CN102459937B - 摩擦环及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种摩擦环，其具有载体(1)和摩擦片，其特征在于，所述摩擦片(5)由树脂、填充材料和纤维制成的混合物组成，其中，在所述纤维中基本上没有原纤化的纤维。这种摩擦环可应用在湿式片式摩擦系统中。本发明也涉及一种用于制造具有载体(1)和摩擦片(5)的摩擦环的方法。在此，首先提供载体(1)并且准备所述载体(1)的面，该面应设有所述摩擦片(5)。随后将模具(3)安放在所述载体(1)上，并且将基本上没有原纤化的纤维的摩擦片混合物(5’)注入到所述模具中。然后将所述摩擦片混合物进一步加工成摩擦片(5)。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有载体和摩擦片的摩擦环，例如它可应用在湿式离合器或者变速器中。此外，本发明涉及一种用于制造这种摩擦环的方法。
背景技术
对于摩擦环的质量，也就是尤其对于在整个使用寿命期间的磨损特性和摩擦系数而言，决定性的是摩擦片。一方面原则上期望高的摩擦系数，因为这改善了转矩传递。另一方面要求尽可能低的磨损，以便摩擦环具有长的使用寿命。附加地，该摩擦环应能够总计以低成本制造。
公知的摩擦环是，该摩擦环具有由类似于纸的材料制成的摩擦片。该在下面称为“摩擦纸”的材料基于其制造方法以纸张形式提供。然后将各个摩擦片部段从摩擦纸张中剪出，并且施加、尤其粘到载体上。在此，不可避免的边角料是不利的。此外，摩擦纸的制造成本相对高。
也公知了将摩擦片在流动状态下施加到载体上并且在那里固化的不同的试验。在DE102008036332中存在用于这种方法的示例。在那里，填充模安装在载体上，以便能够与在丝网印刷方法中类似地施加摩擦片质量。在施加之后，使摩擦片质量干燥并且完全硬化，例如借助UV辐射。在所使用的摩擦片质量方面，在所述的公开文献中没有完全地说明。除了工艺的问题，目前没有公知合适的、同样地满足适于该工艺和功能的材料。由于该原因目前没有成功地销售这种有吸引力的附件。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种具有摩擦片的摩擦环，该摩擦环可成本有利地制造并且同时满足或者甚至还超过关于摩擦系数特性和磨损的要求。
为了实现该目的，根据本发明提出一种具有载体和摩擦片的摩擦环，该摩擦环的特征在于，摩擦片由树脂、填充材料和纤维制成的混合物组成，其中，在纤维中基本上没有原纤化的纤维，所述纤维定向地包含在所述摩擦片中。本发明基于该认识，即用于摩擦纸的、如通常以大份额存在于材料中的、原纤化的纤维不负责制备能流动的摩擦质量，该摩擦质量随后被施加到载体上并且在那里完全硬化成起作用的摩擦片。该摩擦环尤其适合用于湿式片式摩擦系统，尤其是湿式离合器、湿式制动器和在变速器中作为同步环。
优选提出，纤维的长度优选最大为0.3mm，这表明，较短的纤维，尤其是比在摩擦纸中使用的纤维更短的纤维，对于能流动的摩擦片材料的可加工性是有利的。但是，纤维的长度也可为0.2mm的数量级或者甚至更低。使用这样短的纤维基于惊人的认识，即如此短的纤维也能可靠地埋入到摩擦片中，也就是说不担心从纤维复合物中不希望地抽出，而纤维由于其短的长度能被非常好地加工。
根据优选的实施方式提出，纤维以定向的方式包含在摩擦片中。该设计基于如下认识，即纤维的被限定的定向对于摩擦片的运行特性是有利的。在此，“定向的纤维”理解为如下纤维，相对于例如在摩擦纸中随机分布的纤维，所述纤维的绝大部分以预先给定的并且目的明确地引起的定向包含在摩擦片中。
依据相应的使用条件可提出，纤维在圆周方向上定向。纤维的其他可能的定向包括径向的定向或波形的定向。
纤维优选由一种具有大于400℃的熔化温度的材料组成。这在摩擦环的使用条件方面和磨损特性方面是有利的。
根据一个实施方式，纤维涉及碳纤维、玻璃纤维或三聚氰胺纤维。这些材料在磨损特性方面被证明是有利的。
原则上，在根据本发明的摩擦片中的纤维的质量份额可在相当宽的范围内变化。因此确定的是，纤维的质量份额能够在固体材料份额的5%至90%的范围内，而没有以显著的方式损害运行特性。但是，根据本发明优选的是，纤维的质量份额为在固体材料份额的10%至20%的范围内，尤其为15%的数量级。
根据本发明的优选的实施方式，摩擦片包括触变性介质。该触变性介质简化了摩擦片质量的加工，因为在涂敷期间粘度降低，然而在涂敷摩擦片质量之后粘度升高。
能够使用层状硅酸盐，尤其是蒙脱石作为触变性介质。这种触变性介质即使在高的运行温度的情况下也不影响摩擦特性和磨损特性。对于在高温情况下的磨损负载也有利的是，该触变性介质包括锂离子。此外，在摩擦片中存在耐热的填充材料，类如石墨。该耐热的填充材料改善了摩擦特性和磨损特性。这里，术语“填充材料”作为上位概念既代表种类纯正的填充材料也代表由一起构成填充材料的不同材料组成的混合物。
根据优选的实施方式提出，摩擦片包含耐热的树脂。该树脂用于将纤维牢固地内连结到摩擦片中。鉴于出现的运行温度，树脂的耐热性具有非常重要的意义。在此，根据本发明优选的是，树脂的质量份额在固体材料份额的15%至40%范围内，尤其为30%的数量级。在这些值的情况下，在制造耗费及成本和磨损特性之间产生非常好的折衷方案。
作为树脂尤其合适的是粉末状的甲阶酚醛树脂。
根据本发明的优选实施方式提出，摩擦片直接施加在载体上。这基于该认识，即根据本发明的摩擦片基于其组分直接与载体粘接，而不需要粘合剂中间层，如在摩擦纸中是这种情况。通过舍弃粘合剂中间层获得更低的制造成本。
根据优选的实施方式提出，摩擦片具有至少一个槽。该槽实现油在摩擦片的区域中循环，由此可导出产生的摩擦热。在摩擦片的合适的微结构中，在一些实施变型中可行的是，完全地舍弃槽并且尽管如此仍将片温度保持在可接受的范围内。该槽例如能够设置在摩擦片的两个块之间，使得该槽在制造摩擦片时可直接产生，而在施加摩擦片之后不需要其他工作步骤。在该设计中，该槽在制造摩擦片时可直接形成，而在施加摩擦片之后不需要其他工作步骤。
根据一个替代的实施方案，该槽具有从摩擦片的表面朝载体扩宽的横截面形状。在该横截面形状的情况下，获得用于油的循环的大的横截面面积，而同时保持摩擦片的大的表面。如果在该槽形状的情况下使用倾斜放置的侧壁，那么在侧壁和摩擦片的表面之间形成锐角，由此可构成用于油的非常精确限定的刮油边。
根据本发明的优选的实施方式提出，在摩擦片的边缘处的纤维偏离载体。不同于由摩擦纸制成的摩擦片，——在所述摩擦片中，在摩擦片边缘处的纤维远离该摩擦片，使得摩擦片看起来像“散线”一样——，在根据本发明的摩擦片中，在边缘处的纤维没有在侧向远离该摩擦片，而是贴靠在摩擦片上。以这种方式产生围绕着摩擦片的改善的油流。
如果使用特别短的纤维，那么提出，在摩擦片边缘处的纤维贴靠在该摩擦片上，也就是说大约垂直于载体延伸。这也确保，在边缘处的纤维没有远离摩擦片，而是平坦地贴靠。
根据本发明的优选的实施方式提出，摩擦片的抗压刚度比小于40%，尤其小于30%并且尤其优选小于20%。该抗压刚度比提供了摩擦片的塑性变形与总变形的比，如这能够在标准化的压沉试验中测定。不同于在压力负载的情况下产生相对高的塑性变形的摩擦纸，具有相对短的纤维的根据本发明的摩擦片调节成，使得在高的弹性变形能力的情况下产生相对小的塑性的变形。这在关于高数量的负载循环的恒定的摩擦特性方面是有利的。
根据本发明的优选的实施方式提出，摩擦片的孔隙比大于60cm2/mm3，尤其大于70cm2/mm3并且尤其优选大于80cm2/mm3。该孔隙比提供了材料表面和孔隙体积的比。高的孔隙比在磨损特性方面是有利的。
为了实现本发明的目的，也提出一种用于制造摩擦环的方法，该摩擦环具有载体和摩擦片。在该方法中，首先提供载体。然后准备载体的面，该面应设有摩擦片。随后将模具安放在该载体上，并且将摩擦片混合物注入到该模具中，该摩擦片混合物基本上没有原纤化的纤维。最后将摩擦片混合物进一步加工成摩擦片。借助根据本发明的方法能以低的耗费地制造摩擦片，该摩擦片的优点在于尤其好的磨损特性。
优选提出，在制造摩擦片混合物时，添加水作为溶剂。水的使用不仅从成本观点而且尤其从环境观点都是有利的。替代地，也能够使用乙醇或甲醇作为溶剂。
优选提出，在制造摩擦片混合物时，添加触变性介质。该触变性介质改善了摩擦片混合物的可加工性。
优选提出，在将摩擦片混合物进一步加工成摩擦片时，摩擦片混合物固化。这尤其在于，移除模具并且随后使摩擦片混合物干燥。在干燥时，从摩擦片混合物中除去溶剂，使得摩擦片混合物形状稳定，以便随后被进一步加工。
根据一个实施方式提出，该模具是可丢弃的模具。在该实施方案中，必须尤其是在槽的端侧方面，而不是在可脱模性方面，设计摩擦片的构型。替代地，也例如能够使用底切的横截面形状。
根据本发明的优选的实施方式提出，将固化的摩擦片混合物热压。这确保树脂的完全硬化。
优选提出，将摩擦片混合物在热压时压缩到原始厚度的大约60%。以这种方式获得非常紧凑的并且由此耐磨的摩擦片。
根据本发明的优选的实施方式提出，在注入到模具中之后借助刮刀刮平摩擦片混合物，由此同时纤维被定向。以这种方式，纤维能以尤其低的耗费定向。
根据本发明的实施方案，摩擦片由多个层组合而成，这些层在材料和/或纤维定向方面是不同的。这实现了摩擦片最优地适配于使用条件。例如在载体附近可使用具有较高份额的树脂的摩擦片混合物，使得摩擦片尤其好地与载体连接。
附图说明
下面借助在附图中示出的不同的实施方式来描述本发明。附图示出：
图1至6示意地示出在制造根据第一实施方式的具有摩擦片的摩擦环时不同步骤；
图7示出根据第二实施方式的摩擦环的示意的剖视图；
图8示出根据本发明的摩擦片的极其放大的视图；
图9示出摩擦纸的比较图；
图10示出在热压时摩擦片混合物被压缩之前根据本发明的摩擦环的摩擦片的极其放大的视图；
图11示出摩擦纸的比较图；
图12示出根据本发明的摩擦环的摩擦片的边缘区段的极其放大的视图；
图13示出摩擦纸的比较图；
图14示出根据本发明的摩擦环的摩擦系数关于大量换挡过程的变化曲线；以及
图15示出摩擦系数关于滑动速度的变化曲线，其中，描绘了用于不一样高的换挡过程数量的曲线。
具体实施方式
在图1中示出载体1，该载体优选由金属组成。该载体这里仅示意性示出；在内侧或外侧上没有示出存在的用于传递转矩的齿部或类似的设计（槽、花键轴轮廓等）。
在载体的至少一侧上应安装摩擦片。为了该目的，载体1的面被活化，摩擦片应安装在该面上。这在图2中通过箭头示出。该活化可化学地进行或者优选通过喷砂处理或喷丸处理机械地进行。
首先在该被活化的面上施加粘合剂中间层2（见图3），在该粘合剂中间层上又安放有模具3。在该模具中注入摩擦片混合物5’（见图4），为此可使用配量装置4。该模具3用于在几何形状上限定如下区域的界线，在所述区域内部，摩擦片混合物5’可扩散。随后移除该模具。
然后使摩擦片混合物5’干燥（见图5），为此可使用干燥装置6。随后将摩擦片混合物5’热压，由此它被压缩到其原始厚度的大约60%。同时摩擦片混合物5’完全硬化，以用于制造摩擦片5。该热压在图6中示意性地通过压延辊7象征性地表示。
与摩擦环的在图6中示出的基本上构造为平盘的实施方案不同，也可使用其他几何结构的模具。在图7中示出一实施例。该摩擦环具有截锥形的载体1，该载体在其内侧以区段方式设有摩擦片5。这里也示出多个设置在摩擦片5中的槽8。
所描述的摩擦环的重要的特征是摩擦片5的组分。这由树脂、填充材料和耐热的纤维制成的混合物组成。附加地使用触变性介质。
可应用粉末状的甲阶酚醛树脂作为树脂。该树脂的质量份额在另一范围内是可变化的。用于在摩擦片的固体材料份额上的树脂份额的下限由如下必要性中产生，即提供足够的树脂，以便将填充材料和纤维结合成结实的摩擦片。在固体材料份额上的树脂份额的上限由如下必要性产生，即为了坚固和耐磨性，该摩擦片必须包含一定份额的填充材料和纤维。用于在固体材料份额上的树脂份额的优选数值尤其为15%至40%并且优选为30%。
石墨尤其合适作为填充材料。用于填充材料的在固体材料份额上的质量份额的优选数值在50%至60%的范围内，尤其为55%。
原则上能使用所有种类的纤维作为纤维，所述纤维具有必要的耐热性，尤其具有大于400℃的熔化温度。碳纤维、玻璃纤维、酚醛树脂纤维、聚丙烯腈纤维和/或三聚氰胺纤维尤其合适。这些纤维的特别特征在于，这些纤维的量基本上不包括原纤化的纤维。另一特别特征在于，这些纤维具有相对小的长度，尤其不大于1mm。这些纤维的长度优选为最大0.3mm且更少。
触变性介质是层状硅酸盐，其优选由蒙脱石族构成并且包含锂离子
使用水、乙醇或甲醇作为用于摩擦片混合物的溶剂。
由这些组分构成的摩擦片混合物可在没有特别耗费的情况下被加工，尤其被注入到模具3中。因为在这些纤维中基本上不存在原纤化的纤维并且此外这些纤维相对短，所以（与触变性介质相结合）产生好的流动特性。在相应精确地配量时足够的是，将预先确定的量的摩擦片混合物5’注入到模具3中并且使载体1与模具3一起受到振动。那么该摩擦片混合物5’在模具中完全均匀地分布。替代地可提出，模具的表面借助刮刀加工，以便削去摩擦片混合物5’的可能多余的量。
如果使用刮刀，那么能以该方式低耗费地引起在摩擦片混合物中的纤维和由此在后面完全硬化的摩擦片相互平行地定向。替代地也能通过将摩擦片混合物5’以合适的方式注入到模具3引起纤维的定向。依据后面的应用条件，这些纤维例如能够在圆周方向上或者也能够径向地定向。重要的是，所有纤维基本上相互平行地定向。
与在图1至6中示出的实施方式不同，也可舍弃粘合剂中间层2。由于在摩擦片混合物中的相对高的份额的树脂，该摩擦片在完全硬化的情况下与载体1的活化的面粘接，而不需要其他措施。
槽8能够由此保持在摩擦片中，其方式在于，借助模具3构造多个相互分开的块，所有块一起表示摩擦片。替代地，槽8也能压入到摩擦片混合物5’中，确切地说是在干燥前和干燥后压入到摩擦片混合物中。在摩擦片的合适的微结构中，甚至能够完全舍弃槽8。
通过树脂、填充材料和纤维的共同作用，将摩擦环的摩擦片的抗压刚度比调节成，使得它小于40%，优选小于30%并且尤其小于20%。该抗压刚度比是摩擦片的塑性变形与总变形的比例，如这能够在压沉试验中测定。在该试验中，例如在两个圆柱形的冲头之间的样品加载有0.2N/mm2的预负载，其中，这些冲头中的一个静止不动并且另一个可移动。在该状态下的可移动的冲头的位置称为第一位置。在一段保持时间之后，可移动的冲头的负载提高到6.5N/mm2。可移动的冲头的然后达到的位置定义为第二位置。在另一保持时间之后，负载又降低到0.2N/mm2。该然后由可移动的冲头占据的位置定义为第三位置。从在第一位置和第二位置之间的行程差中获得总变形，并且从在第一位置和第三位置之间的行程差中获得塑性的变形。该可借助根据发明的摩擦环的摩擦片获得的小的抗压刚度比导致突出的磨损特性。
根据本发明的摩擦环的摩擦片的另一特征值是孔隙比，由表面（以cm3测量）与气孔体积（以mm3测量）的商来表达。基于由树脂、填充材料和纤维组成的所使用的混合物获得高的孔隙比，该孔隙比大于60，尤其大于70并且优选大于80。
鉴于最优的磨损特性，选择由树脂、填充材料和纤维组成的混合物，使得获得摩擦片的小的磨损值，该磨损值被定义为磨损（以mm3测量）与摩擦功（以MJ测量）的商。根据本发明的摩擦片在60℃油温的情况下具有小于3的磨损值，优选小于2.5并且尤其小于2。
在图8中示出根据本发明的摩擦片的微观的照片，而与此相对地，在图9中示出了摩擦纸的微观的照片。尤其明显地看到在各个纤维的长度方面的不同。例如在每个视图中以F标记典型的纤维长度。可明显地看到根据本发明的摩擦片具有很短的、相互平行定向的纤维，而在摩擦纸中能看到明显更长的、相互多次交叉的纤维。
比较图8和9可看出，根据本发明的摩擦片具有比摩擦纸明显更大的均匀性；在摩擦纸中可明显地看到纤维积聚。
如根据本发明所使用的没有被挤压的摩擦片混合物（见图10）与如在图11中示出的没有被挤压的摩擦纸相比，明显地示出不同处。根据本发明的摩擦片混合物已在没有被挤压的状态下表现为明显更紧凑的复合物，而在摩擦纸中能看到明显更大的空腔。
图10和11的比较也示出，根据本发明的摩擦片混合物具有定向的微结构，确切地说不仅在纤维方面，而且在全部结构方面具有定向的微结构。在摩擦纸中相反没有看到优选方向。
根据本发明的摩擦片和摩擦纸之间的另一区别在于粗糙度比方面。在根据本发明的摩擦片中，基于定向的微结构，平行于制造方向和垂直于制造方向测量到的这些平均粗糙度Ra不同。垂直于制造方向测量到的值比平行于制造方向测量到的值大大约1.5倍。相反，在摩擦纸中，在平均粗糙度中不存在由测量方向所决定的不同。
尤其重要的是，在相应的摩擦片的边缘处的不同。在图12中示出片的俯视图，其中，该片占据圆形剖面的上部的三分之二，而在下部的三分之一中可看到载体。这里该载体不清晰，因为它位于照片的高清晰区域的外部。在图12中，摩擦片的边缘区域以R标记并且在边缘附近的压缩区域以V标记。
在根据本发明的摩擦片中，位于边缘处的短的纤维基本上在摩擦片的内部延伸并且远离载体延伸至摩擦片的表面，而同时在边缘附近能看到摩擦片材料的压缩。相反在图13中，在摩擦纸中能明显地看到散线的边缘。这些很长的纤维自由地远离摩擦纸（在该视图中尤其向下）。
借助图14和15能看出根据本发明的摩擦片的非常好的磨损特性。在图14中描绘了关于离合器的换挡过程的摩擦系数，该离合器配备有根据本发明的摩擦环。可看到，摩擦系数即便在大量换挡过程之后也没有变化；它保持基本上恒定。在图15中描绘了关于滑动速度的摩擦系数，其中，附加地示出摩擦片的五个不同的曲线，这些曲线经历不一样高的换挡过程数量。在图15中看到，摩擦系数恒定地保持在滑动速度的很大的范围上。
Claims (27)
1.摩擦环，具有载体(1)和摩擦片，其特征在于，所述摩擦片(5)由树脂、填充材料和纤维制成的混合物组成，其中，在所述纤维中基本上没有原纤化的纤维，其中所述纤维定向地包含在所述摩擦片(5)中，其中所述纤维的长度最大为0.3mm。
2.根据权利要求1的摩擦环，其特征在于，所述纤维在圆周方向上定向。
3.根据权利要求1或2的摩擦环，其特征在于，所述纤维由具有大于400℃的熔化温度的材料组成。
4.根据权利要求3的摩擦环，其特征在于，所述纤维是碳纤维、玻璃纤维和/或三聚氰胺纤维。
5.根据权利要求1或2的摩擦环，其特征在于，所述纤维的质量份额在所述混合物份额的10％至20％的范围内。
6.根据权利要求1或2的摩擦环，其特征在于，所述摩擦片(5)包含触变性介质。
7.根据权利要求1或2的摩擦环，其特征在于，所述树脂的质量份额在所述混合物份额的15％至40％的范围内。
8.根据权利要求1或2的摩擦环，其特征在于，所述树脂是粉末状的甲阶酚醛树脂。
9.根据权利要求1或2的摩擦环，其特征在于，所述摩擦片(5)直接施加在所述载体(1)上。
10.根据权利要求1或2的摩擦环，其特征在于，设有至少一个槽(8)。
11.根据权利要求10的摩擦环，其特征在于，所述槽(8)具有从所述摩擦片的表面朝所述载体(1)扩宽的横截面形状。
12.根据权利要求1或2的摩擦环，其特征在于，在所述摩擦片(5)的边缘处的纤维偏离所述载体(1)。
13.根据权利要求1或2的摩擦环，其特征在于，在所述摩擦片(5)的边缘处的纤维平坦地贴靠在所述摩擦片上，使得它们垂直于所述载体(1)地延伸。
14.根据权利要求1或2的摩擦环，其特征在于，所述摩擦片(5)的抗压刚度比小于40％。
15.根据权利要求1或2的摩擦环，其特征在于，所述摩擦片(5)的孔隙比大于60cm2/mm3。
16.根据权利要求1或2的摩擦环，其特征在于，垂直于所述摩擦片的制造方向测量到的平均粗糙度Ra是平行于制造方向测量到的平均粗糙度Ra的至少1.2倍大。
17.根据权利要求16的摩擦环，其特征在于，垂直于所述摩擦片的制造方向测量到的平均粗糙度Ra是平行于制造方向测量到的平均粗糙度Ra的至少1.5倍大。
18.用于制造具有载体(1)和摩擦片(5)的摩擦环的方法，包括如下步骤：
-提供载体(1)；
-准备所述载体(1)的面，该面应设有所述摩擦片(5)；
-将模具(3)安放在所述载体(1)上；
-将摩擦片混合物(5’)注入到所述模具中，所述摩擦片混合物基本上没有原纤化的纤维,其中所述纤维的长度最大为0.3mm，
-将所述摩擦片混合物进一步加工成摩擦片(5)。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于，在制造所述摩擦片混合物(5’)时添加水、乙醇或甲醇作为溶剂。
20.根据权利要求18或19的方法，其特征在于，在制造所述摩擦片混合物(5’)时添加触变性介质。
21.根据权利要求18或19的方法，其特征在于，在将所述摩擦片混合物(5’)进一步加工成摩擦片(5)时，所述摩擦片混合物(5’)固化。
22.根据权利要求18或19的方法，其特征在于，所述模具(3)是能丢弃的模具。
23.根据权利要求18或19的方法，其特征在于，将干燥的所述摩擦片混合物(5’)热压。
24.根据权利要求23的方法，其特征在于，将所述摩擦片混合物(5’)在热压时压缩到原始厚度的大约60％。
25.根据权利要求18或19的方法，其特征在于，在注入到所述模具(3)中之后借助刮刀刮平所述摩擦片混合物(5’)，由此同时所述纤维被定向。
26.根据权利要求18或19的方法，其特征在于，所述摩擦片(5)由多个层组合而成，所述层在材料和/或纤维定向方面是不同的。
27.根据权利要求18或19的方法，其特征在于，在所述载体(1)的准备好的面上涂敷粘合剂(2)。
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