ES2194981T5 - Mezclas de guarnición de fricción y guarniciones de fricción - Google Patents
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Description
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DESCRIPCION
Mezclas de guarnicion de friccion y guarniciones de friccion
La invencion se refiere a una mezcla de guarnicion de friccion para guarniciones de freno o de embrague que colaboran con una parte opuesta de friccion, que esta compuesta de metales, que pueden estar presentes en forma de fibras o de polvo, de substancias de relleno, de lubricantes, de aglutinantes y de componentes organicos. Ademas, la invencion se refiere a guarniciones de freno y de embrague, que estan constituidas por una mezcla de guarnicion de friccion unida de este tipo. La guarnicion esta especialmente unida con resina. La invencion se representa en las reivindicaciones 1 a 5. Por ejemplo, MoS2 como sulfuro es un lubricante solido conocido desde hace mucho tiempo para la configuracion de una pellcula de lubricante solido entre superficies, que deben deslizarse relativamente entre si. MoS2 y otros sulfuros metalicos son utilizados tambien como componentes de composiciones de deslizamiento, que estan constituidas, por ejemplo, principalmente por PFFE, por lo tanto, por ejemplo, cascaras de cojinetes de friccion o casquillos de friccion, para reducir la friccion superficial.
Asl, por ejemplo, el documento US 4 261 741 A describe una aleacion anti-friccion, que contiene hierro, molibdeno y azufre, como material de deslizamiento superficial y se compara con MoS2, en cambio la aleacion debe presentar propiedades de deslizamiento mejoradas. El documento US 3 851 045 A se refiere a lantanido ternario / calcogenuros de metales de transition, que se pueden utilizar como lubricantes solidos con propiedades de deslizamiento a alta temperatura, por ejemplo como superficies de deslizamiento. Se comparan en el efecto de lubrication con MoS2 y grafito.
Algunos sulfuros metalicos conocidos como lubricantes solidos se emplean tambien ya en un campo tecnico totalmente diferente, a saber, en la fabrication de elementos de friccion, como pastillas de freno, mordazas de freno, guarniciones de freno y de embrague, cuya finalidad no es evitar la friccion, sino la generation de friccion.
Por lo tanto, es evidente que en el caso de aplicacion de lubricantes solidos en guarniciones de friccion, la finalidad no es o puede ser la reduction de la friccion. En su lugar, es mas bien la estabilizacion del desarrollo de la friccion, con lo que se consigue una disminucion de los procesos abrasivos, lo que repercute de forma positiva sobre el comportamiento de desgaste y de vibration. En el caso de aplicacion de determinados lubricantes solidos, se muestra como efecto secundario altamente deseable una estabilizacion significativa del coeficiente de friccion, es decir, la dependencia perturbadora del coeficiente de friccion y, por lo tanto, del efecto de frenado respecto de la temperatura. Se suprimen en gran medida la presion y la velocidad. A partir del hecho de que se conoce una substancia como lubricante solido, no se puede deducir nada sobre su idoneidad en guarniciones de friccion.
Entre las substancias lubricantes solidas especiales, utilizadas tambien en guarniciones de friccion, se conocen mejor grafito y disulfuro de molibdeno, pero existen todavla una serie de otros sulfuros metalicos, que encuentran aplicacion casi solamente en guarniciones de friccion y se diferencian claramente de los mencionados anteriormente, sobre todo en lo que se refiere a la estabilizacion del valor de la friccion.
La invencion se refiere a una mezcla de guarnicion de friccion para guarniciones de freno y de embrague que colaboran con una parte opuesta de friccion, que esta compuesta de metales, que pueden estar presentes en forma de fibras o de polvo, de substancias de relleno, de lubricantes, de aglutinantes y de componentes organicos.
Ademas, la invencion se refiere a guarniciones de freno y de embrague, que estan constituidas por una mezcla de guarnicion de friccion unida de este tipo.
La guarnicion esta unida especialmente con resina.
La invencion se representa en las reivindicaciones de patente 1 a 5.
En este contexto, merece la pena mencionar tales como EP 497 751 asl como A 399 162, que se ocupan de diferentes sulfuros metalicos o bien de combinaciones de ellos.
Un lubricante solido conocido y extendido para guarniciones de friccion es sulfuro de plomo que, en virtud de la sensibilization ecologica creciente contra los metales pesados, esta disponible para aplicaciones futuras, pero en una medida cada vez mas reducida. Sin embargo, las propiedades buenas y estimadas de este material han practicamente imposible, segun el estado actual de la tecnica, una sustitucion por sulfuro de plomo sin mermas de la calidad en la guarnicion de friccion.
Desde hace muchos anos se estan realizando esfuerzos para producir a traves de la combination de los mas diferentes lubricantes solidos, sobre la base de grafitos, sulfuros, fluoruros, fosfatos, etc., mezclas sinergicas con efectos extraordinarios, ver a este respecto los documentos DE 25 14 575, DE 35 13 031 o EP 328 514. Sin
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embargo, hasta ahora no se ha conseguido todavla obtener con estas o similares combinaciones efectos satisfactorios en ningun aspecto.
Tambien las combinaciones descritas en el documento A 399 162, sobre la base de sulfuros de cobre, con las de zinc, antimonio, molibdeno, estano, volframio y titanio dejan todavla mucho que desear con respecto a su efecto, a pesar de sus propiedades generalmente favorables. Sulfuros todavla menos extendidos, como los de bismuto, no representan una solucion satisfactoria.
Ahora se ha encontrado de una manera sorprendente que una serie de sulfuros bimetalicos y trimetalicos proporcionan resultados excelentes en su aplicacion como lubricante solido, especialmente en guarniciones de friccion, entre otros, resultados esencialmente mas favorables que las mezclas similares en cuanto a la composition de sulfuros de un metal.
De acuerdo con ello, se propone, segun la invention, sobre todo un lubricante solido, especialmente para guarniciones de friccion, con preferencia unidas con resina, a base de sulfuros metalicos, con la caracterlstica de que contiene o esta constituido por al menos una composicion de la formula
M1lM2mM3mSx
en la que M, M2 y M3 representan, respectivamente, un metal de la serie Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Sb, Sn y Bi, S designa azufre, y los Indices comprenden los intervalos l = 1-5, m = 1-5, n = 0-5 y x = 2-8.
Con preferencia, el lubricante solido es una mezcla polifasica de sulfuro, especialmente una combination de al menos un compuesto de la formula
M1lM2mM3mSx
con uno o varios sulfuros de Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Sb, Sn y Bi.
Ademas, se proponen mezclas de guarnicion de friccion y guarniciones de friccion, que contienen tales lubricantes solidos.
Se conocen por la literatura sulfuros bimetalicos y trimetalicos del grupo indicado anteriormente y existen tambien como minerales; solamente como ejemplos se mencionan (los minerales correspondientes entre parentesis) Cu2FeSnS4 (estannito), Cu2FeSn3S8 (rodoestannito), Cu2SnS4 (kurmanito), Mn2SnS4, SnFe2S4, Cu2TiS4.
Los sulfuros bimetalicos y trimetalicos propuestos segun la invencion como lubricantes solidos se pueden producir segun los procedimientos usuales respectivos para la production de sulfuros, es decir, a traves de sulfuracion (calentamiento de polvos metalicos con azufre o polisulfuros) o haciendo reaccionar hidroxidos u oxidos con sulfuro de amonio o H2S por via qulmica humeda o via seca.
Tlpicamente, los sulfuros polimetalicos se pueden producir tambien a traves de una fase de fusion, por ejemplo a traves de fusion conjunta de sulfuros puros binarios con exclusion de aire, resultando con frecuencia mezclas de varias fases diferentes. Igualmente se conoce por la literatura la precipitation qulmica humeda de sulfuros polimetalicos. Se ha mostrado que tambien en el caso de la sulfuracion de aleaciones metalicas y de mezclas de polvos metalicos se producen, en parte, sulfuros polimetalicos, lo que se puede constatar a traves de difraccion radiologica o a traves del microscopio de electrones con la ayuda de la microsonda.
A continuation se explica en detalle la invencion con la ayuda de ejemplos no limitativos.
Ejemplos:
Para la comparacion de los sulfuros segun la invencion con lubricantes solidos conocidos se ha utilizado una receta tlpica que es interesante para los frenos de disco. La receta sin sulfuros se mezcla en una mezcladora de reja de arado con cabezal de cuchillas. Para la produccion de probeta se incorporaron a la premezcla posteriormente los lubricantes solidos comparativos en porciones constantes, se prensaron en una prensa de laboratorio regulada en la presion y en la temperatura para formar guarniciones de frenos de disco usuales para vehlculos y se sometieron a ensayo en un banco de pruebas Krauss.
La receta de ensayo presentaba la siguiente composicion:
- Lana de acero
- 10 % en peso
- Polvo metalico
- 15 %
- Fibras
- 9 %
- Porciones organicas
- 11 %
- Substancias de friccion
- 9 %
- Substancias de relleno
- 25 %
- Grafitos
- 13 %
- Sulfuros
- 8 %
En programas de ensayo se presto una atencion especial a la estabilidad del coeficiente de friccion y a las propiedades de desgaste con cargas altas, porque en estas condiciones se tienen especialmente en cuenta las propiedades favorables de los sulfuros. Se selecciono el programa de ensayo siguiente:
5 1.) Fase inicial con 100 Stopps para el acondicionamiento de las superficies:
2. ) Ensayo-v: 6 ciclos con 5 Stopps respectivos en serie, comenzando cada ciclo a 100 °C, a continuacion 7 ciclos
con 10 Stopps respectivos en serie, a una velocidad que corresponde a 140 km/h y una presion de 20 bares;
3. ) Ensayo-p: de una manera similar al ensayo-v a una velocidad que corresponde a 60 km/h y una presion de 50
bares.
10 Se elevo la temperatura durante los ciclos de 10 Stopps aproximadamente a 550 °C, con lo que durante el desarrollo del ensayo se cubrio un perfil de temperatura de 100 - 550 1C. Como magnitudes caracterlsticas se determinaron la modification del coeficiente de friccion dentro de este perfil de la temperatura as! como el desgaste total de las guarniciones durante el ensayo, separados en cada caso para el ensayo v y en ensayo p.
Los resultados de las series de ensayos se deducen de las tablas siguientes. En este caso, PW-v y PW-p significan 15 los desgaste de la guarnicion en el ensayo v y en el ensayo p, evaluados en cada caso como reduction del peso en gramos por guarnicion, dMy-v y dMy-p significan la oscilacion del coeficiente de friccion dentro de un ciclo de ensayo de 100 a 550 °, donde los resultados positivos aluden a una disminucion del coeficiente de friccion a altas temperaturas.
- Lubricante solido
- dMy-v dMy-p PW-v PW-p
- Productos comparativos
- PbS
- -0,12 -0,02 6,9 6,2
- Cu2S
- -0,02 0,12 5,0 9,2
- MoS2
- 0,11 0,08 13,5 12,5
- FeS
- 0,05 0,05 6,5 8,7
Ejemplo 1:
Para la ilustracion de las diferencias de las mezclas y de las combinaciones segun la invention se comparo una mezcla de Cu2S (56 %) y ZnS (44 %) (mezcla 1) con la combination 1. Esta se obtuvo a traves de sulfuracion de
polvo de laton (Cu/Zn 60:40). La combinacion 1 y la mezcla 1 contenlan los mismos porcentajes de Cu, Zn y S, sin embargo se diferenciaban claramente en sus difractogramas radiologicos.
- Lubricante solido
- dMy-v dMy-p PW-v PW-p
- Mezcla 1
- 0,03 0,18 13,7 15,2
- Combinacion 1
- 0,02 0,14 12,5 11,8
5 Se reconocen mejoras claras en las propiedades de la guarnicion a alta temperatura, lo que repercute en una menor calda del coeficiente de friccion y en un desgaste reducido frente a la mezcla de los sulfuros binarios.
Ejemplo 2:
Aqul se compararon mezclas de sulfuros binarios con combinaciones, que presentaban las mismas relaciones de los elementos, pero se produjeron a traves de sulfuracion de mezclas de polvos metalicos, pudiendo configurarse las 10 fases ternarias y cuaternarias segun la invencion. Se sometieron a ensayo las siguientes composiciones.
- Composicion
- Cu2S TiS2 MnS SnS FeS Bi2S3
- Mezcla 2
- 80 20
- Mezcla 3
- 45 50 5
- Mezcla 4
- 50 40 10
- Mezcla 5
- 50 20 30
- Mezcla 6
- 30 40 30
La diferencia en la composicion molecular entre las mezclas 2 - 6 y las combinaciones 2 - 6 se manifiesta en la aparicion de fases sulfuro ternario y cuaternario en las combinaciones. A traves de difraccion radiologica se pueden 15 verificar las siguientes fases ternaria y cuaternaria:
Combinacion 2: CuTi2.05S4
Combinacion 3: Mn2SnS4
Combinacion 4: Cu3SnS4, Cu3Sn2S7, Cu2FeSnS4, Cu2FeSn3S2 Combinacion 5: CuFe2S3, Cu2FeS3, CuBiS2 20 Combinacion 6: Cu2SnS3, Cu3SnS4, CuBiS2.
Cuando se emplean las mezclas y combinaciones descritas en el ciclo de ensayo descrito al principio se obtienen los siguientes valores:
- Lubricante solido
- dMy-v dMy-p PW-v PW-p
- Mezcla 2
- -0,02 0,10 5,3 8,4
- Mezcla 3
- 0,0 0,10 7,5 15,7
- Mezcla 4
- 0,0 0,0 6,0 6,3
- Mezcla 5
- -0,05 0,01 5,2 6,1
- Mezcla 6
- -0,08 -0,01 62 6,8
Productos segun la invention
- Combination 2
- -0,02 0,06 5,5 5,8
- Combination 3
- -0,04 0,06 6,7 13,5
- Combinacion 4
- -0,04 0,0 4,8 5,1
- Combinacion 5
- -0,12 -0,03 4,2 5,2
- Combinacion 6
- -0,15 -0,03 5,7 6,1
5 Los ejemplos indicados muestran las mejoras de las combinaciones segun la invencion frente a las mezclas binarias, donde tanto los valores de desgaste como tambien la estabilidad del coeficiente de friction pueden ser influenciados de manera favorable.
En las substancias puras mostradas al principio como ejemplos comparativos llama la atencion especialmente el enorme potencial de estabilizacion del sulfuro de plomo, que conduce, especialmente bajo carga de velocidad, a un 10 coeficiente de friccion que se eleva con la temperatura y, por lo tanto, a una sobreestabilizacion. Tambien bajo carga de presion existe una sobreestabilizacion, aunque mas reducida, del coeficiente de friccion. Los otros sulfuros binarios listados muestran irrupciones claras del coeficiente de friccion y en parte valores de desgaste esencialmente mas elevados. A traves de la mezcla adecuada de diferentes sulfuros se pueden compensar en parte las debilidades de los sulfuros individuales, sin que por ello se consiga, sin embargo, la calidad del sulfuro de plomo. Solamente a 15 traves de la estructura selectiva de las fases ternaria y cuaternaria segun la invencion en la mezcla se pueden producir combinaciones, que consigue en su calidad las buenas propiedades conocidas de los sulfuros de metales pesados.
Claims (3)
- REIVINDICACIONES1- Utilizacion de un aditivo de lubricante solido que contiene al menos un sulfuro de metal de la formulaM|,M2mM3nSxcomo lubricante solido, en donde M, M2 y M3 son diferentes entre si y representan respectivamente un metal de la 5 serie Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Sb, Sn y Bi, donde S representa azufre, y los indices comprenden los rangos l = 1-5, m = 1-5, n = 0-5 y x = 2-8, para guarniciones de freno y de embrague que cooperan con una parte opuesta de friccion, que esta compuesta por metales, que pueden estar presentes en forma de fibras o de polvo, de sustancias de relleno, de lubricantes, de aglutinantes y de componentes organicos, en una mezcla de guarnicion de friccion.
- 2. Utilizacion de un aditivo de lubricante solido segun la reivindicacion 1, caracterizada porque el / los sulfuro(s) 10 metalico(s) esta(n) presente(s) como una mezcla polifasica de sulfuro.
- 3. Utilizacion de un aditivo de lubricante solido segun la reivindicacion 2, caracterizada porque el / los sulfuro(s) metalico(s) esta(n) presente(s) como una combinacion de al menos un compuesto de la formulaM1lM2mM3nSxcon uno o varios sulfuros de Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Sb, Sn y Bi.
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