Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages, insbesondere für Kupplungsscheiben, Bremsen oder dergleichen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Stand der Technik

Derartige Reibbeläge sind bereits bekannt und werden insbesondere bei Kupplungsscheiben oder Bremsbelägen verwendet. Eine Kupplungsscheibe, die einen solchen Reibbelag aufweist, ist beispielsweise aus der US 2,502,653 oder DE 195 14 817 A1 bekannt. Dabei weist die Kupplungsscheibe einen um ihre Drehachse angeordneten und im Wesentlichen Scheiben- oder ringförmig ausgebildeten Belagträger auf. Stirnseitig ist der Belagträger an beiden Seiten mit einem Reibbelag versehen. Dabei werden die Reibbeläge mit geeigneten bekannten Mitteln an den Belagträger befestigt, insbesondere über Nieten mit dem Belagträger verbunden.

Zur Herstellung der Reibbeläge gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise können die Beläge aus zu Fäden verarbeiteten Belagmaterialien gewickelt und anschließend durch einen Pressvorgang verdichtet und dabei in ihre endgültige Form gebracht werden. Aus der DE 196 50 451 A1 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages bekannt. Der Reibbelag wird dabei dadurch hergestellt, dass die zur Herstellung des Reibbelages erforderlichen Materialien, wie das Bindemittel, die Fasern und gegebenenfalls die Füllstoffe homogen gemischt und dosiert werden. Auf einen ersten formgebenden Schritt, wie beispielsweise Heißpressen oder Spritzgießen, folgt ein Vernetzungsschritt, in dem der Reibbelag ausgehärtet wird. Daran schließt sich ein Oberflächenbehandlungsvorgang an, mit dem zumindest die Reibfläche des Reibbelages behandelt wird. Anschließend erfolgt ein endgültiger Vernetzungsschritt, in dem der Reibbelag endgültig ausgehärtet wird. Die für die Herstellung des Reibbelages erforderlichen Materialmischungen sind von ihrer Zusammensetzung her schwierig zu verarbeiten, da die Mischung sehr staubig ist. In geringem Umfang lässt sich dem durch die Zugabe von fibrillierten Fasern wie etwa Aramid, PAN, Jute oder Flachs entgegen wirken und dadurch eine Entstaubung erzielen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Reibmaterialmischung in Flüssigkeiten einzumischen, womit sich das Entstaubungsverhalten reduzieren lässt. Gleichzeitig kann darüber erreicht werden, dass die Dosierung der Reibmaterialmi-

schung volumetrisch erfolgen kann. Allerdings ist es beim Einsatz dieses Verfahrens wiederum erforderlich, das zugegebene Lösungsmittel wie beispielsweise Ethanol, Toluol oder Wasser wieder zu entfernen. Dies erfordert einen zusätzlichen Arbeitsschritt, der beispielsweise unter Vakuum oder durch thermische Trocknung des Wassers unter Normaldruck aus dem Gemisch erfolgt.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages, insbesondere eines Reibbelages zur Verwendung in Kupplungen oder Bremsen, vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Reibmaterials insbesondere für Kupplungen, Bremsen oder ähnliches mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Reibbelag wird demgemäß aus einer Reibmischung aus unterschiedlichen Komponenten durch Pressen in einer Pressform hergestellt. Dabei wird wenigstens ein Teil der Reibmischung zuvor pelletiert, wobei die pelletierten Partikel in die Pressform eingebracht und anschließend zum Reibbelag gepresst werden. Diese Vorgehensweise gewährleistet, dass eine weitgehend staubfreie Verarbeitung der Reibbelagmischung möglich ist. Darüber hinaus ist es mit diesem Verfahren möglich, eine volumetrische Dosierung der Reibmischung durchzuführen und dabei vollständig auf die Zugabe von Lösungsmitteln wie Ethanol oder Toluol zu verzichten. Grundsätzlich ist es möglich, jedes Pelletierverfahren wie etwa das Pelletieren mit Lösungsmitteln oder mit einem Extruder, insbesondere das Pelletieren mit einem Doppelschneckenextruder durchzuführen. Als vorteilhaft hat sich besonders das Pelletieren mit Hilfe einer Pelletpresse herausgestellt, bei der mit Hilfe einer Presswelle die Reibmaterialmischung auf einer Matrize verdichtet wird. Damit kann der Pelletierprozess schonend verlaufen, sodass die Reaktivität der eingesetzten Bindemittel nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere kann dabei gewährleistet werden, dass mögliche ablaufende Polykondensationsreak- tionen in der Reibmaterialmischung nur zu einem für den Gesamtprozess akzeptierbar geringen Teil ablaufen. Bei den übrigen genannten Pelletierprozessen müssen Maßnahmen ergriffen werden, die ebenfalls gewährleisten, dass die Prozessparameter, insbesondere die Temperaturbelastung, nicht zu einer wesentlichen Beeinträchtigung der Reaktivität der Reibmischung führen.

Der Einsatz einer Pelletierpresse ist auch deshalb besonders vorteilhaft, da mit der Ausführung der Matrize eine zusätzliche Möglichkeit geschaffen wird, die Gestaltung, das heißt insbesondere die Kornform und Größe der Pellets zu beeinflussen. So können die auf den Matrizen vorliegenden Kanäle entsprechend der gewünschten Pelletform und -große rund, eckig, quadratisch oder oval gestaltet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin die Temperatur so gesteuert, dass die Temperatur während des Pelletierens ein gegebenenfalls in der Reibmischung vorhandenes Harz schmilzt, wobei die Temperatur jedoch noch nicht so hoch ist, dass das Harz chemisch reagieren würde. Diese Temperaturen liegen insbesondere bei den üblichen verwendeten Harzen im Bereich von 55 bis 100 Grad Celsius, bevorzugt im Bereich von 70 bis 95 Grad Celsius.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung lässt sich diese Temperatursteuerung durch die Drehzahl der Presswelle beeinflussen, die unmittelbar mit der Temperatur bei der Pelletierung der Partikel korreliert ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, vor dem Einfüllen der pelletierten Artikel in die Pressform die pelletierten Partikel nochmals auf die gewünschte Größe zu verkleinern. Insbesondere kann hierzu eine Mühle eingesetzt werden. Bevorzugt werden dabei zerkleinerte Partikel mit einer Größe von 0,125 mm bis 3,15 mm eingesetzt, besonders bevorzugt von 0,125 mm bis 1,00 mm, mit einem Feinanteil (Siebdurchgang) < 4 %.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat darüber hinaus den Vorteil, dass durch den Einsatz von pelletierten Reibmischungen die Absaugverluste reduziert werden. Absaugverluste entstehen dadurch, dass leichte Inhaltsstoffe wie etwa Bindemittel, Fasern und Füllstoffe aus der Reibmischung ausgetragen werden, womit sich die tatsächliche Zusammensetzung der Reibstoffmischung von der Zusammensetzung laut Rezeptur unterscheidet.

Detaillierte Figurenbeschreibung

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren, sowie deren Beschreibungsteile. Es zeigen im Einzelnen:

Figur 1 : schematisch den Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens

Figur 2: schematisch einen Ablauf des Einsatzes der pelletierten Reibmischung zur Herstellung eines Reibbelags.

In Figur 1 ist schematisch der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Zur Herstellung eines Reibbelages wird dabei im Startschritt 10 von einer Reibbelagmischung ausgegangen, die im Wesentlichen alle Komponenten enthält, die zur Herstellung des Reibbelages erforderlich sind. Je nach gewünschten Eigenschaften des Reibbelages kann diese Reibmischung unterschiedliche Komponenten in unterschiedlichen Mengen enthalten.

Für die Herstellung der Beläge eignet sich eine Vielzahl von Reibbelagmischungen. Beispielsweise kann die Mischung im Wesentlichen nur aus Fasern und Harz bestehen und lehnt sich damit an Mischungen an, die typischerweise bei der Herstellung von Papierbelägen eingesetzt werden.

Diese enthalten

Harz mit einem Anteil von 10 - 50 %, bevorzugt 20 - 30 % und

Fasern mit einem Anteil von 50 - 90 %, bevorzugt 70 - 80 %.

Als Fasern kommen fibrillierte und nicht fibrillierte, natürliche organische, sowie synthetische Komponenten zum Einsatz. Insbesondere kann Aramid, Cellulose, Jute, Hanf, Baumwolle, Flachs, Viskose, Kapok, Polyacryl, PE eingesetzt werden. Dabei liegen die Faseranteile bei: 5- 20 % Aramid 5 - 60 % Cellulose 5 - 30 % Hanf.

Der Reibwert dieser Mischung lässt sich durch den Einsatz von anorganischen Mineralfasern mit und ohne Shotanteil in weiten Bereichen einstellen. Idealerweise werden 1 - 10 % dieser Faser eingesetzt. Als Bindemittel können modifizierte und unmodifizierte Novolake zum Einsatz kommen. Als Beispiel eines unmodifizierten Novolaks wird das Bakelite RP227 SP01 genannt, das einen Schmelzbereich von 70 - 110 Grad Celsius aufweist und sich damit idealerweise zum Pelletieren eignet.

In einem weiteren Beispiel für eine Reibbelagmischung sind zusätzliche Füllstoffe als Funktionsträger zur Optimierung des Reibwertes, Verschleißes und/oder des Wärmedurchgangs enthalten. Eine derartige Mischung kann beispielsweise folgende Komponenten auf-

weisen:

10 - 40 % Harz, bevorzugt 18 - 30 %; 25 - 60 % Fasern, bevorzugt 20 - 50 %, 30 - 75 % Funktionsfüllstoffe bevorzugt 10 - 40 % z. B. Diatomeenerde

Zusätzlich können weiterhin noch 1 - 10 % NE-Metalle zur Beeinflussung der thermischen Leitfähigkeit und/oder als Verschleißadditive enthalten sein.

Ebenso ist es möglich, zusätzlich Granulierungsstoffe mit einem Gesamtanteil von bis zu 8 % einzusetzen.

Die Reibmischung wird im Pelletierschritt 12 einer geeigneten Einrichtung zum Pelletieren zugeführt. Grundsätzlich können hierzu die bekannten Einrichtungen zum Pelletieren eingesetzt werden. Beispielswiese kann das Pelletieren mit Hilfe von Lösungsmitteln oder in Extrudern beispielsweise in Doppelschneckenextrudern oder Planetenextrudern erfolgen. Weiterhin kann die Einrichtung zum Pelletieren auch als Pelletpresse ausgeführt werden, die eine oder mehrere Presswellen aufweisen, mit deren Hilfe die Reibmischung auf einer Matrize verdichtet wird. Bei all den genannten Verfahren ist zu berücksichtigen, dass die Pelletierung in der Pelletiereinrichtung so durchgeführt wird, dass die Reaktivität der in der Reibmischung enthaltenen Komponenten in ausreichendem Maße erhalten bleibt.

Als Ergebnis erhält man aus diesem Verfahrensschritt eine pelletierte Reibmischung, die dann in Form der Pellets zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht. Diese können, im optionalen Nachbehandlungsschritt 14 auf eine gewünschte Größe verkleinert werden. Dabei kann insbesondere eine Mühle eingesetzt werden, mit der die pelletierte Reibmischung auf die jeweils gewünschte Korngröße verkleinert wird. Im Schritt 16 werden die Pressformen mit der pelletierten Reibmischung gefüllt und im Schritt 18 dem Pressvorgang zur Herstellung des Reibbelages unterworfen.

Bei diesem Verfahrensablauf ist zu berücksichtigen, dass die einzelnen Verfahrensschritte nicht unmittelbar aufeinander folgen müssen, sondern, dass zwischen den Verfahrensschritten Pelletieren 12 und Nachbehandeln 14, sowie zwischen Pelletieren 12 und Füllen der Pressform 16 oder Nachbehandeln 14 und Füllen der Pressform 16 geeignete zeitliche Ab-

stände liegen können. In vorteilhafterweise kann dies dazu genutzt werden, dass die Reibmischung nach dem Pelletieren 12 gelagert werden kann und damit erst später zum Füllen der Pressform 16 eingesetzt wird. Gleiches gilt für die Nachbehandlung der pelletierten Reibmischung, die unmittelbar nach dem Pelletieren oder erst unmittelbar vor dem Einfüllen in die Pressform erfolgen kann.

Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung den Verfahrensablauf zur Herstellung eines Reibbelages, wobei zum Pelletieren eine Pelletpresse 20 verwendet wird. Die Reibmischung 22 wird in diesem Fall der Pelletpresse 20 zugeführt, wobei die Pelletpresse 20 Presswellen 24 aufweist. Die Presswellen 24 verdichten die zugeführte Reibmischung 22 auf einer Matrize 26. Die gepresste Reibmischung 22 kann dabei Temperaturen im Bereich von typischer Weise 70 bis 95 Grad Celsius erreichen, bei dem die in der Reibmischung vorhandenen Harze zwar anschmelzen und den Pelletierungsprozess in Gang bringen. Chemisch beginnt das Harz dabei allerdings nicht zu reagieren. Die Matrize 26 weist Matrizenkanäle 28 auf, in denen eine weitere Kompaktierung der Reibmischung 22 erfolgt. In Form von Pellets 30 fällt die pelletierte Reibmischung 22 aus der Pelletpresse 20. Die Größe und Form der Pellets kann dabei über die Gestaltung der Matrizenkanäle 28 in weiten Bereichen variiert werden. Insbesondere eignen sich quadratische, ovale, eckige und besonders runde Matrizenkanäle. Diese können Konusöffnungen nach oben und unten aufweisen. über die Drehzahl der Presswellen 24 lässt sich die beim Pelletieren vorherrschende Temperatur steuern. Damit kann gewährleistet werden, dass ein in der Reibmischung vorhandenes Harz während des Pelletierens zwar angeschmolzen wird, jedoch keine chemische Reaktion erfolgt. Die Pellets 30 können nun für eine spätere Verarbeitung eingelagert werden. Ebenso ist es möglich, die Pellets 30 unmittelbar zu zerkleinern und diese beispielsweise einer Mühle 32 zuzuführen, in der die Pellets 30 auf eine gewünschte Korngröße verkleinerter Pellets 34 gemahlen werden. Damit besteht nun die Möglichkeit, die verkleinerten Pellets 34 einer Reibbelagpresse 36 unmittelbar nach dem Mahlen oder später nach Einlagerung der gemahlenen Pellets 34 zuzuführen. In der Reibbelagpresse können an sich beliebige geometrische Formen von Reibbelägen hergestellt werden. Die Form des Reibbelages ist dabei jeweils durch die Pressform vorgegeben. Die Pressform 38 wird zur Herstellung des Reibbelages mit den Pellets 30 oder den verkleinerten Pellets 34 aufgefüllt. Für Kupplungsreibbeläge werden unter anderem ringförmige Reibbeläge produziert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nun möglich, eine verbesserte Verteilung der Reibmasse in der Pressform 38 zu gewährleisten. Dies ist erforderlich, da die Fließeigenschaften während des Pressvorganges innerhalb der Reibmatrix nur in gewissen Grenzen einstellbar ist und jeweils vom verwendeten Harz und dem Einsatz von Flussmitteln in Verbindung mit der Presstemperatur und der Presszeit abhängt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit zum einen eine Volumenminimierung erreicht werden, wobei gleichzeitig die Menge an anfallendem Filterstaub deutlich reduziert werden kann. Dies führt zu einer Kostenreduzierung des Produktionsverfahrens. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags ohne Lösungsmittel erfolgen, sodass die hierzu gegebenenfalls erforderlichen Schutzmaßnahmen entfallen können und damit eine weitere Kostenreduzierung einhergeht. Darüber hinaus können die Pellets 30 und die gemahlenen Pellets 34 vor dem eigentlichen Pressen in der Reibbelagpresse 36 produziert werden, sodass immer eine ausreichende Menge von pelletierter Reibmischung zur Verfügung steht.

Das beschriebene Verfahren ist darüber hinaus insbesondere im Kupplungsbereich universell für gepresste Reibbeläge einsetzbar, sodass es sowohl bei der Produktion von Belägen für die Nassreibung wie auch für die Trockenreibung eingesetzt werden kann.

Bezuqszeichenliste

Start Verfahren

Pelletieren

Nachbehandlung

Füllen der Pressform

Pressen

Pelletpresse

Reibmischung

Presswelle

Matrize

Matrizenkanal

Pellet

Mühle gemahlene Pellets

Reibbelagpresse

Pressform