ES2609783T3 - Procedimiento y dispositivo para el tratamiento térmico de forros de fricción - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el tratamiento térmico de forros de fricción, en el que todo el forro de fricción se calienta usando emisores de radiación infrarroja cerámicos o paneles de calentamiento de infrarrojos cerámicos, que generan radiación infrarroja con un máximo de potencia de radiación en el intervalo de longitudes de onda de 2260 - 3000 nm.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento y dispositivo para el tratamiento termico de forros de friccion
La presente invencion se refiere a un procedimiento y un dispositivo correspondiente para el tratamiento termico y con ello tambien para endurecer forros de friccion.
Un procedimiento y un dispositivo del tipo mencionado al principio se conocen, por ejemplo, por el documento EP 1 085 231 B1 y el documento DE 100 63 256 C2 y el estado de la tecnica citado en los mismos. Sin embargo, solo sirven para el tratamiento de las superficies de forros de friccion, como se utilizan en particular en frenos o forros de freno de automoviles.
Los forros de friccion de este tipo y con ello tambien las superficies de forros de friccion contienen por regla general aglutinantes organicos. Los forros de friccion se producen preferiblemente a partir de una mezcla de sustancias organicas e inorganicas comprimida a temperatura y presion elevada. Como forros de friccion para frenos y embragues se usan por ejemplo materias sinteticas, que estan compuestas por un elemento de refuerzo (por ejemplo fibras de aramida), uno o varios aglutinantes (en la mayona de los casos resinas sinteticas) y por las mas diversas cargas inorganicas y tambien organicas para ajustar el coeficiente de friccion deseado. Para frenos de disco y de zapatas se usan a menudo forros de friccion, que se producen usando materiales sinterizados.
Para evitar un denominado greenfading (fatiga de la pieza en bruto) de los frenos con una generacion de calor correspondiente durante la primera utilizacion del freno, lo que es atribuible en particular a los aglutinantes organicos contenidos en las superficies de forros de friccion, las superficies de forros de friccion se someten antes de la incorporacion de los forros de freno a un tratamiento termico, el denominado “chamuscado” (scorching). Este tratamiento sirve para aumentar la porosidad de la superficie de forro mediante la denominada carbonizacion de los materiales organicos contenidos en los forros de friccion y en sus superficies.
Un tipo conocido de chamuscado consiste en el tratamiento de las superficies de forros de friccion con una llama de gas. A este respecto, la temperatura en la superficie depende sin embargo enormemente de la llama de gas, en particular del tipo de gas de combustion usado y el aporte de oxfgeno durante el tratamiento. A este respecto, una llama demasiado caliente puede conducir a una fusion de los componentes inorganicos o de los metales en la superficie de forro de friccion, por el contrario una llama fna puede conducir a tiempos de tratamiento excesivamente largos y a que la superficie de forro de friccion se cubra con negro de hollm.
Segun el documento EP 0 799 391 B1, se pretende que los problemas mencionados anteriormente durante el chamuscado se eviten mediante la aplicacion de una placa caliente sobre la superficie de forro. Este procedimiento requiere un alto coste de inversion y no se soluciona de manera satisfactoria el problema del calentamiento irregular de la superficie. Ademas, los gases que se forman debido a la aplicacion a presion de la placa caliente sobre la superficie de forro no se evacuan de manera suficiente de la misma.
Para evitar las desventajas descritas anteriormente en el tratamiento de superficies de forros de friccion, en el documento EP 1 085 231 B1 se propone un procedimiento modificado para este proposito. A este respecto, la superficie de forro de friccion se lleva durante un periodo de tiempo limitado mediante las siguientes medidas hasta una temperatura elevada:
a) en una atmosfera inerte, oxidante o reductora se trata la superficie de forro de friccion con radiacion infrarroja, que
b) presenta una longitud de onda de 780 a 1400 nm (con un maximo de intensidad a 1200 nm) y una densidad de potencia de 150 a 800 kW/m2.
De este modo se calienta la superficie de forro durante un periodo de tiempo de 5 a 40 s hasta una temperatura de 700 a 900°C.
Ademas, en este documento EP se describe un dispositivo para realizar dicho procedimiento, en cuyo caso se trata de un horno de infrarrojos o tunel de infrarrojos. Este dispositivo presenta entre otros un dispositivo de succion en el espacio de tratamiento (espacio de horno) para eliminar los gases generados durante el chamuscado. Los forros de friccion se grnan por medio de un sistema de transporte, preferiblemente una cinta transportadora, de manera continua a traves del espacio de horno. En el espacio de horno se encuentra un modulo de infrarrojos para generar la radiacion infrarroja necesaria para el tratamiento superficial termico. Este modulo consiste normalmente en de 5 a 40 emisores de radiacion infrarroja individuales, que para proteger la instalacion y para ahorrar energfa pueden conectarse y desconectarse dentro de un periodo de tiempo de aproximadamente 5 s.
El documento DE 100 63 256 C2 tambien propone un procedimiento mejorado para el tratamiento termico de forros de friccion para aumentar su porosidad superficial mediante carbonizacion y con ello para mejorar sus propiedades de material o su accion de frenado.
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De manera muy similar al procedimiento descrito anteriormente segun el documento EP 1 085 231 B1, segun el documento DE se trata para ello la superficie de forro con radiacion infrarroja. Esta radiacion presenta una longitud de onda de 800 - 1500 nm y una densidad de potencia (sobre la superficie de forro) de 300 a 700 kW/m2. Se generan con ello temperaturas superficiales de 550 a 850°C durante un tiempo de tratamiento de 2 a 5 s. El dispositivo usado a este respecto corresponde en su mayor parte al horno de infrarrojos o tunel de infrarrojos, tal como se conoce de la patente EP mencionada. Para generar la radiacion infrarroja se usan en este caso en el espacio de tratamiento una o varias lamparas halogenas.
Por consiguiente, los procedimientos conocidos del estado de la tecnica para el tratamiento termico de superficies de forros de friccion por medio de radiacion infrarroja tienen en comun que este tratamiento tiene lugar por medio de radiacion infrarroja de onda corta con una densidad de potencia muy alta sobre la superficie de forro. Como ventajas de la radiacion infrarroja de onda corta se menciona en particular que
(a) esta radiacion transporta de manera muy eficaz y sin medio la energfa termica, con lo que el tratamiento superficial tambien puede realizarse en un funcionamiento a vado y los productos de descomposicion que aparecen durante el chamuscado a partir de los componentes organicos de la mezcla de forro de freno pueden evacuarse con dispositivos de succion potentes y
(b) los emisores de radiacion usados para generar la radiacion infrarroja tienen un tiempo de reaccion muy corto de 1 a 3 s, de modo que la instalacion no tiene que estar en funcionamiento de manera permanente para alcanzar las temperaturas necesarias.
Sin embargo, los procedimientos expuestos anteriormente presentan desventajas, en particular en el caso de la produccion a gran escala de forros de freno, que se manifiestan como requerir mejoras en el sentido de un procedimiento de produccion facil de manejar y robusto con una calidad de producto que se mantenga al mismo nivel y en cuanto a la rentabilidad y la eficiencia energetica. Asf, por ejemplo debido a la alta densidad de potencia de los emisores de radiacion infrarroja, los tiempos de tratamiento cortos y las altas temperaturas superficiales que aparecen (brevemente) a este respecto, pueden aparecer diferencias de temperatura correspondientes en las superficies de forros de friccion, que conducen a heterogeneidades en las propiedades de material de los forros de friccion asf tratados. Ademas, los dispositivos descritos tienen que conectarse y desconectarse mas a menudo para protegerlos y ahorrar energfa. Finalmente, los procedimientos descritos en el estado de la tecnica conducen solo a la carbonizacion de las superficies de forros de friccion, mientras que no tiene lugar un endurecimiento mas avanzado del forro de friccion (completo), cuya composicion no se diferencia de la de la superficie.
Por tanto, el objetivo de la presente invencion era proporcionar un procedimiento y un dispositivo o una disposicion adecuado para el mismo, para el tratamiento termico (tambien endurecimiento o aumento de la porosidad) de forros de friccion, que evitase las desventajas conocidas del estado de la tecnica o mejorase adicionalmente los procedimientos y dispositivos conocidos. Ademas, el tratamiento termico de los forros de friccion debe ir mas alla de una carbonizacion sola de la superficie de forro de friccion.
El objetivo se alcanza en particular mediante un procedimiento segun la reivindicacion 1 y un uso segun la reivindicacion 8.
En el caso del emisor de radiacion infrarroja segun la invencion se trata de un conductor de calentamiento por resistencia electrico, que se apoya sobre material ceramico adecuado o esta montado sobre este material. Esto protege al conductor de calentamiento frente a un sobrecalentamiento y permite prolongar su vida util, en particular tambien en el funcionamiento continuo del dispositivo. Esto se prefiere segun la invencion y evita una conexion y desconexion repetidas de la fuente de radiacion infrarroja. De este modo se pone a disposicion en el interior del dispositivo segun la invencion (del horno de infrarrojos o tunel de infrarrojos segun la invencion) una temperatura de tratamiento homogenea optima para los forros de friccion.
El material, que se usa para fijar el conductor de calentamiento, no es electricamente conductor y debe disponer de buenas propiedades de emision en el intervalo de longitudes de onda infrarrojas deseado. Teniendo en cuenta estos criterios pueden producirse emisores de radiacion infrarroja con las mas diversas geometnas. Por consiguiente, segun la invencion, la camara de horno o de tratamiento puede revestirse de manera optima y con ello garantizarse una optima gestion de temperatura y constancia de temperatura en el espacio de horno. Para los propositos de la invencion han dado buen resultado en particular los materiales ceramicos en combinacion con el conductor de calentamiento electrico. A este respecto se utilizan preferiblemente bases ceramicas o baldosas ceramicas combinadas con bandas o hilos metalicos.
Tales hornos de infrarrojos o tuneles de infrarrojos equipados con emisores de radiacion o paneles de calentamiento ceramicos o conceptos de horno correspondientes que incluyen dispositivos de succion para los gases que se generan durante el tratamiento y que incluyen un dispositivo de transporte adecuado para transportar el material que va a tratarse a traves del espacio de horno estan disponibles comercialmente.
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Los emisores de radiacion infrarroja/paneles de calentamiento segun la invencion emiten por regla general radiacion infrarroja en el intervalo de longitudes de onda de preferiblemente 2260-3000 nm con una potencia por unidad de superficie de preferiblemente 10 - 80 kW/m2, encontrandose el valor particularmente preferido en este caso a 20-40 kW/m2 De estos valores se obtienen segun la invencion para las mezclas de forro de friccion usadas habitualmente para forros de freno de automoviles, en particular forros de freno de disco, tiempos de tratamiento para el tratamiento termico o el endurecimiento de los forros de friccion de 300 a 2400 s, preferiblemente de 600 a 1200 s. A este respecto se genera una temperatura superficial en el forro de friccion de 300 a 500°C, preferiblemente de 350 a 450°C.
Ademas de dichos emisores de radiacion infrarroja por resistencia electricos tambien pueden usarse, por ejemplo, paneles de calentamiento ceramicos calentados por gas (tales como radiadores porosos ceramicos) como emisores de radiacion infrarroja. Segun la invencion es esencial y se prefiere mantener los parametros de proceso mencionados anteriormente, y no el tipo de emisor de radiacion infrarroja con el que se generan.
El uso segun la invencion de hornos de infrarrojos/dispositivos con fuentes de radiacion infrarroja (paneles de calentamiento ceramicos calentados por gas o emisores de radiacion infrarroja electricos) da por consiguiente como resultado en particular las siguientes ventajas: no se requiere un enfriamiento adicional de los emisores de radiacion infrarroja/paneles de calentamiento, el espacio de horno puede realizarse de una manera constructiva sencilla, optima gestion de temperatura con una calidad de producto que puede reproducirse de manera correspondiente, claro ahorro de energfa debido a menores temperaturas de tratamiento. Ademas, mediante la variacion de la duracion del tratamiento, la intensidad de la radiacion infrarroja/temperatura (distancia entre emisores de radiacion) puede ajustarse cualquier perfil de endurecimiento (de endurecimiento superficial a endurecimiento de toda la masa de forro de friccion) del forro de friccion y con ello tambien sus propiedades mecanicas mediante ensayos rutinarios sencillos.
La configuracion adicional del dispositivo para el tratamiento termico de forros de friccion puede adaptarse de manera sencilla a las necesidades individuales del respectivo funcionamiento y puede comprender elementos de equipamiento, tal como estan previstos en los productos habituales en el comercio y en el estado de la tecnica, por ejemplo segun el documento EP 1 085 231 B1 o el documento DE 100 63 256 C2. A estos pertenecen por ejemplo:
Un dispositivo de succion, preferiblemente en el espacio de horno o de tratamiento, para evacuar las sustancias gaseosas generadas debido al tratamiento termico, dispositivo de enfriamiento para enfriar los forros de friccion tras el tratamiento termico, medios de transporte como por ejemplo una cinta transportadora para transportar los forros de friccion/las superficies de forros de friccion a traves del espacio de horno/de tratamiento, sensores de monitorizacion del proceso, en particular sensores de temperatura para las superficies de forros de friccion. Asf, por ejemplo, a continuacion del espacio de horno/de tratamiento puede estar dispuesto un sensor de temperatura, que esta conectado con el elemento de control de la fuente de radiacion infrarroja y a traves del que puede monitorizarse y controlarse el mantenimiento de la temperatura superficial de producto deseada de los forros de friccion. A traves de esta deteccion de temperatura tambien pueden separarse los forros de friccion defectuosos directamente del proceso de produccion. Pueden usarse sensores para la deteccion de objetos antes y despues de la entrada en el espacio de tratamiento para el control adicional del procedimiento segun la invencion/del dispositivo.
El dispositivo y el procedimiento segun la invencion corresponden por consiguiente en su mayor parte a los dispositivos y procedimientos segun el documento EP 1 085 231 B1 y/o el documento DE 100 63 256 C2 y se diferencian de estos en particular por el uso de un horno de infrarrojos/tunel de infrarrojos, que esta equipado con las fuentes de radiacion infrarroja descritas, y los parametros de proceso que predominan en los mismos. La divulgacion de estos documentos mencionados en ultimo lugar se incorpora en este sentido expresamente a la presente descripcion como parte de la misma.
A continuacion se describiran a modo de ejemplo propiedades y ventajas del procedimiento segun la invencion. Esto sirve para ilustrar la presente invencion, sin limitar la misma en modo alguno. Toda combinacion de parametros y/o elementos de equipamiento razonable tecnicamente que deduzca el experto en la tecnica esta comprendida en la presente invencion.
El procedimiento segun la invencion para el tratamiento termico de forros de friccion conduce, debido a los tiempos de tratamiento claramente prolongados con respecto al estado de la tecnica y la menor potencia por unidad de superficie de los emisores de radiacion infrarroja, al calentamiento de todo el forro de friccion y no solo de su superficie. Se genera un gradiente de temperatura relativamente plano a lo largo del grosor del forro de friccion con la mayor temperatura en la superficie de forro de friccion y la menor temperatura en el lado opuesto (alejado de los emisores de radiacion infrarroja), pero que sigue ascendiendo allf preferiblemente todavfa al menos a 300°C. Es decir, toda la masa de friccion se calienta hasta una temperatura relativamente constante, lo que conduce a un perfil de endurecimiento uniforme a lo largo del grosor del forro de friccion. Asf se evitan en su mayor parte heterogeneidades de los productos debido a temperaturas de diferente magnitud durante el tratamiento termico en (partes de) la superficie y en el interior del forro de friccion. La reproducibilidad de una calidad de producto uniforme se mejora claramente.
Ventajas adicionales del tratamiento termico segun la invencion son por ejemplo:
Los emisores de radiacion infrarroja pueden acercarse claramente mas a los forros de friccion que van a tratarse, debido a su menor potencia por unidad de superficie, la energfa (el calor) se transmite de manera eficaz a la masa 5 del forro de friccion y por consiguiente se ahorra energfa, y se reduce claramente la cantidad de gases de desecho no deseados durante el tratamiento.
La presente invencion comprende finalmente tambien un procedimiento para el tratamiento termico de forros de friccion, en el que al tratamiento termico descrito con tiempo de tratamiento largo a temperaturas moderadas le sigue 10 un segundo tiempo de tratamiento, corto, como se describe por ejemplo en el estado de la tecnica citado, en el que la potencia de calentamiento de los emisores de radiacion infrarroja se aumenta brevemente y mediante este calentamiento intenso se lleva solo la superficie del forro de friccion hasta una temperatura elevada. A este respecto, la primera etapa corresponde a un endurecimiento continuo de toda la masa del forro de friccion y la segunda etapa a un chamuscado solo de la superficie de forro de friccion.
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Claims (8)
- 51015202530REIVINDICACIONES1. - Procedimiento para el tratamiento termico de forros de friccion, en el que todo el forro de friccion se calienta usando emisores de radiacion infrarroja ceramicos o paneles de calentamiento de infrarrojos ceramicos, que generan radiacion infrarroja con un maximo de potencia de radiacion en el intervalo de longitudes de onda de 2260 - 3000 nm.
- 2. - Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que las fuentes de radiacion infrarroja presentan una potencia por unidad de superficie de 10 - 80 kW/m2
- 3. - Procedimiento segun la reivindicacion 2, caracterizado por que las fuentes de radiacion infrarroja presentan una potencia por unidad de superficie von 20 - 40 kW/m2
- 4. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que en el caso del emisor de radiacion infrarroja se trata de un conductor de calentamiento por resistencia electrico, que esta montado sobre una base ceramica.
- 5. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que en el caso de los paneles de calentamiento de infrarrojos se trata de radiadores porosos ceramicos calentados por gas.
- 6. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la duracion del tratamiento de los forros de friccion asciende a 300 - 2400 s.
- 7. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que sobre los forros de friccion se genera una temperatura superficial de 300 - 500°C.
- 8. - Uso de emisores de radiacion infrarroja ceramicos o paneles de calentamiento de infrarrojos ceramicos, que generan radiacion infrarroja con un maximo de potencia de radiacion en el intervalo de longitudes de onda de 2260 - 3000 nm, para el tratamiento termico de forros de friccion, en el que se calienta todo el forro de friccion.
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