Weiterentwicklung von Friktionswerkstoffen PDF
Preview Weiterentwicklung von Friktionswerkstoffen
FORSCH U NGSB ER ICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Herausgegeben durch das Kultusministerium Nr.849 Direktor Ludwig Martin,VDI, Wuppertal-Elberfeld Ing. Friedrich Steiner, Ratingen Weiterentwicklung von Friktionswerkstoffen Als Manuskript gedruckt WESTDEUTSCHER VERLAG / KOLN UND OPLADEN 1960 ISBN 978-3-663-03905-I ISBN 978-3-663-05094-0 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-05094-0 G 1 i e der u n g I. Einführung · . S. 5 11. Aufgliederung der Versuchs durchführung • • S. 6 1. Herstellung der Beläge •••.... · S. 6 a) Bindemetalle für die Grundmassen · S. 6 b) Reib- und Gleitwerkstoffe ••••••• · S. 7 c) Mischvorgang · S. 8 d) Pressen • • S. 11 e) Sintern • • S. 13 f) Physikalische und metallographische Untersuchungen S. 16 2. Prüfstandversuche und Auswertungen. • S. 28 a) Reibwertversuche ah Prüfeinrichtung "A" · · S. 28 . b) Reibwertversuche an Prüfeinrichtung "B" · · · · · S. 34 c) Reibwertversuche an Prüfeinrichtung "C" · · · · · S. 41 · .. d) Reibwertversuche an Prüfeinrichtung "D" · · · S. 49 . . . . . . . . . . . 111. Zusammenfassung · · · · · · S. 65 . . . . . . . IV. Literaturverzeichnis · · · · · S. 66 Seite 3 I. Einführung Friktionswerkstoffe finden als Beläge verschiedener Formen bei Bremsen und Kupplungen Verwendung. Als besondere Eigenschaften verlangt man vo~ diesen Werkstoffen einen möglichst hohen Reibwert und größte Temperatur beständigkeit. Zurzeit der Aufgabestellung 1955 wurden in Deutschland vornehmlich Reibwerkstoffe verwendet, die auf organischen Grundstoffen basierten. Man unterscheidet gepreßte und gewebte Beläge. Bei den ersteren werden Asbest- und Kunstfasern mit Kautschuk vermischt und zu Formstücken ver preßt. Bei den letzteren werden Gewebe mit zum Teil eingewebten Metall seelen zu Formstücken gestanzt, diese mit Kautschuk, Kunstharz und Reib stoffen gefüllt, in Formen gepreßt und durch Erhitzen ausgehärtet. Bekanntlich wird die mechanische Energie beim Bremsen ganz und beim Kup peln zum Teil in Wärme umgesetzt. Diesem Vorgang können aber aus Kunst stoffen hergestellte Friktionswerkstoffe nur in beschränktem Umfange folgen, da ihrer Temperaturbeständigkeit Grenzen gesetzt sind. Die Weiterentwicklung hochwertiger Werkstoffe, die im Maschinenbau und Fahrzeugbau zur Anwendung gelangen, hat bei gleichen Baueinheiten zu wesentlich größeren Leistungsübertragungen geführt. Um mit dieser Entwicklung Schritt zu halten, mußten auch auf dem Gebiet der Friktionswerkstoffe neue Wege gegangen werden. In Amerika hatte sich bereits vor dem zweiten Weltkrieg eine solche Entwicklung angebahnt. Diese neuen Reibwerkstoffe bestehen aus einer Cu-Grundlegierung, der je nach Anwendung metallische und nichtmetallische Reibstoffe zugesetzt werden. Die Vorteile dieser Friktionswerkstoffe gegenüber den auf organi scher Basis hergestellten sind ihr gutes Reibverhalten bei hoher Lebens dauer, große Wärmebeständigkeit, eine gute Wärmeleitfähigkeit und ihre Beständigkeit gegenüber klimatischen Einflüssen. Die Herstellung derartiger Werkstoffe ist nur nach pulvermetallurgischem Verfahren möglich. In Amerika haben diese Werkstoffe durch umfangreiche Forschungen und Entwicklungsarbeiten mittlerweile ein großes Anwendungsgebiet erobert. In Deutschland wurde man auf diese Entwicklung aufmerksam. Die einschlä gige Verbraucher-Industrie bekundete ein entsprechendes Interesse. In der amerikanischen Fachliteratur wird in vielen Abhandlungen über die Anwendung solcher Werkstoffe, ihre chemische Zusammensetzung und Ferti- Seite 5 gung geschrieben. Die Ausführungen sind aber so allgemein gehalten, daß sie nicht als Unterlage zur Fertigung dienen können. Ein im Jahre 1952/53 ausgeführter Auftrag für einen ausländischen Abnehmer hat diese Auffas sung bestätigt. Auch Versuchsausführungen für deutsche Interessenten haben eindeutig gezeigt, daß die Fachliteratur amerikanischen Ursprungs allgemein gehalten ist; sie kann zum mindesten keinen Anspruch auf Voll ständigkeit erheben. Eine pulvermetallurgische Fertigung von Teilen aus metallischen und nichtmetallischen Stoffen war nur in geringem Umfange u.a. bei der Fer tigung von Diamantwerkzeugen bekannt. Es lag daher nahe, daß die For schungsgemeinschaft Pulvermetallurgie sich dieser Aufgabe annahm und mit ihrer Durchführung eine Firma betraute, die auf dem Gebiet bereits tätig war. Die vorliegenden Untersuchungen zur Entwicklung von Reibwerkstoffen auf pulvermetallurgischer Grundlage wurden durch die Landesregierung Nord rhein-Westfalen gefördert. Für die Bereitstellung der Forsc~ungsmittel sei auch an dieser Stelle gedankt. 11. Aufgliederung der Versuchsdurchführung Auf Grund der sehr allgemein gehaltenen wie solche in ~sführungen, Form von Aufsätzen in der Literatur vorliegen, erschien es notwendig bei der Herstellung sowie der Prüfung vor. Belägen von den zur Varwen dung kommenden verschiedenen Grund- und Reibstoffen und ihren Eigenschaf ten auszugehen. 1 • Herstellung der Beläge a2 Bindemittel für die Grundmasse Kupferpulver M He~steller: Nord. Affinerie, Hamburg Kupferpulver Fl Hersteller: Nord. Affinerie, Hamburg Zinnpulver Hersteller: Nord. Affinerie, Hamburg C.G. GOETZEL [1] sagt über die Eigenschaften der für Friktionswerkstoffe zu verwendenden Pulver, daß Kupfer gutes Wärmeleitvermögen, eine hohe Wärmebeständigkeit und gute Preß- und Sintereigenschaften bewirkt. Das niedrig schmelzende Zinn legiert sich beim Sintern mit dem Kupfer und verbessert damit die Bindung und die Festigkeit des Preßteils. Seite 6 b) Reib- und Gleitwerkstoffe Nickelpulver Hersteller: Bad.Anilin- & Sodafabriken, Ludwigshafen Eisenpulver Hersteller: Düsseldorfer Eisenhüttengesellschaft, Ratingen } Asbestmehl Lieferant: Krebs, Düsseldorf Faserasbest Korund Hersteller: M.S.O., Offenbach/Main. Quarzsand } Lieferant: Weinstock & Siebert, Quarzmehl Düsseldorf Aerosil Hersteller: Degussa, Hanau Blei Hersteller: Nord.Affinerie, Hamburg } Graphit B Hersteller: Riedel de Haen, Hannover-Seelze und feinst Graphitplättchen Hersteller: Graphitwerke Kropfmühl, München Molybdändisulfid Hersteller: Molykothe KG., München Eisen ist im Kupfer unlöslich und erhöht den Reibungskoeffizienten. Die härteren Eisenteilchen im weichen Kupfer üben beim Gebrauch eine scheu ernde Wirkung aus und behindern damit das Festfressen. Durch den Blei zusatz, der als Gleitmittel wirkt, wird das Pressen erleichtert. Steigt bei der Anwendung die Reibungswärme zu hoch an, dann schmilzt das im Kupfer unlösliche Blei und wirkt dadurch schmierend und temperaturver mindernd. Das Blei wirkt also "selbstregulierend". Es begünstigt im übrigen den weichen Eingriff. Der Kohlenstoff in Form von Graphit er leichtert ebenfalls den Preßvorgang und verbessert die Reibeigenschaf ten durch Unterbrechen des metallischen Zusammenhanges. Quarz-Kieselsäure, Asbest und Korund erhöhen ebenfalls den Reibungs koeffizienten. Gleichzeitig verhindern sie aber durch ihre unterschied lichen Härten ein Blockieren der Beläge bei plötzlicher Beanspruchung. Die physikalischen Eigenschaften eines Teils der angeführten Stoffe sind in nachfolge-nder Tabelle 1 aufgezeichnet. Von Graphit, Korund, Faserasbest und Molybdändisulfid wurden die ent sprechenden Werte nicht ermittelt. Korund wurde in der Körnung 120 ver wendet. Sei te 7 Tab eIl e 1 ~ückstand 0,15 0,10 0,06 unter Schüttgew. Fließfähig- ~uf Sieb [mm] [mm] [mm] 0,06 keit [mm] ° ~upferpul- 7,5 11 , 42,5 39,0 2,18 g/cm3 37 cm3/min ver "M" Kupferpul- 0,5 0,5 3,0 96,0 1,17 g/cm3 fließt nicht ver "Fl" .Zinnpulver 1,0 2,5 15,5 81,0 3,8 g/cm3 nicht bestimmt ° Bleipulver 0,0 0,5 1 , 98,5 4,5 g/cm3 dto. Eisenpulver 4,5 17,5 29,·5 48,5 2,0 g/cm3 42 cm3/min H 15 Eisenpulver 0,0 2,5 4,0 93,5 1 ,8 g/cm3 fließt nicht H 06 ° Nickelpulver 0,0 0,0 99,0 1 ,7 g/cm3 nicht bestimmt 1 , Quarzsand ° 0,0 25,5 30,5 44,0 1 ,3 g/cm3 60 cm3/min Quarzmehl I 0,0 0,0 2,5 97,5 1 ,4 g/cm3 42 cm3/min Aerosil 0,0 0,0 0,0 100,0 0,1 g/cm3 fließt nicht Asbestmehl 25,5 36,0 34,5 4,0 0,8 g/cm3 dto. Bei Auswahl der Werkstoffe wurde größter Wert auf Feuchtigkeit- und Fettfreiheit und bei den metallischen Pulvern auf geringsten Oxydgehalt gelegt. So hatten beispielsweise die Kupferpulver unter 0,5 ~ Sauerstoff /0 und die Eisenpulver H 20 und H 15 unter 0,6 bzw. H 06 unter 0,7 ~ Sauerstoff. c) Mischvorgang Die einzelnen Bestandteile der Pulvermischungen wurden in einer Reihen folge, die den spezifischen Gewichten und der leichteren naftung der verschiedenen Pulver aneinander entspricht, in einem Labormischer der Firma Lödige, Paderborn, gemischt (s. Abb. 1). Der Mischer hat einen Nutzinhalt von etwa 1 Liter. In der langsam rotie renden Trommel sind auf der Welle versetzt pflugscharähnliche Schleu der- bzw. Wirbelschaufeln angebracht. Diese rotieren mit hoher Geschwin digkeit, so daß das Mischgut ständig kreuzweise in den freien Raum der Trommel gewirbelt wird. Die sehr eng an der Trommelwandung entlangge henden Schaufeln nehmen also das Mischgut vom Boden weg und werfen es Sei te 8 A b b i 1 dun g 1 "Lödige-Mischer" quer durch den Raum der Trommel nach oben. Das jeweils geschleuderte und gewirbelte Mischgut mengt sich wieder in das durch die Rotation der Trommel umfließende Mischgut und garantiert eine gute Verteilung aller Bestandteile. Vor Aufgabe der einzelnen Komponenten in den Mischer hat sich als vor teilhaft erwiesen, in nachstehender Weise vorzugehen: a) Zinn mit Blei, dann Eisen und Quarzsand so zu verreiben, daß erst der nächste Bestandteil zugefügt wird, wenn der vorhergehende gleich mäßig verrieben ist b) Kupfer und Graphit von Hand vorvermischen c) Die Vermischung a) in geeigneter Dosierung nacheinander in den Labor mischer zur Mischung b) geben. Erfahrungsgemäß sind homogene Mischun gen nach 8 bis 10 min Laufzeit erreicht. d) Vorsichtiges Abfüllen der Mischungen in kleine verschließbare Behäl ter, um sie gegen atmosphärische Einflüsse zu schützen. rn der beschriebenen Weise wurden die Versuchsmischungen der Tabelle 2 hergestellt. Seite 9 5 5 XI - 81 10 3 ---- 5 ----- 0, 0, - 5 5 X - 75 7, 7,---- 10 -------- X -7 8 9 -- 8 - 8 -------- I 6 II - 5 5 5 4 - 6 0 --- 5 ----- I 6 1 V 2 I 5 8 6 -6 --- 7 4 --- 4 -- I 6 - V e 1 1 VI 65 - 8 11 ---- 8 ------- 5 e b a T V -7 0 9 -6 -- 7 ----1 --- 6 1 5 5 V - 0 6 6,-0 -- 5 ----- 2, -- I 7 1 1 7 8 9 - 8 -- 8 - ------- 1 - 6 1 7 3 4 6 1 -7 9, 6 4,- 2, 1 8 ---1 , ---- 1 6 I - 5 0 6 - 7 -1 7 --- 4 ---- 6 1 n d che st ulfi Legierung Kupfer M Kupfer Fl Zinn Blei Nickel 15 Eisen H 06 Eisen H Graphitplätt Graphit "B" Graphit fein Molybdändis 0 Q,uarzsand Q,uarzmehl I Aerosil Korund Asbestmehl Asbestfaser cn (1) ..... c+ (1) ~o d) Pressen Für das Verpressen der einzelnen Pulvermischungen zu Ringen und Segmen ten mit einem Durchmesser von 20 mm (siehe Abb. 2) wurden hydraulische Pressen mit einem Maximaldruck von 20 bzw. 100 t verwendet. Eine hydrau lische 100 -t - Schnellpresse zeigt Abbildung 3 • .... , •r " .!" •• " • A b b i 1 dun g 2 Klötzchen mit Halter A b b i 1 dun g 3 100-t - Schnellpresse Seite 11
The list of books you might like
