多层的、尤其是双层的离合器衬及制造该离合器衬的方法
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的多层的摩擦片衬、尤其是双层的离合器衬。
本发明的另一个方面涉及用于制造这种离合器衬的方法。
这种离合器衬尤其是用于机动车中的摩擦离合器,在这种摩擦离合器中,所述离合器衬铆接在金属的承载板或离合器盘上,以便与配合元件相联系在接合状态中可实现发动机与变速器之间的力传递或在离合器打开时使之脱耦。
在此对离合器衬提出了高要求,因为这些离合器衬应满足多个不可没有困难地用相同方式达到的要求。尤其是离合器衬应具有高的破裂转速以便不通过离心力而毁坏,具有高的摩擦系数——通过该高的摩擦系数可传递大的转矩,在此低磨损并且能够抵抗通过热和/或力影响而造成的改变形状的翘曲。尽管如此,离合器衬应可以尽可能不复杂地、由此经济地制造。
为了提高破裂强度,即提高离合器衬在圆周方向上的强度,已经公知,用粘合剂浸渍的带材在圆周方向上波纹状地布置在多个扁平的层中,其中,带材的圈具有径向内部的和径向外部的换向区域,这些换向区域处于同心圆上(DE 44 20 291 B4)。圈的换向区域尤其是可分别分布在具有不同直径的多个同心圆上,其中,这些圆的半径充分不同,以便避免在离合器衬的或衬体的边缘上变厚,这种变厚否则可引起带材上的挤压损坏。由此,带材在衬体材料的总组成中的份额可提高。
属于现有技术的已经是,用于离合器的离合器衬或摩擦片衬双层地铺设有下部部分或增强部分以及上部部分或摩擦部分,以便要通过优选被加固的下部部分来承受破裂力,而不可被加固的上部部分优选要保证期望的摩擦特性(DE 44 14 058 A1,US 5 601 174)。摩擦片衬的上部部分在此形成一个磨损层,而下部部分基本上执行承载或保持功能,对于该承载或保持功能,该下部部分应形状稳定。但上部层未在翘曲方面优化。
在另一个由摩擦部分和增强部分构成的双层的摩擦片衬中,在摩擦部分中玻璃纤维与聚酰胺纤维之间的体积比例不同于在增强部分中这种不同的纤维的体积比例(US-PS 4 244 944)。因此,由于玻璃纤维和聚酰胺纤维的膨胀系数不同而可产生摩擦片衬的弯曲或翘曲。
为了解决前面所述问题,已经公知了由一个形成摩擦面的压制树脂摩擦部分和一个增强部分构成的双层的离合器衬,在该离合器衬中,压制树脂摩擦部分基本上由母体、另外由无机填料、固态润滑剂和粘合剂树脂构成,该母体由玻璃纤维和芳族的聚酰胺纤维组成(DE 38 04 898 C2)。增强部分基本上具有一个母体,该母体由一种玻璃纤维束或纱和至少一种从包括人造丝纤维束或纱和芳族的聚酰胺纤维束或纱的组中选择出来的纤维束或纱组成,其中,粘合剂粘附在母体上,纤维束或纱以螺旋状卷绕的构型成形。前面所述的纤维束或纱是由所谓的连续纤维或具有相应长度的长丝构成的束。双层的离合器衬的强度应通过呈螺旋状卷绕的构型的增强部分来提高。通过包含在压制树脂摩擦部分的母体的组成中的玻璃纤维应获得具有耐热保护层的摩擦面,但其中,当离合器衬的工作温度达到软化温度时,玻璃纤维的强度可显著减小,因此,该离合器衬没有表现出非常好的磨损保护特性。
为了提供类似的多层的在温度高的情况下具有改善的摩擦特性和磨损保护特性的公知离合器衬,压制树脂摩擦部分应基本上由具有确定体积份额玻璃纤维的母体、由包含聚酰亚胺纤维、聚酰胺纤维、芳族的聚酰胺纤维和聚苯并咪唑纤维的组中的至少一种耐热有机纤维、由包含钛酸钾纤维、陶瓷纤维、石英纤维和玻璃状二氧化硅纤维的组中的至少一种耐热无机纤维、另外由无机填料、固态润滑剂和粘合剂树脂构成(DE 40 18 671 C2)。所属的增强部分应基本上由母体和粘合剂构成,该母体由玻璃纤维束或纱和耐热有机纤维束或纱组成,该粘合剂由树脂和橡胶组成并且粘附在母体上,其中,母体以螺旋状卷绕的构型成形。
本发明的任务在于,提供一种在开头所述技术特性、尤其是在负荷下低翘曲方面进一步改善的多层的、尤其是双层的离合器衬。具有这种特性的离合器衬仍然应可以不复杂地、由此经济地制造。
该任务对于多层的、尤其是双层的离合器衬通过权利要求1的特征来解决。
根据本发明,提出了一种多层的摩擦片衬、尤其是双层的离合器衬,该摩擦片衬具有一个摩擦部分和一个增强部分,该摩擦部分形成摩擦面。增强部分由增强纱卷绕成,摩擦部分由摩擦纱卷绕成。摩擦纱比增强纱具有更好的摩擦特性和/或磨损特性。摩擦部分以摩擦卷绕比例卷绕,增强部分以增强卷绕比例卷绕,其中,摩擦卷绕比例大于或等于增强卷绕比例。
本申请意义上的卷绕比例在此如纱通常总是相切于具有环形盘状的摩擦部分或类似形状的增强部分的标称直径的假想圆那样来定义,或者与通常在环状部分转动时纱相切于外直径不同地来表达。
根据本发明,为摩擦部分选择的纱或复合纱比为增强部分选择的纱或复合纱应得到更好的摩擦学特性,该为增强部分选择的纱或复合纱本身应比摩擦纱抗破裂转速更高。
为了优化摩擦部分和增强部分的圈的不同的卷绕比例,可利用0.2至6.0之间的卷绕比例的全部范围。
为了优化这些圈,已经证实,摩擦部分和增强部分的卷绕比例可分别在两个彼此分开的范围以及较广泛的范围内优化。
对于摩擦部分,卷绕比例的所述范围为4.5至5.0,优选值为4.72,第二范围为2.2至3.0,优选值为2.6,第三范围为2.2至6.0,优选值为4.7。
对于增强部分,第一范围包括1.0至1.5的值,优选值为1.12,第二范围包括2.2至3.0的值,优选值为2.6,第三范围包括0.2至5.2的值,优选值为4.7。
在增强部分和摩擦部分的圈以给定方式波纹状地卷绕之前,为此所选择的纱用一种以制造有利的方式统一的浸渍溶液浸渍,粘合剂树脂、弹性体以及填料分散在该浸渍溶液中。在经浸渍的纱干燥之后在卷绕和接着热挤压之前,浸渍溶液的不挥发成分分别与这些圈形成复合体,其中,沿着分界平面进行混合,该混合保证两个离合器层可靠连接。
通过根据本发明的多层的离合器衬,不仅实现离合器衬的通常所要求的全部技术特性的经平衡的折衷,而且最佳地利用由两个功能区域构成的离合器衬可实现的其它自由度。在此,下部结构(下层)、即离合器衬的增强部分形成形状稳定性和强度的基础并且在此方面被优化。朝向摩擦配对方的上部层(上层)或摩擦部分有目的地在磨损和摩擦系数比例方面在摩擦学上被优化。强度和磨损特性决定性地由所使用的纤维类型来影响。上部结构和下部结构或摩擦部分和增强部分因此在纤维结构、纱类型方面不同,但使用具有相同填料的相同粘合剂。沿着增强部分与摩擦部分之间的分界平面的混合有目的地用来保证最佳连接。由此,即使在持续高的热负荷之后在摩擦学特性非常好的同时也获得占优势的强度值。
由于一方面增强部分的、另一方面摩擦部分的相同的粘合剂和相同的填料的部分体积沿着分界平面的混合,多层的、尤其是双层的离合器衬形成一个坚固的单元,即一个复合体。按照对增强部分的圈在下面还要定义的制造方法无论如何卷绕摩擦部分的圈,并且卷绕成增强部分的圈的增强纱的末端处于卷绕成摩擦部分的圈的摩擦纱的始端的附近,由此出发,增强纱的末端和摩擦纱的始端基本上处于一个预给定的平面内,即处于分界平面内,该分界平面确切地说是离合器衬的一个部分体积。由此可通过卷绕机器在制造上有利地制成这两个圈。
但作为替换方案也可使增强纱的末端和摩擦纱的始端在制造技术上不严格地处于预给定的平面之外,即处于分界平面之外。
属于多层的离合器衬的不复杂的制造方法的重要步骤的尤其是,在增强部分的由优选得到高破裂转速的增强纱以增强卷绕比例波纹状地卷绕的圈上以摩擦卷绕比例波纹状地卷绕上摩擦部分的由优选具有摩擦学特性并且具有玻璃成分或由玻璃构成的所选择的摩擦纱构成的圈,其中,这两个圈的纱在卷绕之前用统一的浸渍溶液浸渍并且接着干燥,由此,由这两个圈构成的卷绕坯受时间和温度控制地挤压,然后在200℃至300℃时硬化多个小时,最后磨削成双层的离合器衬并且制出孔。因此,在双层的离合器衬中,不仅摩擦部分而且增强部分包括在所述部分观点的方面个别优化的圈。
用于制造离合器衬的方法的其它有利特征从离合器衬的组成或构成离合器衬的圈中得到:
为了制造摩擦部分或其圈——对于该摩擦部分使用在摩擦系数和磨损方面优化的纱,可使用普梳纱,该普梳纱由芳族聚酰胺纤维、玻璃短纤维、粘胶纤维、PAN纤维和黄铜线构成。
取而代之,摩擦部分的这样优化的纱也可以是长丝混纺纱,该长丝混纺纱由玻璃长丝和金属线构成。
纱可用于摩擦部分,也可作为组合来使用。
与此不同,用于增强部分的在破裂转速方面优化的纱优选是复合长丝纱。长丝符合目的地经纹理化地使用,以便对于浸渍过程提高其吸附能力。
作为专门优选的复合长丝纱,对于增强部分使用经纹理化的玻璃/铜纱。
如已所述,不仅用于摩擦部分的纱而且用于增强部分的纱分别在卷绕这些纱的圈之前通过浸渍溶液浸润,其中,在制造上有利地使用对于摩擦部分和对于增强部分相同的浸渍溶液。这还具有优点,在由经干燥的纱构成的圈卷绕成卷绕坯之后进行的挤压期间,分别由一个圈构成的各个层或部分不相互模糊,由此直到寿命终止也可保证衬的保持相同的质量。
浸渍溶液是一种分散液,该分散液除了溶剂水之外还包括酚醛树脂、三聚氰胺树脂、作为粘合剂树脂的聚酯的组中的至少一种组分或热固性组分,另外包括作为弹性体的SBR橡胶或NBR橡胶并且具有硫酸钡、高岭土、炭黑、金属硫化物、石墨的组中的至少一种填料。
为了制造摩擦部分和增强部分的圈,被选择用于卷绕的纱通过浸渍溶液浸润并且达到纱相对于浸渍溶液的恒定重量比例。接着,将纱干燥。
由被选择用于在破裂转速方面优化的经浸渍和干燥的纱首先卷绕成增强部分的圈。在接着的步骤中,被选择用于摩擦部分的在摩擦系数和磨损方面优化的纱卷绕到增强部分上,其中,波纹状的圈的卷绕比例对于摩擦部分以及对于增强部分被调节一方面在翘曲方面优化并且另一方面在破裂转速方面优化。为此,被证实是有利的是,摩擦部分的卷绕比例的范围是4.5至5.0和2.2至3.0以及2.2至6.0,增强部分的卷绕比例的范围是1.01至1.5和2.2至3.0以及0.2至5.2。作为摩擦部分的卷绕比例,4.72和2.6以及4.7被证实是特别优选的,作为增强部分的卷绕比例,1.12和2.6以及4.7被证实是特别优选的。
这样制造的圈受时间和温度控制地挤压,接着在200℃至300℃时硬化多个小时。为了避免在挤压期间摩擦部分和增强部分混淆,这些部分之一、尤其是增强部分可用颜色标记。
在挤压和硬化之后,衬可根据安装要求被磨削和制出孔。
本发明的其它优点和有利构型是下面的附图及其说明的主题。
在带有四个图的附图中示出了一些实施例、尤其是摩擦部分的和增强部分的圈的卷绕图的例子,这些圈组合地形成根据本发明的双层的离合器衬的卷绕坯,还示出了具有两个这样的离合器衬的离合器盘。附图表示:
图1 增强部分的波纹状的圈的卷绕图,
图2 摩擦部分的波纹状的圈的卷绕图,该摩擦部分在附图中为了更好地解释而与增强部分分开地示出,
图3 根据本发明的双层的离合器衬的一个区段局部的概略视图,该离合器衬包括一个增强部分和一个摩擦部分,以及
图4 离合器盘的纵向剖面,该离合器盘由两个基本上相同的双层的离合器衬组成。
一方面图1、图2中的视图、另一方面图4中的视图以不同程度缩小。
详细地,增强部分的圈1由经浸渍的纱或组合纱构成,该经浸渍的纱或该组合纱在破裂转速方面被优化并且具有1.12的卷绕比例。而摩擦部分的实际上卷绕在增强部分的圈1上的圈2由在摩擦学上优化的、即被优化得抗摩擦和抗磨损的、具有在翘曲方面优化的4.72的卷绕比例的、经浸渍的纱构成。
增强部分的圈1的增强纱具有用1a标记的末端,在摩擦部分的圈2卷绕到圈1上之后,该末端处于摩擦纱的始端2a的附近,由该摩擦纱卷绕成摩擦部分的圈2。
图3中示意性地通过剖面区域示出了制造好的双层的离合器衬的一个区段局部,从该剖面区域的剖切面伸出增强部分3的和摩擦部分4的纱,这些纱集成在离合器衬中。增强部分3包括在破裂转速方面优化的圈1,该圈具有由玻璃纱构成的纱5。在翘曲方面优化的摩擦部分4包括圈2,该圈交替地具有由玻璃纱构成的薄纱5a以及由在摩擦学上优化的芳族聚酰胺纤维构成的较厚的纱6。由用统一的浸渍溶液浸渍的纱彼此叠置地卷绕的圈1、2在图3中一起挤压成复合体并且硬化,如所示的那样,磨削成具有前部的未标记的摩擦面的离合器衬并且制出孔。
除了圈之外,图3中未标记的复合体还包括经干燥的浸渍溶液,该浸渍溶液包括:热固性树脂如酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酯,弹性体组分如SBR橡胶或NBR橡胶,填料如硫酸钡、高岭土、炭黑、金属硫化物、石墨,以及在经浸渍的纱干燥之前包括溶剂、尤其是水。
图4中所示的离合器盘包括两个基本上相同的双层的离合器衬7、8,在这些双层的离合器衬上分别用虚线表示出两个层的、即增强部分3、3a和摩擦部分4、4a的分界平面9或10。在分界平面中,确切地说在部分体积中,增强部分3、3a之一分别过渡到摩擦部分4、4a之一,确切地说基本上通过具有填料的粘合剂过渡,这些填料形成聚合物复合体,并且部分地也通过纱过渡,如图4中所示。两个离合器衬7、8设置在两个衬弹簧区段11、12的两侧——其中,离合器衬和衬弹簧区段通过铆钉13以在先公知的合适方式彼此相连接——确切地说与朝向外部的摩擦部分4、4a连接,这些摩擦部分可与作为配合元件的两个未示出的外部金属盘达到摩擦锁合。
在根据图4的实施例中,增强部分4、4a或下部结构的圈分别由用于高强度的100%玻璃纤维构成,这种玻璃纤维在横截面中表示成圆形,摩擦部分3、3a的圈由50%玻璃纤维纱和含有芳族聚酰胺的50%普梳纱构成,其中,后者表示成星形。这些圈嵌入到具有填料的聚合物复合体中,这些填料分别由相同的材料构成,该材料也确定离合器衬的外部形状。
在另一个优选实施形式中,为增强部分选择在破裂转速方面优化的纱,在破裂转速方面优化通过卷绕比例来推动,增强部分的圈在纱用适于稍后温度受控制地挤压的浸渍溶液浸渍并且干燥之后以该卷绕比例波纹状地卷绕,以便接收摩擦部分。为摩擦部分选择在摩擦系数和磨损方面优化的、即在摩擦学上优化的纱,该纱在用相同的浸渍溶液浸渍并且干燥之后在增强部分的圈上波纹状地卷绕成摩擦部分的圈,确切地说以支持摩擦部分的所述特性的卷绕比例来卷绕。据此,摩擦部分的圈波纹状地卷绕的卷绕比例大于或等于增强部分的圈波纹状地卷绕的卷绕比例。
在另一个优选实施形式中,可如下来描述本发明:在通过热挤压用一个形成摩擦面的摩擦部分和一个增强部分制成的多层的、尤其是双层的离合器衬中,摩擦部分主要具有玻璃成分、填料和粘合剂树脂,增强部分具有由增强纱构成的圈,该增强纱包括玻璃纱并且在该增强纱上粘附上一种由粘合剂树脂和弹性体、尤其是橡胶构成的粘合剂。为了提供在负荷下在技术特性、尤其是低翘曲方面改善的多层的、尤其是双层的离合器衬,摩擦部分包括一个圈,该圈由经浸渍的摩擦纱或摩擦组合纱波纹状地卷绕,该摩擦纱或该摩擦组合纱包括玻璃成分并且比增强纱具有更好的摩擦特性和/或磨损特性。波纹状地卷绕成增强部分的圈的增强纱比卷绕成摩擦部分的圈的摩擦纱或摩擦组合纱得到更高的破裂转速。增强部分的圈的增强纱和摩擦部分的圈的摩擦纱用统一的浸渍溶液浸渍,该浸渍溶液包含粘合剂树脂、弹性体以及填料并且在干燥之后在卷绕和接着热挤压之前分别与圈形成复合体。在分界平面或分界体积中,与增强部分的圈形成复合体过渡到与摩擦部分的圈形成复合体。摩擦部分的圈波纹状地卷绕的卷绕比例大于或等于增强部分的圈卷绕的卷绕比例。
参考标号清单
1 增强部分的圈
1a 增强纱的末端
2 摩擦部分的圈
2a 摩擦纱的始端
3、3a 增强部分
4、4a 摩擦部分
5、5a 纱
6 纱
7 第一离合器衬
8 第二离合器衬
9 分界平面
10 分界平面
11 衬弹簧区段
12 衬弹簧区段
13 铆钉