DE2210950A1

DE2210950A1 - Herstellungsverfahren fur halbmetalh sehe Belage

Info

Publication number: DE2210950A1
Application number: DE19722210950
Authority: DE
Inventors: John P Latham N Y Kwolek (V St A) B22f7-04
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-03-10
Filing date: 1972-03-07
Publication date: 1972-09-21
Also published as: US3714319A; AU3980272A; FR2127851A5; JPS5429964B1; GB1329676A; AU460845B2; ES400631A1

Description

Patentanwälte

Dr. Ing. H. Negendank OO 1HQ C Π

Dipl inn. H. Hauck - Dip! Phys. W. Schmitz * * IUOOU'

Dipl. Ing. E. Graalfä - Dipl. ing. VV. Wehnert 8 München 2, MazaiistraOe 23 Telefon 5380586

3. März 1972

The Bendix Corporation Anwaltsakte M-2060

Executive Offices Bendix Center

Southfield.Mich.48075,USA

Herstellungsverfahren für halbmetaiiisehe Beläge

Die Erfindung bezieht sich auf Reibmaterialien und insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen bogenförmiger Segmente aus halbmetallischem Reibmaterial für Bremsen, Kupplungen und dgl.

Um die Forderungen von Automobilherstellern nach einer Bremse zu erfüllen, die über einen hohen Fading-Widerstand, ein gutes Wiedererholung3vermögen, gute Abriebeigensohaften und ein hohes Leistungsvermögen sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen verfügt, sind halbmetallische Reibmaterialien entwickelt worden. Halbmetalle vermögen in einem Temperaturbereich von 260 bis 53O⁰C zu arbeiten und die Kluft zwischen herkömmlichen organischen Materialien und Sintermetallen wirksam zu überbrücken. Die Zusammensetzung eines derartigen Halbmetalls ist in der US-PS 3 434 998

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beschrieben. Halbmetalle verfügen kennzeichnenderweise über eine hohe thermische Leitfähigkeit und eine sehr geringe Kompressibilität, und sie glätten die zugekehrten Flächen, ohne sie zu verschleißen oder mit Riefen zu versehen. Die Bestandteile eines Halbmetalls sind ähnlich denjenigen eines Sintermaterials, da ein Halbmetall einen hohen Eisen- und Graphitanteil aufweist. Im Gegensatz zu Sintermaterialien sollen jedoch die Eisen- (oder anderen Material-) und Graphitanteile mit einem organischen Bindemittel gemischt und ausgehärtet sein. Derzeit werden halbmetallische bogenförmige Segmente im Druckgußverfahren hergestellt, so daß eine beträchtliche Schleifbearbeitung des fertiggestellten Bremsbelagsegments erforderlich ist, um die erwünschten Dimensionen zu erhalten.

Die Druckgußherstellung zur Fertigung bogenförmiger Segmente führt außerdem wegen der ungleichförmigen Dichte des Segments zu einem hohen Anteil an Ausschuß. Eine ungleichförmige Dichte führt zu verborgenen Defekten, beispielsweise Bruchstellen im Segment, die das Segment zur Verwendung als Bremsbelag ungeeignet machen. Verborgene Fehler in der Dichteverteilung, die bei einer optischen Prüfung nicht einfach festzustellen sind, verringern ferner das Arbeitsvermögen der Segmente während des Gebrauchs,

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Demgegenüber soll erfindungsgemäß zur Vermeidung der erwähnten Nachteile ein Verfahren zur Herstellung eines gebogenen Bremsbelagsegments geschaffen werden, das eine gleichförmige Di elite verteilung aufweist; insbesondere soll erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Segments geschaffen werden, das vor dem Verpressen und Aushärten zur endgültigen Form des Bremsbelags dadurch vorgeformt wird, daß ein Gefäß mit den Bestandteilen des Bremsbelags gefüllt und das Gemisch bis zum Verschmelzen erhitzt wird.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines halbmetallischen Reibmaterials, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Materialbestandteile, einschließlich Graphit, Metall und eines organischen Bindemittels, gemischt und dabei gleichförmig verteilt werden, daß das Gemisch in ein Gefäß mit einer Füllhöhe eingegeben wird, die zu den beiden Gefäßenden größer als zum Mittelabschnitt des Gefäßes ist, daß das gefüllte Gefäß erhitzt wird, bis die Temperatur des Gemisches höher als die !Fließtemperatur, jedoch niedriger als die Aushärtungstemperatur des organischen Bindemittels ist, daß das erhitzte Material mittels eines Formwerkzeuges zu dem bogenförmigen Segment verpreßt wird, und daß das bogenförmige Segment auf eine oberhalb der Aushärttemperatur des Bindemittels liegende

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Temperatur erhitzt und dadurch ein hartes, starres Segment erhalten wird, das für Bremsen verwendbar ist.

Die volumetrische Füllung des G-efäßes erfolgt vorzugsweise derart, daß das Verhältnis D./Dp annähernd gleich dem Verhältnis T₁/Tp bemessen wird, worin D₁ die Füllhöhe des Gemisches in der Gefäßmitte, Dp die Gemisch-Füllhöhe in einem vorgegebenen Abstand von der Gefäßmitte, T₁ die Wandstärke des verpreßten bogenförmigen Segments an der Segmentmitte und Tp ein als vertikale Wandstärke bezeichneter Abstand zwischen sich gegenüberliegenden Flächen des verpreßten, bogenförmigen Segments ist, gemessen in senkrechter Richtung zur Sehne des Segments in einem vorgegebenen Abstand von der Segmentmitte, der gleich dem vorgegebenen Abstand ζ v/i sehen Dp und D₁ ist.

Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, bogenförmige Segmente mit einer Sehnenlänge herzustellen, die doppelt so groß wie diejenige ist, die normalerweise mit Hilfe von Formwerkzeugen unter Verwendung herkömmlicher pulvermetallurgischer Pressen erzielt werden kann. Außerdem sind die Anteile von Weichstellen, die bei den durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten bogenförmigen Bremsbelagsegmenten vorhanden sind, beträchtlich geringer als bei Segmenten, die im herkömmlichen pulver-

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metallurgischen Preßverfahren hergestellt werden. Ferner ist die Naßfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten verpreßten bogenförmigen Segmente beträchtlich höher als bei den im herkömmlichen pulvermetallurgischen Preßverfahren hergestellten Segmenten. Dies erleichtert die Verarbeitung und verringert die Herstellungsverluste, wenn die bogenförmigen Segmente von der Formpresse zu den Aushärtöfen transportiert werden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Aufsicht eines Gefäßes, das die Bestandteile eines Reibmaterials enthält;

Figur 2 einen Schnitt des in Fig.1 dargestellten Gefäßes, woraus ersichtlich ist, wie ein speziell geformtes Gefäß mit dem Reibmaterial gefüllt wird;

Figur 5 eine Seitenansicht eines bogenförmigen Bremsbelagsegments;

Figur 4 ein Fließschema, das die Verfahrensschritte zur Herstellung halbmetallischer, bogenförmiger Bremsbelagsegmente anzeigt.

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Unter Bezug auf die Figuren zeigt Fig.1 die Aufsicht eines Gefäßes, das mit Bestandteilen gefüllt ist, die zur Her- -5 stellung eines Reibmaterials erforderlich sind.

Fig.2 zeigt im Schnitt die Form des in Fig,1 dargestellten Gefäßes und die Art, wie die Materialbestandteile in das Gefäß eingebracht werden. Die Materialbestandteile werden derart in das Gefäß eingefüllt, daß die Füllhöhe am Mittelpunkt des Gefäßes niedriger als die Füllhöhe des Gemisches zu den Enden des Gefäßes hin· ist. Die Füllhöhe der Gemischbestandteile an zwei mit gleichem Abstand von der Mitte D.. angeordneten Punkten Dp ist aus der Zeichnung ersichtlich. Die Füllhöhe der Gemischbestandteile an den beiden Punkten D₂ ist größer als an der Gefäßmitte D₁ und an beiden Punkten D₂ gleich groß. Die Füllhöhe der Bestandteile des Reibmaterials im Gefäß nimmt in Richtung der Enden des Gefäßes zu.

Fig.3 zeigt eine Endansicht eines Reibmaterial-Bremsbelagsegments. Die Sehnenlänge C ist der geradlinige Abstand zwischen den beiden Enden des bogenförmigen Segments. Da das Segment bogenförmig ausgebildet ist, ist die radiale Wandstärke des Segments stets die gleiche. Die vertikale Wandstärke ändert sich jedoch längs des Segments. Die vertikale Wandstärke läßt sich in einfacher Weise dadurch

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erhalten, daß Gerade in senkrechter Richtung zur- Sehne durch das bogenförmige Segment gelegt v/erden und lediglich diejenige Strecke betrachtet wird, die zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen des bogenförmigen Segmentes liegt. Die minimale senkrechte Wandstärke T^ des bogenförmigen Segments liegt genau an der Segmentmitte. In Richtung von der Mitte des bogenförmigen Segmentes fort nimmt die Wandstärke des Segmentes zu, wie dies aus einem Vergleich der Wandstärken T₂ und T₁ ersichtlich ist. Da die vertikale Wandstärke des bogenförmigen Segments zu den Segmentenden hin zunimmt, ist es schwierig, ein Segment gleichförmiger Dichte durch eine Kompressionstechnik zu.erhalten. Falls jedoch von vorneherein darauf Rücksicht genommen wird und vor dem Verpressen entsprechende Verfahrensschritte zum Ausgleich dieser Unterschiede vorgenommen v/erden, läßt sich das Problem einer ungleichförmigen Dichteverteilung ausschalten.

Fig.4 zeigt ein Fließdiagramm, das die hierzu erforderlichen erfindungsgemäßen Verfahrensschritte enthält.

In einem ersten Verfahrensschritt werden die trockenen Anteile, die Bestandteile wie Graphit, Metallpuder, lasermaterial, beispielsweise Asbest und Stahlwolle, Gummi und

gemischt, ein Phenol-Formaldehyd-Kunstharzbindemittel enthalten,/so daß sich ein im wesentlichen gleichförmig verteiltes Gemisch

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ergibt. Ein hierzu geeignetes Mischverfahren kann darin bestehen, die Bestandteile intensiv zu schütteln, bis sich eine gleichförmige Mischung ergibt«

Im nächsten Verfalirensschritt werden die speziell bemessenen Gefäße auf die in Fig.2 gezeigte Weise gefüllt. In diesem Verfahrensschritt wird der Ausgleich dafür geschaffen, daß das fertig verpreßte, bogenförmige Segment unterschiedliche Wandstärken hat. Vorzugsweise ist die Füllhöhe D der Bestandteile im Gefäß zwischen zwei- bis viermal größer als die endgültige Wandstärke T des verpreßten bogenförmigen Segmentes, gemessen längs der gleichen Bezugsgeraden.

Wenn die Gefäße bis zum richtigen Niveau gefüllt sind,werden sie in einen Ofen gesetzt und vorerhitzt. Die Ofentemperatur wird so eingestellt, daß sich die Temperatur der Bestandteile auf einen Wert erhöht, der zwischen der Aushärt- und der Fließtemperatur des organischen Bindemittels liegt. Wenn beispielsweise ein Phenol-Formaldehyd-Kunstharz verwendet wird, werden die Bestandteile auf eine Temperatur zwischen 120 und 150⁰C erhitzt. Wenn die Bestandteile diese Temperatur erreichen, verschmelzen sie und bilden eine gleichförmige Masse. Dieser Verfahrensschritt hilft die Bruchgefahr der vorgeformten Bestandteile zu verringern, wenn diese zur Presse transportiert werden, und das Fließvermögen der Bestandteile während des Preßvorgangs zu verbessern·

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Das warme vorgeformte Teil wird dann, üblicherweise auf mechanische Weise, zu einer Presse transportiert, v/o es mit Hilfe herkömmlicher metallurgischer Formwerkzeuge in die gewünschte endgültige Bogenform verpreßt wird. Vorzugsweise v/erden die Formwerkzeuge gekühlt, "bevor das endgültig geformte Teil entfernt wird. Dies hilft, die Wärmeentwicklung zu "begrenzen, die mit der Wärmeleitung vom heißen Formteil zu den Formwerkzeugen einhergeht. Durch das Kühlen der Formwerkzeuge wird ferner eine hochgeschwindige -Produktion "bogenförmiger Segmente ermöglicht. Wenn das vorgewärmte Gemisch in die Presse eingesetzt wird, v/ird es in einem

Formwerkzeug mit einem Druck zwischen 350 und 2200 kg/cm verpreßt.

Dann werden die verdichteten Bauteile aus der Presse entfernt und in einen Ofen gesetzt, um das organische Bindemittel auszuhärten. Bei Verwendung eines Phenol-Formaldehyd-Kunstharzee wird die Ofentemperatur auf oberhalb 180⁰O eingestellt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines bogenförmigen Segments aus einem halbmetallischen Reibmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbestandteile, einschließlich Graphit, Metall und eines organischen Bindemittels, gemischt und dabei gleichförmig verteilt werden, daß das Gemisch in ein Gefäß mit einer Füllhöhe eingegeben wird, die zu den beiden Gefäßenden hin größer als zum Mittelabschnitt des Gefäßes ist, daß das gefüllte Gefäß erhitzt wirft, bis die Temperatur des Gemisches über der Fließtemperatur, jedoch unter der Aushärttemperatur des organischen Bindemittels liegt, daß das erwärmte Material mit einem Formwerkzeug zu einem bogenförmigen Segment verpreßt wird, und daß das bogenförmige Segment auf eine oberhalb der Aushärttemperatur des Bindemittels liegende Temperatur erhitzt und dadurch ein hartes, starres Segment erhalten wird,

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. das organische Bindemittel ein Fhenol-Formaldehyd-Kunstharz ist und das Gemisch auf eine Temperatur zwischen 120 und 1!50⁰C erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erwärmte Material in einem Formwerkzeug bei einem Druck zwischen 350 und 2200 kg/cm gepreßt wird,,

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug gekühlt wird, bevor das bogenförmige Segment zwecks Auchartens aus dem Formwerks eug entnommen wird«

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäße bis zu einer Füllhöhe D gefüllt werden, die zwischen zv/ei- und viermal größer ist als der Abstand T zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen des verpreßten bogenförmigen Segments, gemessen an der gleichen Stelle in senkrechter Richtung zur Sehne des Segments»

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis D₁ZD₂ annähernd gleich dem Verhältnis T₁./Tp bemessen wird, worin D^ die Füllhöhe

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des Gemischs in der Gefäßmitte, Dp die Gemisch-Füllhöhe in einem vorgegebenen Abstand von der Gefäßmitte, T₁ die Wandstärke des verpreßten bogenförmigen Segments an der Segmentmitte und Tp der Abstand zwischen sich gegenüberliegenden Flächen des verpreßten bogenförmigen Segments ist, gemessen in senkrechter Richtung zur Sehne des Segments in einem vorgegebenen Abstand von der Segmentmitte, der gleich dem vorgegebenen Abstand zwischen Dp und D₁ ist.

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