DE19953438C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bremsbelägen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bremsbelägen, bei dem wenigstens ein Reibbelagträger in ei­ ner Form eingesetzt, die Form mit einer geeigneten Menge an körnigem, faserigem und/oder granulatförmigem Preßgut ver­ füllt und das Preßgut mit wenigstens einem Preßwerkzeug un­ ter Ausformung eines Reibbelags verdichtet wird, wobei gas- oder dampfförmige Medien aus der Form entweichen können. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstel­ lung von Bremsbelägen nach dem genannten Verfahren, mit einer zur Aufnahme wenigstens eines Reibbelagträgers geeig­ neten Form und einem in die Form einführbaren Preßwerkzeug, das zusammen mit der Form eine Preßkammer begrenzt. Ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung dieser Art sind aus der DE 695 12 957 T2 bekannt.

Bremsbeläge finden in verschiedenen Bereichen, insbeson­ dere in der Fahrzeugindustrie Verwendung und werden daher in entsprechend großen Stückzahlen gefertigt. Übliche Bremsbe­ läge weisen einen der ausreichenden strukturellen Festigkeit dienenden Trägerteil und einen den Reibbelag bildenden Be­ lagteil auf. Der Trägerteil kann ein Blech- oder Gußteil sein, und das Belagmaterial kann aus einem formbaren Preßgut bestehen. Bei der Herstellung wird das Trägerteil in eine Preßform eingelegt, eine definierte Menge Preßgut in die Form eingeführt und das Preßgut danach mittels eines Preß­ werkzeuges unter Einwirkung von Druck und Temperatur mit dem Trägerteil verpreßt. Übliche Belagmassen enthalten Metalle, Füllstoffe, Gleitmittel (feste Schmierstoffe) und organische Bestandteile (Harze, Kautschuk, organische Fasern, organi­ sche Füllstoffe). Die Zusammensetzung der Belagmasse ist we­ sentlich für die Qualitätsmerkmale der fertigen Reibbeläge. Die Belagmassenzusammensetzungen werden auf verschiedene Konstruktions- und Betriebsparameter abgestimmt, wie bei­ spielsweise geometrische Formen des Bremsbelages, dessen ge­ wünschtes Dämpfungsverhalten, die Art des verwendeten Brems­ systems und die strukturelle Steifigkeit des Bremssystems. Übliche Preßgutmassen enthalten Phenolharze und Anteile von Wasser und Alkoholen. Aus diesen Preßgutkomponenten bilden sich unter den hohen Drücken und den erhöhten Temperaturen während des Preßvorgangs Gase und Dämpfe, die bisher nur un­ zureichend entlang des Umfangs des Preßstempels abgeführt werden konnten. Die in der Belagmasse verbleibenden Gas- und Dampfkomponenten führen im fertigen Preßbauteil zu Ein­ schlüssen, welche die Stabilität und die Standfestigkeit des Bremsbelags beeinträchtigen. Eine verbesserte Gas- und Dampfabfuhr aus der Form läßt sich bekanntlich (DE 195 19 940 A1) dadurch erreichen, daß in das Preßverfahren zusätz­ liche Entlüftungszyklen eingebunden werden. Der Preßstempel wird mehrfach umgesteuert, wobei gas- und dampfförmige Medien durch den Ringspalt zwischen Preßstempel und Form entweichen können. Die ausreichende Entlüftung bzw. Gas- und Dampfabfuhr, verbunden mit mehrfachen Kolbenspielen, erhöhen die Fertigungszeiten. Bei der Serienfertigung von Bremsbelä­ gen führen aber bereits geringfügige Verlängerungen einzel­ ner Teilbearbeitungs- und Taktzeiten zu erheblichen Ferti­ gungsverzögerungen und damit zu entsprechenden Wirtschaft­ lichkeitseinbußen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Serienfer­ tigung von Bremsbelägen unter Einhaltung hoher Qualitäts­ standards zu vereinfachen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 6. Die Öffnungen im Preßwerkzeug lassen die gas- und dampfförmigen Medien zur Umgebungsatmospähre hin entweichen, und zwar selbst dann, wenn der Preßvorgang in einem einzigen Preßhub durchgeführt wird. Ein mehrphasiger Preßvorgang zur besseren Verdichtung des Preßguts kann in kürzeren Taktzyklen durchgeführt wer­ den, da die Gas- und Dampfanteile aus der Form gleichmäßig und im wesentlichen ungehindert durch die Stempelöffnungen austreten können. Die Öffnungen sind geometrisch so beschaf­ fen, daß sie Preßgutpartikel innerhalb der Preßkammer zu­ rückhalten und nur die Gas- und Dampfanteile durchlassen.

Zwar ist es aus der DE 10 87 798 C bekannt, ein Preß­ werkzeug mit Durchtrittsöffnungen für die aus dem Preßgut austretenden gas- oder dampfförmigen Medien zu versehen, jedoch wird dort die Preßfläche des Werkzeugs nicht von einer Porenschicht gebildet. Letztere hingegen, wie sie erfindungsgemäß eingesetzt wird, stellt Strömungskanäle in beliebiger Richtung zur Verfügung, so daß also die Medien­ ströme bei gleichmäßigem Abzug über der Preßfläche auf einige Durchgangsöffnungen der rückseitig anschließenden Druckplatte konzentriert werden.

Im Ergebnis können die Preßzykluszeiten durch die Erfin­ dung um 20 bis 40% verkürzt werden, wobei eine ausgezeichne­ te Verdichtung der Preßgutpartikel und ein Abführen der sich in dem Forminnenraum bildenden Gas- und Dampfanteile gewähr­ leistet sind. Die Fertigungszeiten können verkürzt und/oder die Homogenität und andere Qualitätsmerkmale der Bremsbeläge durch Vermeidung von Gas- und Dampfeinschlüssen verbessert werden. Auch die Gefahr einer Rißbildung im fertigen Brems­ belag wird reduziert.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung werden die gas- oder dampfförmigen Medien im Preßwerkzeug gesammelt, bevor sie in die Atmosphäre abgeleitet werden.

Zur besseren Verdichtung des Preßguts während des Preß­ vorgangs wird der Preßstempel mehrphasig beaufschlagt. Dabei kann der Preßstempel auch abwechselnd zugefahren, hochgefah­ ren und zugefahren werden. Die Taktzeiten bei der Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens können wesentlich kür­ zer bemessen werden als bei herkömmlichen Verfahrensführun­ gen; dies liegt vor allem daran, daß die Abfuhr gas- oder dampfförmiger Medien keine zusätzlichen Fertigungszeiten in Anspruch nimmt. Die Dauer der Taktzeiten kann daher aus­ schließlich nach den Verdichtungseigenschaften der Preßvor­ richtung und des körnigen, faserigen oder granulatförmigen Preßguts gewählt werden.

Es hat sich gezeigt, daß Taktzeiten zwischen 50 und 250 Sekunden, vorzugsweise aber zwischen 70 und 140 Sekunden für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausrei­ chend sind. Im Zuge eines Preßvorgangs sind beispielsweise zwei bis drei Entlastungszyklen vorgesehen, in denen der Preßstempel entlastet oder abgehoben und danach wieder zuge­ stellt wird. Die gesamte Dauer des Preßvorgangs kann aber auch bei mehrphasigem Zustellen auf ca. 100 Sekunden be­ schränkt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels nä­ her erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Preßvor­ richtung zur Herstellung von Bremsbelägen unmittelbar vor Beginn des Preßvorgangs;

Fig. 2 den Preßstempel der Ausführung gemäß Fig. 1 mit einer porösen Schicht auf der Preßkammerseite.

Die in Fig. 1 dargestellte Form weist einen mit 1 be­ zeichneten Preßstempel und eine zweiteilige Form 2 auf, in der ein Bremsbelag durch Verpressen von körnigem, faserigem und/oder granulatförmigen Preßgut 32 auf einem Belagträger 31 hergestellt wird.

Die Form 2 ist zweiteilig ausgebildet. In dem einen Formteil 21 ist eine Ausnehmung 23 ausgebildet, in die der Belagträger 31 passend eingesetzt ist. Die Teilung 26 zwi­ schen dem erste Formteil 21 und dem zweiten Formteil 20 liegt in der Ebene der der Belagmasse zugewandten Seite des Belagträgers 31. Das zweite Formteil 20 weist eine zylindri­ sche Durchgangsbohrung auf, in der der Preßstempel radial geführt ist und die den Umfang einer Preßkammer 5 begrenzt. Die untere Stirnfläche der Preßgutkammer wird von dem Belag­ träger 31 gebildet.

Heizmittel sind dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ beispiel in beiden Teilformen angeordnet und mit 24 bezeich­ net. Diese Heizmittel 24 halten oder bringen das in die Preßkammer 5 eingesetzte Preßgut 32 auf der oder die vorge­ sehene Preßtemperatur im Bereich von 70 bis 200°C vorzugs­ weise 80 bis 140°C, bevor der Preßstempel zugefahren und das Preßgut 32 verdichtet wird.

Der Preßstempel 1 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Er weist einen Schaft 11 und eine Stempelplatte 12 auf, die am freien Ende des Stempelschafts 11 mit Hilfe von geeigne­ ten Befestigungsmitteln angeschlossen ist. Die Stempelplatte 12 ist über eine Schürze 13 auf einer Schulter 14 des Stem­ pelschafts 11 abgestützt.

Die Stempelplatte 12 ist bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel mehrschichtig ausgebildet. Auf der Preßseite der Stempelplatte ist eine Schicht 15 aus porösem Material angeordnet, die großflächig von einer Druckplatte 16 abge­ stützt ist. Die Schürze 13 greift im Umfangsbereich der Druckplattenrückseite an und begrenzt eine kegelförmige Sam­ melkammer 17. Die poröse Schicht 15 hat enge Durchgangspo­ ren, durch die gas- oder dampfförmige Medien zur Druckplat­ tenseite hin durchtreten können. Die Poren sind andererseits so eng bemessen, daß selbst kleine Preßgutpartikel an der Porenschichtoberfläche zurückgehalten werden. In der Druck­ platte 16 sind mehrere achsparallele Bohrungen 18 ausgebil­ det, die die Porenschicht 15 mit der Sammelkammer 17 verbin­ den. Andererseits sind in der Schürze 13 Durchgangsöffnungen 19 ausgebildet, durch die ein Abführen von gasförmigen Me­ dien aus der Sammelkammer 17 in die Umgebungsatmosphäre stattfinden kann.

Das neue Verfahren zur Herstellung von Bremsbelägen wird im folgenden anhand der schematischen Schnittansicht gemäß Fig. 1 näher erläutert.

Der Belagträger 31 wird bei abgehobenen Formteil 20 in die Belagträgerausnehmung 23 eingeführt. Danach wird das Formteil 20 derart in Stellung gebracht, daß die Zylinderkammer 5 mit dem Belagträger 31 ausgerichtet ist. Das kör­ nige, faserige und/oder granulatförmige Preßgut wird danach in die Preßkammer 5 eingefüllt und gegebenenfalls über die Heizmittel 24 aufgeheizt. Danach wird der Preßstempel 1 zu­ gestellt und unter Zwischenschaltung von Entlastungszyklen intermittierend druckbeaufschlagt. Dieses Intermittierende Verpressen führt zu einer vorzüglichen Verdichtung des Preß­ guts und damit zu einer ausgezeichneten Homogenität des Reibbelags. Dazu trägt vor allem die Tatsache bei, daß das im Preßraum 5 eingeschlossene gas- oder dampfförmige Medium auf der ganzen Preßfläche des Stempels durch die Poren­ schicht 15 gleichmäßig entweichen kann und in die Umgebungs­ atmosphäre 4 abgeführt wird. Diese Abfuhr des gas- oder dampfförmigen Mediums aus der Preßkammer 5 ist völlig unab­ hängig von der Dauer und Anzahl der Entlastungszyklen. Die Entlastungszyklen können daher auf die gewünschten Belagei­ genschaften und die Zusammensetzung des Preßguts abgestimmt werden. Wie oben gesagt, wird das Preßgut 32 vorzugsweise durch Warmpressen im Bereich von etwa 70 bis 200°C, vorzugs­ weise zwischen 80 und 140°C verpreßt.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung zur Herstellung von Bremsbelägen kann aber auch in einer von Fig. 1 um 180° verdrehten Anordnung betrieben werden (upside- down). Dabei wird das Formteil 20 am Vorrichtungsgestell be­ festigt und der Stempel 1 mit der Stempelplatte 12 in der Zylinderöffnung des Formteils 20 von unten versenkt gehal­ ten. Das Preßgut wird von der Seite der Belagträgerplatte 31 zunächst auf die Porenschicht 15 der Stempelplatte 12 aufge­ schüttet. Die mit dem Preßgut 32 gefüllte Kammer 5 ist zu­ nächst im Bereich der Teilung 26 zwischen den Formteilen 20 und 21 offen. Die Trägerplatte 31 wird dann im Bereich der Teilung auf die Öffnung der Kammer 5 aufgelegt und Formteil 21 dem Reibbelagträger 31 aufgestülpt. Die Preßhübe über den Stempel 1 erfolgen sodann von unten gegen eine am Maschinen­ gestell festgehaltene Form 2. Der Gegendruck kann über das Formteil 21 aufgebracht werden. Das zunächst lose Preßgut wird am Schluß des mehrphasigen Preßvorgangs bis auf die strichpunktierte Linie 30 verdichtet. Nach dem Öffnen der Form 2 an der Teilung 26 kann das aus Reibbelagträger 31 und verpreßtem Reibbelag 32 bestehende Fertigteil über den Preß­ stempel 11 ausgestoßen und zur Endfertigung abgeführt wer­ den.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Ab­ wandlungen möglich. So kann die in Fig. 1 dargestellte Form 2 auch einteilig ausgebildet sein, wenn das Formteil 21 ge­ eignet ausgebildet ist. Außerdem können in der Form 2 mehre­ re Kammern für mehrere Preßstempel 1 ausgebildet sein. Bei entsprechend fester und steifer Gestaltung der Druckplatte 12 kann auch die Schürze 13 als stabilisierendes Element entfallen. Die Stempelplatte 12 kann auch einschichtig aus­ gebildet sein, wobei die Schicht selbst als Porenschicht mit durchgängigen Poren oder als geeignete Siebschicht ausgebil­ det sein kann. Wesentlich ist, daß die Stempelplatte gas- oder dampfförmige Medien möglichst gleichmäßig zur Stempel­ rückseite hin durchlassen kann, andererseits aber die Preß­ gutpartikel in der Druckkammer zurückhält.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Bremsbelägen, bei dem wenigstens ein Reibbelagträger (31) in eine Form (2) eingesetzt, die Form mit einer geeigneten Menge an körnigem, faserigem und/oder granulatförmigem Preßgut (32) verfüllt und das Preßgut mit wenigstens einem Preßwerkzeug (1) unter Ausformung eines Reibbelags (30) verdichtet wird, wobei gas- oder dampfförmige Medien aus der Form entweichen können, dadurch gekennzeichnet, daß die gas- oder dampfförmigen Medien während eines Preßvorgangs durch mehrere Öffnungen im Preßwerkzeug (1) über eine von einer Schicht aus porösem Material gebildete Preßfläche des Preßwerkzeugs (1) verteilt aus dem Preßgut (32) zur Umgebungsatmosphäre (4) abgeführt und die Öffnungsquerschnitte der Öffnungen so bemessen werden, daß sowohl Preßgutpartikel als auch Staub in der Form (2) zurückgehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gas- oder dampfförmigen Medien im Preßwerkzeug (1) gesammelt werden, bevor sie in die Umgebungsatmosphäre (4) abgeleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßgut (32) bei einer Temperatur zwischen 70-200°C, vorzugsweise 80 und 140°C verpresst wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßvorgang in einem Takt von 50 bis 250 s, vorzugsweise 70-140 s durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßgut (32) in einem mehrphasigem Preßvorgang auf dem Reibbelagträger (31) verpreßt wird, wobei das Preßwerkzeug (1) in mindestens zwei getrennten Phasen unter Verdichten des Preßguts dem Reibbelagträger zugestellt und in mindestens einer dazwischenliegenden Phase entlastet wird.

6. Vorrichtung zur Herstellung von Bremsbelägen mit einer zur Aufnahme wenigstens eines Reibbelagträgers (31) geeigneten Form (2) und einem in die Form einführbaren Preßwerkzeug (1), das zusammen mit der Form eine Preßkammer (5) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Preßgut (32) zugewandte Preßfläche des Preßwerkzeugs (1) von einer Porenschicht (15) mit gleichmäßig über der Preßfläche verteilten Poren gebildet wird, deren Durchgangsquerschnitte so bemessen sind, daß sie für unter Überdruck stehende gas- und dampfförmige Medien durchlässig, für Preßgutpartikel und/oder Staub aber undurchlässig sind; und daß die Poren wenigstens eine Verbindung (18, 19) zur Umgebungsatmosphäre (4) haben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Porenschicht (15) von einer Druckplatte (16) getragen wird, die zur Rückseite des Preßwerkzeugs (1) führende Durchgangsöffnungen (18) aufweist.