29.09.2017

Zukunftsweisende Mischtechnik für die Herstellung von Reibbelägen

Reibbelägen in Form von Brems- und Kupplungsbelägen auf organischer Bindemittelbasis kommt eine große Bedeutung zu. Bewegungsenergie wird durch Reibung in Wärme umgewandelt. Der Reibbelag muss eine gleichbleibende Reibung aufweisen. Druckfestigkeit, Scherfestigkeit und Werkstoffhärte dürfen über den ganzen Belag keine Schwankungen aufweisen. Bei den Mischungen, die zu Reibbelägen verpresst werden, bestehen hohe Anforderungen an die Homogenität. Namhafte Hersteller setzen deshalb die Aufbereitungstechnik von EIRICH ein. Diese ermöglicht es zudem, Trocken- und Nassmischungen in ein und derselben Maschine aufzubereiten. Auch in diesem Jahr wurden wieder mehrere Mischer projektiert.

Reibbeläge bestehen aus einer Vielzahl von Stoffen, bis zu 50 verschiedenen in einer Rezeptur. Die Rezepturen der Hersteller sind entwickelt und abgestimmt auf die jeweilige Anwendung bzw. auf die jeweiligen Kundenwünsche. Inhaltsstoffe sind anorganische Füllstoffe (wie z.B. Kreide oder Eisenoxid), Schmierstoffe (wie z. B. Graphit oder Kokspulver) sowie Metalle (wie z. B. Kupfer, Messing oder Eisen) als Pulver, Körnung oder Fasern. Oft kommen auch Kunststofffasern auf Basis von Aramiden zum Einsatz, die bei Hitzeeinwirkung nicht schmelzen, sondern verkoken. Dazu kommt das bindende Harz, das im Laufe der Herstellung unter Wärmeeinwirkung verkokt und alle Partikel miteinander verbindet.

International gibt es vier verschiedene Reibmittelkategorien. Reibmittel der Kategorie „Semi-Metallic“ enthalten 30 bis 65 % Metall, gemischt mit Graphit, Füllstoffen und Bindemitteln. Reibmittel der Kategorie „Organic“ bestehen aus Fasern (aus Glas, Karbon oder Aramiden) sowie aus Füllstoffen und Kunst- oder Naturharzen. Reibmittel der Kategorie „Low-Metallic“ bestehen aus den genannten organischen Stoffen, gemischt mit einem Anteil von 10 bis 30 % an Metall, meist Kupfer oder Stahl. Während diese drei Werkstoffkategorien seit vielen Jahrzehnten eingesetzt werden, sind Reibmittel der vierten Kategorie „Ceramic“ relativ neu. Diese Reibmittel bestehen aus keramischen Fasern, Füllstoffen, Bindemitteln und einem kleinen Anteil Metall.

Allen Kategorien ist gemeinsam, dass sehr leichte Stoffe mit sehr dichten Stoffen sowie Fasern optimal gemischt werden müssen – für einen Mischer eine echte Herausforderung, zumal die Fasern aufgeschlossen werden müssen. Literaturbekannt ist, dass Mischer beim Mischen entmischen, weil dem Vermischungsprozess ein Entmischungsprozess überlagert ist. Insbesondere bei Mischungen mit verschieden dichten Rohstoffen kommt dies zum Tragen. So ergaben Untersuchungen zur „Mischzeitbestimmung an einem horizontalen Einwellenmischer“ (Typ Pflugscharmischer) mit zwei Testsubstanzen, dass man nur 120 Sekunden mischen darf. Mischt man länger, treten Entmischungserscheinungen der beiden Komponenten ein. Erklärt wird dies durch das unterschiedliche Bewegungsverhalten der Komponenten im Mischer; in der Folge kommt es zu einer allmählichen Anreicherung der schweren Komponenten in den Randbereichen.

Dies bedeutet in der Praxis, dass man in einem Pflugscharmischer nicht beliebig lange mischen darf und mit Messreihen die Mischzeit für die jeweils besterreichbare Mischgüte ermitteln muss, die meist nicht die optimale Mischgüte ist. Diese Erkenntnisse gelten für alle Mischer, bei denen der Mischguttransport durch Mischwerkzeuge erfolgt.

Wie mischt man nun, wenn man optimale Mischgüten erreichen und ohne Entmischen mischen möchte? Es ist einfach: Man nimmt dazu ein Mischsystem, bei dem der Transport des Mischgutes nicht durch Mischwerkzeuge erfolgt, sondern durch einen drehenden Behälter. Dies kennzeichnet das Mischprinzip des sogenannten EIRICH-Mischers, der in einer Vielzahl von Branchen immer dann zum Einsatz kommt, wenn andere Mischsysteme systembedingt ihre Grenzen erreichen. Viele Untersuchungen zeigen, dass damit Mischgüten erreichbar sind, die in der Regel von anderen Systemen nicht angefahren werden können. Meist entfällt auch die Zugabe der Rohstoffe nach einer bestimmten Mischreihenfolge, wie dies für einfache Mischer notwendig ist.

Weil Materialtransport (durch den drehenden Behälter) und Mischen (durch das Mischwerkzeug, Wirbler genannt) voneinander getrennt sind, kann das Mischwerkzeug beliebig schnell laufen, mit Werkzeuggeschwindigkeiten bis mehr als 30 m/s. Deshalb braucht dieser Mischer zum Aufschließen von Fasern keine schnelllaufenden Messerköpfe. Und es sind Froudezahlen erreichbar, die beim Mehrfachen dessen liegen, was bei einem Pflugscharmischer machbar ist. Die Folge ist, dass das EIRICH-Mischsystem beliebige Konsistenzen verarbeiten kann. Bei Reibbelägen sind es in der Regel Trockenmischungen oder Mischungen mit Harzlösungen – für den EIRICH-Mischer kein Problem. Beide Mischungen können auf ein und derselben Maschine hergestellt werden. Selbst zähflüssige Harzlösungen werden problemlos verarbeitet. Mit der EIRICH-Technik sichern sich die Hersteller die Möglichkeit, sowohl Mischungen mit pulverförmigem als auch flüssigem Harz auf einer Maschine herstellen zu können.

Kunden – darunter die renommierten Reibbelag-Hersteller in aller Welt – schätzen bei den Mischern auch den systembedingt niedrigen Verschleiß und die vergleichsweise leichte Reinigbarkeit. Dies ist für sie ein weiterer Grund, auch bei Produktionserweiterungen der EIRICH-Technik treu zu bleiben. Meist kommen für Reibbeläge Mischer zwischen 75 und 1500 Liter Nutzvolumen zum Einsatz, in der Regel mit ATEX-Ausrüstung für Zone 20. Systembedingt ist auch das Upscaling relativ einfach. Dies ermöglicht es, auf einfache Weise Rezepturen von Versuchsmischungen auf Produktionsmischer zu übertragen.

An allen EIRICH-Standorten weltweit stehen Technikumseinrichtungen bereit, in denen mit den Rohstoffen des Kunden die systembedingten Vorteile der besonderen Mischtechnik aufgezeigt werden können. Im Vergleich zum Pflugscharmischer ergeben sich meist deutlich kürzere Mischzeiten, was den Einsatz kleinerer Mischer ermöglicht.

Weitere Informationen:

Ansprechpartner: Oliver Zeitner, E-Mail: oliver.zeitner@eirich.de