Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reibbelagwerkstoff mit einem Porenkörper, dessen Poren mit einem Füllmaterial verfüllt sind. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen aus dem Reibbelag- werkstoff gebildeten Reibbelag sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelagwerkstoffs .

Aus der DE 197 1 1 829 C l ist ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelagwerkstoffs bekannt, der einen Porenkörper aufweist, dessen Poren durch infiltrieren des Porenkörpers mit einer Siliziumschmelze verfüllt sind. Der bekannte Reibbelagwerkstoffs wird basierend auf einer Mischung aus Faserstoffbündeln, Füllmittel und einem pyrolysierbaren Bindemittel hergestellt, die zu einem Grünling verpresst und anschließend pyrolysiert wird.

Voraussetzung für die Herstellung des bekannten Reibbelagwerkstoffs ist die Bereitstellung von geeigneten Kurzfaserbündeln aus Kohlenstoff, die zur Verstärkung der aus dem Silizium gebildeten keramischen Substanz und somit zur Herstellung einer Verbundkeramik dienen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Reibbelagwerkstoff vorzuschlagen, der insbesondere kostengünstig herstellbar ist und sich zudem gegenüber bekannten Reibbelagwerkstoffen durch eine besonders geringe Neigung zum„Ruckgleiten" auszeichnet, das häufig auch als„Stick-Slip-Effekt" bezeichnet wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der erfindungsgemäße Reibbelagwerkstoff die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Erfindungsgemäß ist der Porenkörper des Reibbelagwerkstoffs auf Basis von Petrolkoks ausgebildet. Der erfindungsgemäße Reibbelagwerkstoff weist somit einen Porenkörper auf, der zu mehr als 50 Gew. % aus Petrolkoks gebildet ist. Darüber hinaus kann der Porenkörper des erfindungsgemäßen Reibbelagwerkstoffs neben dem Petrolkoks beispielsweise auch Anteile von Pechkoks, Grafit und Ruß aufweisen.

Petrolkoks lässt sich im Vergleich zu Kohlenstofffasern großtechnisch wesentlich kostengünstiger herstellen. Im Übrigen ermöglicht die Verwendung von Petrolkoks zur Ausbildung des Porenkörpers auch die reduzierte Verwendung von zusätzlichen Füllmitteln oder gar den Ver- zieht auf zusätzliche Füllmittel, wie insbesondere Ruß oder Graphit, die bei der Herstellung des bekannten Reibbelagwerkstoffs für den Zusammenhalt der Faserbündel bei der Herstellung des Grünlings benötigt werden, so dass der der erfindungsgemäße Reibbelagwerkstoff einfacher und insbesondere kostengünstiger herstellbar ist. In bevorzugten Ausführungsformen weist der Reibbelagwerkstoff ein Füllmaterial auf, das als ein Metall, Keramik oder Halbmetall enthaltenes Material ausgebildet ist, so dass über die Auswahl des Füllmaterials unter anderem auch eine besondere Anpassung an die Einsatzbedingungen des Reibbelagwerkstoffs erfolgen kann. Vorzugsweise weist der Reibbelagwerkstoff eine Porosität von 5 bis 50 %, einer Rohdichte von 1 ,5 bis 5 g/cm ³ und einen Metallanteil von 5 bis 70 Gewichts-% auf.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Reibbelagwerkstoff eine Porosität von 10 bis 30 %, einer Rohdichte von 2 ,0 bis 2,5 g/cm ³ und einen Metallanteil von 10 bis 50 Gewichts-% aufweist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Reibbelagwerkstoff einen Porenkörper mit einer Porosität von 15 bis 20 %, eine Rohdichte von 2,2 bis 2,4 g/cm ³ und einen Kupfer-Anteil von 20 bis 30 Gewichts-% auf. Bei einer Werkstoffpaarung mit Metall ist somit eine Reibungszahl μ = 0,36 einstellbar.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform weist der Reibbelagwerkstoff einen Porenkörper mit einer Porosität von 25 bis 30 %, eine Rohdichte von 2,2 bis 2,4 g/cm ³ und einen Kupfer-Anteil von 25 bis 45 Gewichts-% auf. Bei einer Werkstoffpaarung mit Metall ist somit eine Reibungszahl μ = 0,44 einstellbar.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform weist der Reibbelagwerkstoff einen Porenkörper mit einer Porosität von 10 bis 20 %, eine Rohdichte von 1 ,9 bis 2,4 g/cm ³ und einen von einer Aluminiumlegierung gebildeten Metallanteil von 5 bis 25 Gewichts-% auf. Bei einer Werkstoffpaarung mit Metall ist somit eine Reibungszahl μ = 0, 1 1 einstellbar.

Der erfindungsgemäße Reibbelag weist die Merkmale des Anspruchs 8 auf.

Zur Lösung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Anspruchs 9 auf.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt zur Herstellung eines Reibbelagwerkstoffs zunächst die Herstellung eines Porenkörpers, derart, dass eine Petrolkoks und einen kohlenstoffhaltigen Binder aufweisende Mischung verpresst und nachfolgend bei einer Temperatur zwischen 800 und 1500 ° C pyrolysiert wird. Anschließend werden im Porenkörper ausgebildete Poren mit einem schmelzflüssigen Füllmaterial verfüllt.

Vorzugsweise wird als Binder ein Kunstharz, Teer oder Pech verwendet. Wenn als Füllmaterial ein keramisches, insbesondere Siliziumcarbid oder Aluminiumoxyd enthaltendes Material verwendet wird, ist das Ergebnis des Verfahrens ein Verbundkeramikwerkstoff, dessen Reibwert und Verschleißeigenschaften wesentlich von den keramischen Bestandteilen bestimmt wird. Im Falle der Verwendung eines Füllmaterials, das ein Metall, insbesondere Kupfer, oder eine Metalllegierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung enthält, wird der Reibwert und die Verschleißeigenschaften wesentlich durch die metallischen Bestandteile des Reibbelagwerkstoffs bestimmt. Wenn als Füllmaterial ein Halbmetall, wie insbesondere ein Bor oder Silizium enthaltendes Material verwendet wird, wird der Reibwert und die Verschleißeigenschaften wesentlich von der Auswahl des verwendeten Halbmetalls bestimmt.

Wie aus den vorstehend wiedergegebenen bevorzugten Ausführungsfor- men ersichtlich wird, weist der durch den Anspruch 1 definierte Reibbelagwerkstoff bzw. das durch den Anspruch 9 definierte Verfahren den Vorteil auf, dass in j edem Fall ein Reibbelagwerkstoff ermöglicht wird, dessen Reibwert und Verschleißeigenschaften basierend auf einem unabhängig vom Füllmaterial aus einem mit Petrolkoks ausgebildeten Porenkörper durch die Auswahl des für den j eweiligen Einsatzzweck geeignet erscheinenden Füllmaterials definierbar ist.

Unabhängig von dem j eweils eingestellten Reibwert weist der erfindungsgemäße Reibbelagwerkstoff aufgrund seines basierend auf Petrolkoks ausgebildeten Porenkörpers, der quasi als Matrize zur definierten Aufnahme des Füllmaterials dient, einen durch eine dynamische Belastung kaum beeinflussten statischen Reibwert auf. Hierdurch werden unabhängig von dynamischen Betriebsbedingungen im Einsatz des erfindungsgemäßen Reibbelagwerkstoffs reproduzierbare Brems- oder Haltekräfte an mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Reibbelagwerkstoff bestückten Bremseinrichtungen ermöglicht.

Nachfolgend werden besondere Vorteile im Werkstoffverhalten des erfindungsgemäßen Reibbelagwerkstoffs anhand eines beispielhaft dargestellten Reibzahlverlaufs bei Losreißen nach dynamischer Bean- spruchung des erfindungsgemäßen Reibbelagwerkstoffs im Vergleich zu einem konventionellen Reibbelagwerkstoff dargestellt.

Beim„Losreißen" wird die Reibzahl ausgehend von der Tangentialkraft bestimmt, die aufzubringen ist, um Reibpartner aus einer stationären Relativanordnung, in der die Reibpartner aneinander haften zu lösen und in ein Gleiten der Reibpartner aufeinander zu überführen. Dabei ist im Moment des Losreißens die statische Reibzahl erreicht.

In den Figuren 1 und 2 sind j eweils die Reibzahlverläufe dargestellt, wobei die im Wesentlichen horizontalen Reibzahlverläufe die dynamische Reibzahl oder Gleitreibzahl wiedergeben, die bei einer kontinuierli- chen Relativbewegung der Reibpartner erreicht wird, und die Maximalwerte des Reibzahlverlaufs die statische Reibzahl wiedergeben, die erreicht wird, wenn die eine Reibpaarung bildenden Reibpartner, die hier j eweils aus einem auf einer Stahlplatte angeordneten Reibbelagstück gebildet sind, aus dem Stillstand mit einer Tangentialkraft, also einer zur Reibungsebene parallelen Kraft, beaufschlagt werden.

Figur 1 zeigt den Reibzahlverlauf bei einer Reibpaarung zwischen einem konventionellen organischen Reibbelag und einer Stahlplatte .

Figur 2 zeigt den Reibzahlverlauf bei einer Reibpaarung zwischen einem erfindungsgemäßen Reibbelag und einer Stahlplatte. Wie die beiden Figuren 1 und 2 im Vergleich deutlich erkennen lassen, zeigt der Reibzahlverlauf bei einem konventionellen Reibbelagwerkstoff einen extremen Anstieg der Reibzahl beim Übergang von einem dynamischen zu einem statischen Reibverhalten, also wenn der Reibbelag nach einer kontinuierlichen Relativbewegung auf der Stahlplatte aus dem Stillstand mit einer kontinuierlich ansteigenden Tangentialkraft zum „Losreißen" aus der Haftreibung beaufschlagt wird. Darüber hinaus zeigt die Figur 1 auch deutlich, dass nach dem Losreißen bei einer Fortsetzung des dynamischen Betriebs eine dynamische Reibzahl erreicht wird, die wesentlich größer ist als die dynamische Reibzahl vor dem Losreißen.

Im Vergleich hierzu ist bei dem erfindungsgemäßen Reibbelagwerkstoff ein Reibzahlverlauf feststellbar, bei dem zum einen der Anstieg von der dynamischen Reibzahl auf die statische Reibzahl wesentlich geringer ausfällt und zudem nach dem Losreißen eine dynamische Reibzahl erreicht wird, die nur geringfügig über der dynamischen Reibzahl vor dem Losreißen liegt.

Der auffällige geringe Unterschied zwischen der statischen Reibzahl und der dynamischen Reibzahl bei dem erfindungsgemäßen Reibbelagwerkstoff verdeutlicht die geringe Neigung zum„Ruckleiten", so dass auch durch das Ruckleiten bedingte Schwingungen, die in der Praxis zu störenden Geräuschemissionen führen, verhindert werden können. Derartige Geräuschemissionen treten insbesondere im Betrieb von Windenergieanlagen auf, die mit einer Azimutverstellung für den an der Gondel angeordneten Rotor versehen sind. Zur Fixierung der Drehstel- lung der Gondel ist eine Azimutbremseinrichtung vorgesehen, die mit

Bremsbelegen, also Reibbelägen, versehene Bremssättel aufweist, die mit einer ringförmig ausgebildeten Bremsscheibe aus Stahl zusammenwirken.

Neben dem Vorteil einer geringen Neigung zum„Ruckleiten" ermöglicht der erfindungsgemäße Reibbelagwerkstoff aufgrund der sich im Betrieb nur geringfügig ändernden dynamischen Reibzahl die Realisierung einer im Wesentlichen konstanten oder nur geringfügig streuenden Bremskraft, wobei insbesondere Letztere unabhängig von den Einsatzbedingungen des erfindungsgemäßen Reibbelagwerkstoffs immer dann von Vorteil ist, wenn, wie beispielsweise in ABS-Systemen, eine Bremskraftregelung erfolgt. Zur Herstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Reibbelagwerkstoffs wird ein Porenkörper auf Basis eines Petrolkoks mit einer mittleren Partikelgröße D 50 von 100 μιη mit einem Phenolharz als Binder vermischt, als Formteil zur Herstellung eines Porenkörpers verpresst und anschließend bei 1400 °C pyrolysiert. Man erhält einen Porenkörper mit einer Rohdichte von 1 ,7 g/cm ³ und einer Porosität von 1 7 %. Nach

Infiltration des Porenkörpers mit flüssigem Kupfer bei einer Temperatur von 1300 ° C unter einem Druck von 7 ,5 MPa ist das Ergebnis ein Reibbelagwerkstoff mit einer Rohdichte von 2,27 g/cm ³ , einem Metallanteil von 25 % und einem Reibwert von μ = 0,36. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Reibbelagwerkstoffs erfolgt die Herstellung eines Porenkörpers auf Basis von Petrolkoks mit einer mittleren Partikelgröße D 50 von 125 μιη, die mit Pech als Binder vermischt und zu einem Formteil verpresst wird. Nach Durchführung einer Pyrolyse bei 1400 °C erhält man einen Porenkörper mit einer Rohdichte von 1 ,5 g/cm ³ und einer Porosität von 27 % . Nach Infiltration des Porenkörpers mit flüssigem Kupfer bei 1300 °C unter einem Druck von 7,5 MPa ist das Ergebnis ein Reibbelagwerkstoff mit einer Rohdichte von 2 ,5 g/cm ³ , einem Metallanteil von 42 % und einem Reibwert von μ = 0,44. Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel eines Reibbelagwerkstoffs erfolgt die Herstellung eines Porenkörpers basierend auf Petrolkoks mit einer mittleren Partikelgröße D 50 von 30 μιη, wobei als Binder Phenolharz verwendet wird und die ausgebildete Mischung zu einem Formteil verpresst und nachfolgend bei 950 °C pyrolysiert wird. Man erhält einen Porenkörper mit einer Rohdichte von 1 ,72 g/cm ³ und einer Porosität von 16 %. Nach Infiltration des Porenkörpers mit flüssiger Aluminiumlegierung (A1SÜ 2) bei 600 °C unter einem Druck von 10 MPa erhält man einen Porenkörper mit einer Rohdichte von 1 ,98 g/cm ³ , einem Metallanteil von 17 % und einem Reibwert von μ = 0 ,2.

Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel eines Reibbelagwerkstoffs erfolgt die Herstellung eines Porenkörpers auf Basis eines Petrolkoks mit einer mittleren Partikelgröße D 50 von 30 μιη, dem zur Herstellung einer Mischung Phenolharz als Binder hinzugefügt wird. Nach Verpressung der Mischung zu einem Formteil und Pyrolysierung bei 950 °C erfolgt in einem weiteren Schritt eine Grafitierung des derart ausgebildeten Porenkörpers bei 3000 °C . Somit erhält man einen Porenkörper mit einer Rohdichte von 1 ,85 g/cm ³ und einer Porosität von 17 % .

Nach Infiltration des Porenkörpers mit flüssiger Aluminiumlegierung (A1SÜ 2) bei 600 °C unter einem Druck von 10 MPa erhält man einen Reibbelagwerkstoff mit einer Rohdichte von 2, 19 g/cm ³ , einem Metallanteil von 15 ,5 % und einem Reibwert von μ = 0, 1 1 .