bestandteil Gewichtsteile

Baumwoll-Linters (vor-^-raf f iniert) 40,0

Kohlenstoffasern (amorph) 5,0

phenolische Fasern v_ 5,0

Flockengraphit 30,0

Diatomeenerde 13,0

Zinkstearat (benetzbare Qualität) 2,0

Nitrillatex (41,5 % Feststoffe) 5,0 (Feststoffe)

Aluminiumsulfat 1,2

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Die obige Masse wurde hergestellt, indem die Baumwoll-Linters in Wasser zu einem Brei dispergiert wurden, dem die Kohlenstoffasern, phenolischen Fasern, Flockengraphit, Diatomeenerde und Zinkstearat zugesetzt wurden, worauf gründlich gemischt wurde. Der erhaltene Brei wurde dann mit Wasser auf 2,5 % Feststoffe verdünnt und der Nitrillatex zugesetzt und eingemischt. Eine Aluminiumsulfat-Lösung in Wasser wurde dem fertigen Material auch zugesetzt, und dieses Vorratsmaterial wurde in den Stoffauflaufkasten einer Standard- Fourdrinier-Papiermäschine gebracht, gemeinsam mit einer wässrigen Lösung eines Polyelektrolyt-Retentionshilfsmittels. Auf der Maschine wurde aus dieser Masse eine Papierbahn gebildet und getrocknet.

Ringförmige Wafern aus der getrockneten Bahn wurden dann mit einer 37,5 gew.-%igen Lösung eines Einstufen-Phenol/Formaldehyd-Harzes in denaturiertem Alkohol gesättigt, und die Wafern wurden unter gesteuerten Bedingungen getrocknet, um mindestens 87 % des verbliebenen Alkohols zu entfernen. Die vorgehärteten Wafern wurden im Abstand voneinander auf Stäben aufgehängt und in einen Umluftofen gebracht, in dem sie in 0,5 h von Raumtemperatur auf 177°C (350⁰F) erwärmt wurden, und bei dieser Temperatur wurden sie eine weitere Stunde gehalten. Die gehärteten Wafern wurden nach ihrer Entnahme aus dem Ofen und dem Abkühlen Standard-Endbehandlungen unterworfen, einschließlich einem Oberflächenabschleifen, und dann unter Wärme und Druck auf beide Seiten von Metallkeilen verschiedener Gestalt geklebt. Das Reibmaterial hatte in so gebundenem Zustand eine Endporosität von etwa 47 %. Nach einem abschließenden Schleifen wurden beide Seiten eines jeden einzelnen Reibteils mechanisch mit Standard-Ausnehmungen versehen.

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- 14 Beispiel 2

Reibteile, hergestellt, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden unter Laborbedingungen auf einer Mehrscheiben-Naßradbremse unter Verwendung eines landwirtschaftlichen Traktors (International Harvester Modell 1086) als Testdynamometer dauergetestet.

Ein modifizierter Bremsverschleißtest erfolgte nach folgendem Schema:

Phase I; Die Bremse durchläuft 100 Zyklen, bei einem Drehmomentwert, bei dem 30 % der Kraftübertragungs-Nennleistung in der Testbremse absorbiert werden. Die Bremswellengeschwindigkeit wird so eingestellt, daß etwa 5,472 km/h (etwa 3,4 MPH) tatsächliche Bodengeschwindigkeit simuliert werden. Die Bremse wird so betätigt, daß sie 10 s greift und 80 s nicht greift. Der Test sollte beendet werden, wenn der zur Aufrechterhaltung der Drehmomentleistung erforderliche angewandte Druck um mehr als 25 % variiert. Nach 100 Zyklen wird die Bremse zerlegt und begutachtet, und die Bremselemente werden auf Reibflächen-Verschleiß vermessen.

Phase II; Die Testbremse wird wieder zusammengebaut und durchläuft weitere 2600 Zyklen bei einem Drehmomentwert, bei dem 45 % der Kraftübertragungsnennleistung absorbiert werden. Die Bremswellengeschwindigkeit und die Zyklusgeschwindigkeit sind die gleichen wie bei Phase I. Der Test sollte beendet werden, wenn der zur Aufrechterhaltung der Drehmomentleistung erforderliche Druck um mehr als 25 % variiert. Nach 2600 Zyklen wird die Bremse zerlegt und inspiziert, und die Reibelemente werden auf Bremsbelagverschleiß gemessen.

Phase III: Ist die Testbremse in gebrauchsfähigem Zustand geblieben, wird sie für Zyklen bei einem Drehmomentwert unter Absorption von 80 % der Kraftübertragungsnennleistung wieder

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zusammengebaut. Die Bremswellengeschwindigkeit wird erhöht, um etwa 9,82 km/h (etwa 5,8 MPH) zu simulieren, und die Zyklusgeschwindigkeit wird so geändert, daß die Bremse 15 s greift und 75 s nicht greift. Diese Zyklusgeschwindigkeit und Bremskraft werden 2600 Zyklen hindurch oder bis zum Versagen der Bremse fortgesetzt. Die Bremse wird zerlegt und inspiziert, und die Reibelemente werden auf Belag-Verschleiß vermessen.

Nach der vorstehenden Arbeitsweise wurden die in der folgenden Tabelle III zusammengestellten Testergebnisse erhalten.

Tabelle III

BTÜ/In.^a/Zyklus durchschn. Abrieb/ Anzahl der

Scheibe Zyklen mm

Phase I	0	,74	0,00	(0,0000")	100
Phase II	1	,11	0,048	(0,0019")	2600
Phase III	2	,97	0,178	(0,0070")	847
insgesamt		-	0,226	(0,0089")	3547

Zu Vergleichszwecken wurde ein handelsübliches Reibmaterial auf Papierbasis, das Asbestfasern enthielt, ebenso getestet, und die erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV zusammengefaßt:

Phase I
Phase II
Phase III
insgesamt

Tabelle IV
BTU/In.^a/Zyklus durchschn. Abrieb/ Anzahl der

0,74 1,11 2,97

Scheibe

mm

0,038
0,114
0,188
0,340

(0,0015") (0,0045") (0,0074") (0,0134")

Zyklen

100

2600

22

2722

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Wie einem Vergleich der Daten in den Tabellen III und IV zu entnehmen ist, ist das erfindungsgemäße Reibmaterial erheblich dauerhafter als das handelsübliche, da es 847 Zyklen der Phase III durchsteht, bevor es versagt, verglichen mit nur 22 Zyklen für das handelsübliche Produkt.

Außerdem war die Abriebgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Reibmaterials geringer als die des handelsüblichen Materials für jede der drei Phasen des beschriebenen Tests. Das erfindungsgemäße Reibmaterial behielt auch annehmbare Drehmoment/ Druck-Charakteristiken, was einen stabilen dynamischen Reibungskoeffizienten anzeigt. Die Abriebgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Reibmaterials war etwa 40-mal kleiner als die des handelsüblichen Materials während der hohen Gesamtenergieabsorption der Phase III des Tests, was eine erhebliche Verbesserung darstellt.

Beispiel 3

Ein gemäß Beispiel 1 hergestelltes Reibelement wurde über 2500 Zyklen auf einem Schwungmassen-Bremsprüfstand dauergetestet, wo das Reibmaterial als Bremse verwendet wird, um die Schwungmasse eines rotierenden Schwungrades zu stoppen, wobei folgende Arbeitsweise angewandt wurde:

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- 17 Tabelle V

Tes tbedingungen:
Testfläche:

Testoberflächen:
Paßscheiben-Oberflächenbeschaffenheit:

Schwungrad-Trägheitsmasse:

öltyp:

Öl-Temperatur:

ölfluß:

Gesamt-Druckbeaufschlagung:

Berührungsgeschwindigkeit:

Energie:

Anzahl der Berührungen:

28,58 cm AD χ 22,78 cm ID (11,25" OD χ 8,79" ID) eine

0,508-0,889 um (20-35 \ιίη) (Blanchard-Schliff) 0,755 slug-ft.^a Shell Hi Base (Serie. 3, CD, 1OW) 82°C (180⁰F) (Sumpf) 3,785 l/min (1 gal./min) 6,8 bar (100 psi) 1890 U/min (5000 FPM bei

mittlerem Radius) 19.795 N-m (14.600 ft-lbs.) 2.500

Folgende Daten wurden aufgezeichnet, und sie sind in der Tabelle VI aufgeführt:

1. Dynamische Reibung vom Stopp-Zeitpunkt

2. Statische Reibung vom "Inneren" ("lock-up") Drehmoment

3. Belagabrieb nach 100 und 2500 Berührungen.

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Stopp-Zahl μα

Tabelle VI

Stopp-Zahl

Teil-Abrieb nach 2500 Stops 0,043 mm (0,0017") Gesamt-Abrieb - 0,0686 mm (0,0027")

2500

Durchschnitt

μα

0,162 0,155

1	0,155	(0,0010")	0,176	101	0,147	0,181
5	0,149		0,176	110	0,147	0,178
10	0,147	0,177	250	0,154	0,187
25	0,144	0,182	500	0,159	0,187
50	0,146	0,185	750	0,165	0,187
100	0,147	0,186	1000	0,165	0,186
Teil-Abrieb nach 1	00 Stops
0,025 mm		1500	0,168	0,183
		2000	0,168	0,182

0,187

0,183

Wie zuvor erwähnt, bieten vorhandene Reibmaterialien auf Papierbasis mit hoher Dichte verbesserte Beständigkeit gegenüber rauhen Oberflächen von Paßteilen auf Kosten der Senkung des dynamischen Reibungskoeffizienten. Das erfindungsgemäße Material, wie oben getestet, mit etwa 47 % Endporosität, wurde mit einem vorhandenen Standardmaterial hoher Dichte und einer Endporosität von etwa 30 % verglichen. Die Ergebnisse für das Material hoher Dichte sind in der folgenden Tabelle VII zusammengefaßt:

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	0,	5	121	M	178	Tabelle VII	μά	0,1	96
Stopp-Zahl	0,		100	0,	196	Stopp-Zahl	0,111	0,1	96
1	0,		099	0,	196	101	0,096	0,1	97
5	0,	Gesamt-Abrieb 0,091 mm (0,0036	094	0,	198	110	0,099	0,1	99
10	0,		094	0,	196	250	0,099	0,1	94
25	0,		096	0,	197	500	0,099	0,1	89
50		0,		750	0,106	0,1	86
100				1000	0,113	0,1	76
Teil-Abrieb nach 100 Stops 0,048 mm (0,0019")				1500	0,113	0,1	78
	")			2000	0,113	0,1	91
Teil-Abrieb η. 2500 Stops 0,043 mm (0,0017")			2500	0,098
		Durchschnitt

Das erfindungsgemäße Reibmaterial zeigte etwa 50 % weniger Abrieb beim Einfahren und eine Betriebs-Abriebgeschwindigkeit wie das vorhandene, dichtere Standardmaterial. Dynamische und statische Messungen der Reibungskoeffizienten aufgrund der vorgenannten Dauertests waren 0,155 und 0,183 (Durchschnitt) für das erfindungsgemäße Reibmaterial und 0,098 und 0,191 (Durchschnitt) für das stärker verdichtete Basismaterial. Diese Kombination eines hohen dynamischen Reibungskoeffizienten und verbesserter Beständigkeit gegenüber rauhen Paßteiloberflächen ist auch eine bedeutende Verbesserung.

Um die Vorteile der Erfindung zusammenzufassen, bei den oben beschriebenen Dauertests, bei denen die Leistungsmerkmale des erfindungsgemäßen Reibmaterials auf Papierbasis und der besten verfügbaren, handelsüblichen Standard-Reibmaterialien

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auf Papierbasis verglichen wurden, versagten letztere nach 22 Zyklen (Phase III), während das erfindungsgemäße Reibmaterial 847 Zyklen durchhielt, bevor es versagte. Die Abriebgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Reibmaterials
war 40-mal kleiner als die des Standardtyps während des
Teils des Tests unter energiereicher Belastung, was eine
wesentliche Verbesserung ist.

Bei den beschriebenen Haltbarkeitstests (siehe Beispiel 3) zeigte das erfindungsgemäße Reibmaterial mit einer Endporosität von etwa 47 % etwa 50 % weniger Einfahr-Abrieb und
gleiche Abriebgeschwindigkeit wie das stärker verdichtete
Grundmaterial (30 % Porosität). Wie zuvor diskutiert, bieten vorhandene Reibmaterialien auf Papierbasis mit größerer Dichte verbesserte Beständigkeit gegenüber rauhen Paßteiloberflächen, aber nur auf Kosten einer Senkung der dynamischen Reibungskoeffizienten. Die Kombination eines hohen dynamischen Reibungskoeffizienten und verbesserter Haltbarkeit
gegenüber rauhen Paßteil-Oberflächen ist auch eine erhebliche Verbesserung, die durch die Erfindung ermöglicht wird.

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Claims

DlPL-INQ. HELMUT KOEPSELL 5 KÖLN 1

PATENTAN WALT Mitteletraese 7

TtWon(0221)2ie423 Tel«erwnm*drm«e: ΚοβρββΙΙρ«ΙβηΙ Köln

Reg.-Nr bilte ingeb«n

Raybes tos-Manhat tan, Ine. 100 Oakview Drive, Trumbull, Connecticut, 06611, USA

Reibmaterial und dieses enthaltendes Reibe leinen t

Patentansprüche

iy Reibmaterial in poröser, flexibler, miteinander verfilzter Faserbahn- oder -plattenform, gekennzeichnet durch ein Gemisch aus etwa 25 bis etwa 65 % Cellulosefasern, etwa 5 bis etwa 20 % Kohlenstoffasern, etwa 5 bis etwa 20 % feuerbeständiger organischer Fasern, bis zu etwa 30 % Graphitteilchen, bis zu etwa 30 % Diatomeenerde-Teilchen und einer kleinen, zur"Erhöhung der Zugfestigkeit der Bahn oder Platte wirksamen Menge eines Leimstoffs, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Bahn oder Platte.

2. Reibmaterial nach.Anspruch 1 mit etwa 40 bis etwa 65 % Cellulosefasern, etwa 5 bis etwa 15 % Kohlenstof fasern, etwa 5 bis etwa 15 % feuerfesten organischen Fasern, etwa 20 bis etwa 30 % Graphitteilchen, etwa 5 bis etwa 15 % Diatomeenerde-Teilchen und etwa 5 bis etwa 10 % Leimfeststoffen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Bahn oder Platte.

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3. Reibmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, daß die Graphitteilchen Flockengraphit- < lichen sind und der Leimstoff ein Ölbeständiges Elastomer •tf weist.

4. Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Anbrüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfesten organichen Fasern Novoloid-Fasern umfassen.

5. Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn oder Platte ¹¹t einer Menge eines synthetischen wärmehärtenden Harzes so imprägniert wird, daß das Bahn- oder Plattenmaterial eine Γ: dporosität von etwa 40 % bis etwa 55 % nach dem Komprimieren zum Binden an einen Träger aufweist.

6. Reibmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das synthetische wärmehärtende Harz ein einstufiges J'hvnol/i<jrtialdehyd-Harz umfaßt.

■thr.v <: r-lal nach einem der vorhergehenden An- : .'■·-■, .' '; inzeichnet, daß die Kohlenstoff- ;.*·>. · .· t · r ■■ τ von etwa 5 bis 20 um und eine '■·■■<:>.' vv-i * .ι ί mm haben und die feuerfesten organl- : ι 1 -· ι : ι ¹ViI · messer von etwa 9 bis etwa 35 μΐη : ',in· I η i ν :i 'w . 0,-2 bis 2 mm haben.

-J. :,^:.r;it· ι -.-> ι --^sni-:^. -r vorhergehenden An-

: ,» Γ · · ' . :n, vtw- 5 % Kohlenstoff-

fc¹ ι , - . t ι · ι ac :tj:- organischen Fasern, etwa 30 %

Gr<. ii twa % .atomeeiierde und etwa 5 % Leimfeststoffen.

. Reibmaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichne< , daß die Bahn oder Platte mit einer Menge eines synthetischen wärmehärtenden Harzes so imprägniert ist, daß sie

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eine Endporosität von etwa 47 % nach dem Komprimieren beim Binden an einen Träger aufweist.

10. Reibmaterial nach Anspruch 9, dessen feuerfeste Fasern Novoloid-Fasern und dessen Leimstoff ölbeständiges Acrylnitril-Elastomer umfassen.

11. Reibmaterial nach Anspruch 10, dessen Harz ein einstufiges Phenol/Formaldehyd-Harz umfaßt.

12. Reibelement für kraftschlüssige Vorrichtungen für den Betrieb in Ul mit einem tragenden Teil und einem daran gebundenen Reibbelag in der Form gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Menge eines synthetischen, wärmehärtenden Harzes so imprägniert, daß die Bahn oder Platte eine Endporosität von etwa 40 bis etwa 55 % nach dem Komprimieren zum Binden an das tragende Teil aufweist.

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