DE102020132532A1

DE102020132532A1 - Kupplungssystem und fahrzeuggetriebesystem, das selbiges enthält

Info

Publication number: DE102020132532A1
Application number: DE102020132532.0A
Authority: DE
Inventors: Benjamin A. Siegel; Steven J. Kowal; Richard W. Pridgen jr.; David T. Vierk
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2021-07-08
Also published as: CN113153926A; US11746847B2; US20210207671A1; JP2021110459A

Abstract

Ein Kupplungssystem umfasst ein erstes Kupplungsglied und ein zweites Kupplungsglied zur Übertragung von Drehmoment von einem Fahrzeugstromgenerator. Das erste Kupplungsglied umfasst ein erstes Kupplungselement mit einer ersten Fläche und einem ersten Reibmaterial, das auf der ersten Fläche angeordnet ist. Das zweite Kupplungsglied ist konfiguriert, um mit der ersten Kupplungsscheibe in Eingriff zu stehen, und umfasst ein zweites Kupplungselement mit einer zweiten Fläche und einem zweiten Reibmaterial, das auf der zweiten Fläche angeordnet ist. Das erste Reibmaterial ist konfiguriert, um während des Betriebs des Fahrzeugstromgenerators mit dem zweiten Reibmaterial in Eingriff zu stehen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Kupplungssystem und im Besonderen auf ein Kupplungssystem zur Verwendung in einem F ahrzeuggetriebesystem.
Beschreibung der verwandten Technik
Mehrere Komponenten eines Fahrzeugantriebsstrangs können ein System einsetzen, um die Übertragung der Leistung von dem Stromgenerator des Fahrzeugs (z. B. einem Verbrennungsmotor, Elektromotor, einer Brennstoffzelle usw.) auf die Antriebsräder des Fahrzeugs zu erleichtern. Ein Fahrzeuggetriebe befindet sich stromabwärts von dem Stromgenerator und ermöglicht das Starten des Fahrzeugs, das Schalten der Gänge und andere Ereignisse der Drehmomentübertragung. Das Fahrzeuggetriebe kann mit einem Kupplungssystem gekoppelt werden. Eine Form eines Kupplungssystems kann in vielen verschiedenen Arten von Fahrzeuggetrieben zu finden sein, die derzeit für den Fahrzeugbetrieb verfügbar sind. Ein Kupplungssystem kann in einem Drehmomentwandler für ein Automatikgetriebe, in einem Lamellenkupplungspaket für ein Automatikgetriebe oder ein halbautomatisches Doppelkupplungsgetriebe (DCT, dual-clutch transmission) und in einer Anfahrkupplung verwendet werden, die in ein Automatikgetriebe mit bis zu sieben bis zehn Gängen als Ersatz für den Drehmomentwandler eingebaut werden kann, um nur einige Beispiele zu nennen. Ähnliche Kupplungssysteme sind neben dem Fahrzeuggetriebe auch an anderen Stellen im Antriebsstrang des Fahrzeugs zu finden.
Wie am besten in 1 dargestellt wird, umfasst ein konventionelles Kupplungssystem 100 üblicherweise eine Vielzahl von Kupplungsscheiben 102, die drehbar mit einer Welle 26 verbunden sind, wobei die Vielzahl der Kupplungsscheiben 102 dazu verwendet wird, zwei oder mehrere gegenüberliegende, rotierende Flächen durch selektiven Grenzflächen-Reibschluss zwischen diesen Flächen zu verriegeln. Jede Kupplungsscheibe 102 umfasst eine Kernscheibe 104, die Stahl umfasst und eine Bohrung zur Aufnahme der Welle 26 definiert, sodass jede Kupplungsscheibe 102 drehbar mit der Welle 26 gekoppelt ist. Jede Kupplungsscheibe 102 umfasst zusätzlich ein Reibmaterial 108, das auf jeder Seite der Kernscheibe 104 angeordnet ist, was den beabsichtigten Reibschluss zwischen der Vielzahl der Kupplungsscheiben 102 bewirkt.
Konventionelle Kupplungsbaugruppen 100, wie in 1 dargestellt, umfassen auch mindestens eine Trennscheibe 110, die üblicherweise aus Stahl besteht und zwischen zwei aufeinanderfolgenden konventionellen Kupplungsscheiben 102 angeordnet ist. Während des Betriebs bewegt sich die Vielzahl der Kupplungsscheiben 102 zwischen einer eingerückten Position, in der die Vielzahl der Kupplungsscheiben 102 mit der Trennscheibe 110 in Eingriff steht, und einer ausgerückten Position, in der die Vielzahl der Kupplungsscheiben 102 von der Trennscheibe 110 ausgerückt ist. Die Trennscheiben 110 wirken als Wärmesenken, um Energie zu absorbieren, die durch den Reibungseingriff der beiden gegenüberliegenden, rotierenden Flächen erzeugt wird. Der Einsatz von Trennscheiben 110 innerhalb des Kupplungssystems 110 erfordert einen großen axialen Raum des Kupplungssystems 110; zudem wird nicht immer eine Wärmesenke verwendet, da die Kupplung für eine hohe Maximalwärme ausgelegt sein muss. Andere Kupplungsbaugruppen umfassen eine Kernscheibe, die aus Stahl besteht und deren Reibmaterial nur auf einer Seite der Kernscheibe angeordnet ist. Bei dieser Anordnung greift jedoch das Reibmaterial einer ersten Kupplungsscheibe in die Kernscheibe einer zweiten Kupplungsscheibe ein, was zu möglichen Wärmegradienten und zusätzlichen Energieproblemen führt.
Daher besteht weiterhin die Notwendigkeit, ein verbessertes Kupplungssystem bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung und Vorteile
Es wird ein Kupplungssystem offenbart, das funktionsfähig mit einem Fahrzeugstromgenerator gekoppelt ist. Das Kupplungssystem umfasst ein erstes Kupplungsglied zur Übertragung von Drehmoment von dem Fahrzeugstromgenerator. Das erste Kupplungsglied umfasst ein erstes Kupplungselement mit einer ersten Fläche und einem ersten Reibmaterial, das auf der ersten Fläche angeordnet ist. Das Kupplungssystem umfasst auch ein zweites Kupplungsglied zur Übertragung von Drehmoment von dem Fahrzeugstromgenerator und ist konfiguriert, um mit dem ersten Kupplungsglied in Eingriff zu stehen. Das zweite Kupplungsglied umfasst ein zweites Kupplungselement mit einer zweiten Fläche und einem zweiten Reibmaterial, das auf der zweiten Fläche angeordnet ist. Das erste Reibmaterial und das zweite Reibmaterial können gleich oder verschieden sein. Das erste Reibmaterial ist konfiguriert, um während des Betriebs des Fahrzeugstromgenerators mit dem zweiten Reibmaterial in Eingriff zu stehen. Ein Fahrzeuggetriebesystem, das ein Fahrzeuggetriebe und das Kupplungssystem umfasst, ist ebenfalls offenbart.
Dementsprechend führt die Konfiguration des ersten Reibmaterials, um während des Betriebs des Fahrzeugmotors mit dem zweiten Reibmaterial in Eingriff zu stehen, zu einer Verringerung der axialen Länge des Kupplungssystems und führt außerdem zu einer verbesserten Leistung des Kupplungssystems und spezifischer zu einem erhöhten Losbrechkoeffizienten bei verschiedenen Belastungen.
Figurenliste
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden schnell erkannt, da diese durch die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden wird, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, wobei:

1 eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Kupplungssystems nach dem Stand der Technik einschließlich einer Vielzahl von Kupplungsscheiben und Trennscheiben ist;
2A eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Fahrzeuggetriebesystems nach der vorliegenden Erfindung einschließlich einer Vielzahl von Kupplungsscheiben mit einem darauf angeordneten, einlagigen Reibmaterial in ausgerückter Stellung ist;
2B eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Fahrzeuggetriebesystems nach der vorliegenden Erfindung einschließlich einer Vielzahl von Kupplungsscheiben mit einem darauf angeordneten, einlagigen Reibmaterial in eingerückter Stellung ist;
3 eine Draufsicht auf eine Kernscheibe der Kupplungsscheibe nach der in 2 dargestellten Ausführungsform ist;
4 eine Draufsicht auf die Kupplungsscheibe nach der in 2 dargestellten Ausführungsform ist;
5 eine weitere vereinfachte Querschnittsansicht eines Kupplungssystems nach der vorliegenden Erfindung einschließlich einer Vielzahl von Kupplungsscheiben mit einem darauf angeordneten, doppellagigen Reibmaterial ist;
6 eine weitere vereinfachte Querschnittsansicht eines Kupplungssystems nach der vorliegenden Erfindung einschließlich einer Vielzahl von Kupplungsscheiben mit einem darauf angeordneten, dreilagigen Reibmaterial ist;
7 eine grafische Darstellung des momentanen Spitzenkoeffizienten ist, der in Bezug auf die Reibungsmaterialbelastung dargestellt ist;
8 eine grafische Darstellung des Losbrechkoeffizienten ist, der in Bezug auf die Reibungsmaterialbelastung dargestellt ist;
9 eine perspektivische Seitenansicht eines Kupplungssystems nach einer anderen Ausführungsform in ausgerückter Stellung ist; und
10 eine perspektivische Seitenansicht des Kupplungssystems von 9 in einer eingerückten Stellung ist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Zahlen in den verschiedenen Ansichten gleiche Teile anzeigen, ist ein Fahrzeuggetriebesystem 10 im Allgemeinen in 2 dargestellt. Das Fahrzeuggetriebesystem 10 ist funktionsfähig mit einem Fahrzeugstromgenerator 12 gekoppelt. In einem Beispiel ist der Fahrzeugstromgenerator 12 ein Fahrzeugmotor, wie z. B. ein Verbrennungsmotor. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Fahrzeugstromgenerator 12 jede Art von Stromgenerator sein kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf einen Elektromotor, eine Batterie oder eine Brennstoffzelle. Das Fahrzeuggetriebesystem 10 umfasst ein Fahrzeuggetriebe 14, das mit dem Fahrzeugstromgenerator 12 gekoppelt ist. Bei dem Fahrzeuggetriebe 14 kann es sich um jede Art von Getriebe handeln, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Automatikgetriebe, manuelles Getriebe, automatisiert-manuelles Getriebe, Doppelkupplungsgetriebe, stufenloses Getriebe oder dergleichen. Darüber hinaus umfasst das Fahrzeuggetriebesystem 10 auch ein Kupplungssystem 20, das funktionsfähig mit dem Fahrzeuggetriebe 14 gekoppelt ist. Das Kupplungssystem 20 kann ein nasses Kupplungssystem, ein halbnasses Kupplungssystem oder ein trockenes Kupplungssystem sein. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das Kupplungssystem ein Lamellenkupplungssystem (siehe 2-6), ein Konuskupplungssystem (siehe 9 und 10) oder andere Kupplungssysteme sein kann. Das Kupplungssystem 20 kann auch eine Welle 26 mit einer Länge und einer sich über die Länge erstreckenden Achse A umfassen.
In einem Beispiel umfasst das Kupplungssystem 20 ein erstes Kupplungsglied 21 und ein zweites Kupplungsglied 23 zur Übertragung von Drehmoment von dem Fahrzeugstromgenerator 12. Es ist vorgesehen, dass das erste Kupplungsglied 21 und das zweite Kupplungsglied 23 Kupplungsscheiben sein können, sodass das erste Kupplungsglied 21 eine erste Kupplungsscheibe 22 und das zweite Kupplungsglied 23 eine zweite Kupplungsscheibe 24 ist. Es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass das erste Kupplungsglied 21 und das zweite Kupplungsglied 23 andere Kupplungsglieder sein können, einschließlich, aber nicht beschränkt auf einen ersten Konus 25 bzw. einen zweiten Konus 27. Das erste Kupplungsglied 21 umfasst auch ein erstes Kupplungselement 29 mit einer ersten Fläche 31 und das zweite Kupplungsglied 23 umfasst ein zweites Kupplungselement 33 mit einer zweiten Fläche 35.
In Bezug auf 2A-3 ist das erste Kupplungselement 29 eine erste Kernscheibe 28 und das zweite Kupplungselement 33 eine zweite Kernscheibe 46, jedoch können das erste Kupplungselement 29 und das zweite Kupplungselement 33 andere Kupplungselemente sein, wie sie einem gewöhnlichen Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind. Die erste Kernscheibe 28 definiert eine Bohrung 30, die sich entlang der Achse A erstreckt. Die Bohrung 30 nimmt die Welle 26 auf, sodass die erste Kernscheibe 28 drehbar mit der Welle 26 gekoppelt ist. Die Welle 26 wird allgemein auch als Nabe bezeichnet. Die erste Kernscheibe 28 umfasst eine innere Kernfläche 32, die die Bohrung 30 definiert, und eine äußere Kernfläche 34, die von der inneren Kernfläche 32 in Bezug auf die Achse A radial beabstandet ist, sodass die äußere Kernfläche 34 die innere Kernfläche 32 um die Achse A umgibt. Die erste Kernscheibe 28 umfasst auch eine erste Seite 36, die sich zwischen der inneren Kernfläche 32 und der äußeren Kernfläche 34 erstreckt und in eine erste Richtung entlang der Achse A weist. Die erste Kernscheibe 28 umfasst ferner eine zweite Seite 38, die sich zwischen der inneren Kernfläche 32 und der äußeren Kernfläche 34 erstreckt und in eine zweite Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung entlang der Achse A weist. Bezogen auf 2A-3 ist die erste Kernscheibe 28 zwischen der inneren Kernfläche 32 und der äußeren Kernfläche 34 um einen gesamten Umfang der Kernscheibe 28 zwischen der inneren Kernfläche 32 und der äußeren Kernfläche 34 massiv, d. h. die Kernscheibe 28 ist nicht hohl. Bezugnehmend auf 3 ist die erste Kernscheibe 28 ein ungebogener Körper und besteht aus einem Kerbverzahnungsabschnitt 40. In dem in 3 dargestellten Beispiel umfasst der Kerbverzahnungsabschnitt 40 die äußere Kernfläche 34, und die äußere Kernfläche 34 umfasst eine Vielzahl von Zähnen 42, die konfiguriert sind, um in einen gezahnten Abschnitt einer anderen Komponente einzugreifen. Es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass der Kerbverzahnungsabschnitt 40 alternativ die innere Kernfläche 32 der Kernscheibe 28 umfassen kann, sodass die Vielzahl der Zähne 42 auf der inneren Kernfläche 32 angeordnet ist.
In dem in 2A und 2B dargestellten Beispiel umfasst das Kupplungssystem 20 die zweite Kupplungsscheibe 24. Die zweite Kupplungsscheibe 24 kann gleich oder verschieden von der ersten Kupplungsscheibe 22 sein. In einem Beispiel umfasst die zweite Kupplungsscheibe 24 eine zweite Kernscheibe 46, die der ersten Kernscheibe 28 insofern ähnlich ist, als dass die zweite Kernscheibe 46 auch eine Bohrung zur Aufnahme der Welle 26 definiert, sodass die zweite Kernscheibe 46 auch mit der Welle 26 gekoppelt ist. Darüber hinaus umfasst die zweite Kernscheibe 46 auch eine erste Seite 50 und eine zweite Seite 52, ähnlich wie die erste Kupplungsseite 36 und die zweite Kupplungsseite 38 der ersten Kernscheibe 28, wie oben beschrieben. Die zweite Kernscheibe 46 kann in Form, Größe, Baumaterial usw. mit der ersten Kernscheibe 28 identisch sein oder sich von ihr unterscheiden.
Die erste Kernscheibe 28 und die zweite Kernscheibe 46 können aus jedem für den Einsatz in dem Kupplungssystem 20 geeigneten Material bestehen. Mindestens eine der ersten Kernscheibe 28 und der zweiten Kernscheibe 46 kann aus einem metallischen Material bestehen. Diese metallischen Materialien, die verwendet werden können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf rostfreien Stahl, kohlenstoffarmen Stahl, Aluminium und können Oberflächenbehandlungen wie Phosphatierung, Nickelbeschichtung, Eloxieren und dergleichen enthalten. In einem Beispiel besteht mindestens eine der ersten Kernscheibe 28 und der zweiten Kernscheibe 46 aus Kohlenstoffstahl 1035. In einem anderen Beispiel kann mindestens eine der ersten Kernscheibe 28 und der zweiten Kernscheibe 46 aus einem polymeren Material bestehen. Solche polymeren Materialien, die verwendet werden können, umfassen duroplastische Materialien und thermoplastische Materialien. Duroplastische Materialien, die verwendet werden können, umfassen Polyester, Vinylester, Epoxid, Phenol, Urethan, Polyamid, Polyimid und dergleichen. Thermoplastische Materialien, die verwendet werden können, umfassen Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen, Polycarbonat, Polybutylenterephthalat (PBT), Vinyl, Polyethylen, Polyvinylchlorid (PVC) und dergleichen. Wenn das polymere Material verwendet wird, kann das polymere Material als homogenes polymeres Material verwendet werden oder kann mit einer Verstärkung in dem polymeren Material, wie z. B. Metall, Glasfaser, Kohlefaser und dergleichen, verwendet werden.
Unter besonderer Bezugnahme auf die 2A, 2B und 4 umfasst die erste Kupplungsscheibe 22 ein Reibmaterial, das auf mindestens einer der ersten und zweiten Seiten 36, 38 der ersten Kernscheibe 28 angeordnet ist. Das Reibmaterial wird auf die erste Kernscheibe 28 geklebt, um die erste Kupplungsscheibe 22 zu bilden. Das Reibmaterial kann z. B. mit einem Haftkleber auf die erste Kernscheibe 28 geklebt werden. Üblicherweise umfasst die erste Kupplungsscheibe 22 das Reibmaterial sowohl auf der ersten als auch auf der zweiten Seite 36, 38. Es ist jedoch zu beachten, dass die erste Kupplungsscheibe 22 das Reibmaterial nur auf einer der ersten Seite 36 oder der zweiten Seite 38 aufweisen kann. In dem in 2A und 2B dargestellten Beispiel ist ein erstes Reibmaterial 54 auf der ersten Seite 36 der ersten Kernscheibe 28 und ein zweites Reibmaterial 56 auf der zweiten Seite 38 der ersten Kernscheibe 28 angeordnet. Darüber hinaus ist ein drittes Reibmaterial 58 auf der ersten Seite 50 der zweiten Kernscheibe 46 angeordnet und das vierte Reibmaterial 60 ist auf der zweiten Seite 52 der zweiten Kernscheibe 46 angeordnet.
In einem Beispiel, das in 9 und 10 dargestellt ist, ist das erste Kupplungselement 29 der erste Konus 25 und die erste Fläche 31 ist eine äußere konische Fläche und das erste Reibmaterial 54 ist auf der äußeren konischen Fläche angeordnet. Mit anderen Worten, der erste Konus 25 ist ein männliches Konuselement mit einer durchgehenden Öffnung zur Aufnahme der Welle 26. Das zweite Kupplungselement 33 ist der zweite Konus 27 und die zweite Fläche 35 ist eine innere konische Fläche, sodass das zweite Reibmaterial 56 auf der inneren konischen Fläche angeordnet ist. Mit anderen Worten, der zweite Konus 27 ist ein weibliches Konuselement, das ebenfalls eine Öffnung zur Aufnahme der Welle 26 aufweist und konfiguriert ist, um mit dem ersten Konus 25 in Eingriff zu stehen. Der erste Konus 25 und der zweite Konus 27 können in Bezug auf Material, Funktion, Bohrungen usw. den hierin beschriebenen ersten und zweiten Kernscheiben 28, 46 ähnlich sein.
Das erste Reibmaterial 54, das zweite Reibmaterial 56, das dritte Reibmaterial 58 und das vierte Reibmaterial 60 können gleich oder verschieden sein, einschließlich gleich oder verschieden in der chemischen Zusammensetzung und/oder in der physikalischen Form. In einem Beispiel ist mindestens eines von dem ersten Reibmaterial 54, dem zweiten Reibmaterial 56, dem dritten Reibmaterial 58 und dem vierten Reibmaterial 60 stahlfrei. Vorzugsweise sind alle Reibmaterialien 54, 56, 58 und 60 stahlfrei. Mit anderen Worten, es wird bevorzugt, dass keines des ersten Reibmaterials 54, des zweiten Reibmaterials 56, des dritten Reibmaterials 58 und des vierten Reibmaterials 60 Trennscheiben sind und/oder aus Stahl bestehen. In einem anderen Beispiel besteht mindestens eines des ersten Reibmaterials 54, des zweiten Reibmaterials 56, des dritten Reibmaterials 58 und des vierten Reibmaterials 60 aus einem Papiermaterial. Obwohl nicht erforderlich, umfassen die darin enthaltenen Fasern bei vielen Papiermaterialien Baumwolle und haben eine Faserlänge von etwa 1 bis etwa 9 mm. Diese Fasern werden im Folgenden zusätzlich beschrieben. In diesem Papiermaterialbeispiel bestehen vorzugsweise alle Reibmaterialien 54, 56, 58 und 60 aus dem Papiermaterial. Mit anderen Worten, auch in diesem Beispiel ist es vorzuziehen, dass keines des ersten Reibmaterials 54, des zweiten Reibmaterials 56, des dritten Reibmaterials 58 und des vierten Reibmaterials 60 Trennscheiben sind und/oder aus Stahl bestehen. Als Ergebnis der in diesem Absatz beschriebenen Anordnungen wird eine Reibungs-Reibungs-Grenzfläche zwischen der ersten und der zweiten Kupplungsscheibe 22, 24 erreicht.
Das Reibmaterial ist eine Komponente des Kupplungssystems 20, und jede hierin enthaltene Beschreibung des Reibmaterials ist auf eines oder mehrere des ersten Reibmaterials 54, des zweiten Reibmaterials 56, des dritten Reibmaterials 58 und des vierten Reibmaterials 60 anwendbar. In bestimmten Ausführungsformen kann das Reibmaterial eine oder mehrere Lagen oder Schichten umfassen. Mit anderen Worten, in diesem Fall umfasst das Reibmaterial nicht zwei oder mehrere verschiedene Lagen oder Schichten. In solchen Fällen wird das Reibmaterial auch als ein einziger Körper bezeichnet.
In anderen Ausführungsformen umfasst das Reibmaterial zwei oder mehrere Lagen oder Schichten, d. h. mehrere Lagen oder mehrere Schichten. Beispielsweise kann das Reibmaterial zwei Lagen umfassen, wie es bei einer zweilagigen Struktur der Fall wäre. Nicht einschränkende, beispielhafte mehrschichtige Reibmaterialien werden in beschrieben: U.S.-Patent Nr. 6,875,711 ; U.S.-Patent Nr. 10,436,272 ; und U.S.-Veröffentlichung Nr. 2019/0003544 , deren gesamte Inhalte hierin als Referenz enthalten ist.
In einem Beispiel, das in 5 dargestellt ist, ist mindestens eines des ersten Reibmaterials 54, des zweiten Reibmaterials 56, des dritten Reibmaterials 58 und des vierten Reibmaterials 60 ein doppellagiges Reibmaterial. Es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass mindestens eines des ersten Reibmaterials 54, des zweiten Reibmaterials 56, des dritten Reibmaterials 58 und des vierten Reibmaterials 60 ein einlagiges Reibmaterial ist, wie in 2A und 2B gezeigt, oder ein dreilagiges Reibmaterial, wie in 6 gezeigt. Es ist zu beachten, dass zweilagige Reibmaterialien bei Bedarf in Kombination mit dreilagigen Reibmaterialien verwendet werden können.
Wie oben erwähnt, können das erste Reibmaterial 54, das zweite Reibmaterial 56, das dritte Reibmaterial 58 und das vierte Reibmaterial 60 gleich oder verschieden sein. Obwohl nicht erforderlich, umfassen in bestimmten Ausführungsformen das erste Reibmaterial 54, das zweite Reibmaterial 56, das dritte Reibmaterial 58 und das vierte Reibmaterial 60 jeweils unabhängig voneinander eine reibungserzeugende Schicht und eine Basisschicht. Die reibungserzeugende Schicht weist eine reibungserzeugende Fläche auf und umfasst Reibungspartikel, die Kieselgurpartikel und/oder Cashewnusspartikel umfassen. Die Basisschicht grenzt an die reibungserzeugende Schicht an und weist eine Haftfläche auf, die der reibungserzeugenden Fläche der reibungserzeugenden Schicht gegenüberliegt und im Allgemeinen parallel zu ihr verläuft. Die Haftfläche der Basisschicht ist mit der Kernscheibe 28, 46, dem ersten Konus 25 und dem zweiten Konus 27 verklebt. Die Basisschicht umfasst Fasern und einen Füllstoff. Wie weiter unten zusätzlich beschrieben, umfassen die Fasern in der Basisschicht Aramidfasern, Kohlenstofffasern und/oder Zellulosefasern; und der Füllstoff umfasst Kohlenstoffpartikel und/oder Kieselgurpartikel. Zusätzliche Beschreibung und Optionen für die Fasern und Füllstoffe sind unten aufgeführt. Darüber hinaus ist das Reibmaterial üblicherweise porös und umfasst ein Harz, das in der reibungserzeugenden Schicht und in der Basisschicht vorhanden ist.
Das Reibmaterial umfasst die Basisschicht. Wie oben angedeutet, ist zu beachten, dass in manchen Ausführungsformen das Reibmaterial ein einschichtiges Material ist und somit nur die Basisschicht umfasst und keine zusätzlichen Schichten (z. B. reibungserzeugende Schichten) enthalten sind. Die Basisschicht kann alternativ als Kernschicht, als Primärschicht oder als poröse Schicht beschrieben werden. In manchen Ausführungsformen hat die Basisschicht eine Dicke von 0,2 mm bis 3,7 mm, von 0,3 mm bis 3 mm, von 0,3 mm bis 2 mm, von 0,3 mm bis 1 mm, von 0,3 mm bis 0,9 mm, von 0,4 mm bis 0,8 mm, von 0,5 mm bis 0,7 mm, von 0,6 mm bis 0,7 mm oder von 0,2 mm bis 0,35 mm. Alternativ beträgt die Dicke der Basisschicht weniger als 3,75 mm, weniger als 3 mm, weniger als 2 mm, weniger als 1 mm, weniger als 0,9 mm, weniger als 0,8 mm, weniger als 0,7 mm, weniger als 0,6 mm, weniger als 0,5 mm oder weniger als 0,4 mm, aber mehr als 0,1 mm. In zusätzlichen, nicht einschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Dickenwerte und Wertebereiche innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte betrachtet. Diese Dicke kann sich auf eine Dicke vor oder nach der Aushärtung des Harzes beziehen.
Die Basisschicht umfasst die Fasern. Die Fasern können alternativ als eine Vielzahl von Fasern beschrieben werden. Eine oder mehrere verschiedene Arten von Fasern können in der Basisschicht enthalten sein. Die Fasern können aus Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Zellulosefasern, Acrylfasern, Polyvinylalkoholfasern, Glasfasern, Mineralfasern und Kombinationen davon ausgewählt werden. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Faser eine oder Kombinationen der zuvor genannten Faserarten. Alle Gewichtsbereiche und Verhältnisse der verschiedenen Kombinationen der zuvor genannten Fasern werden hiermit ausdrücklich in verschiedenen nicht einschränkenden Ausführungsformen betrachtet.
Die Fasern können Aramid umfassen, z. B. AB-Homopolymere, AABB-Polymere usw. In anderen Ausführungsformen bestehen die Fasern aus oder bestehen im Wesentlichen aus Aramid. Verschiedene, nicht einschränkende Beispiele für Aramide umfassen Handelsnamen wie Kevlar®, Twaron®, Nomex®, New Star® und Teijinconex®. Es können eine oder mehrere Aramidarten verwendet werden. In einer Ausführungsform ist das Aramid PolyParaphenylenterephthalamid. In einer anderen Ausführungsform ist das Aramid zwei oder mehrere Aramidarten, z. B. ein erstes Polyparaphenylenterephthalamid und ein zweites Polyparaphenylenterephthalamid, das sich von dem ersten unterscheidet.
In manchen Ausführungsformen umfassen die Fasern Zellulose, z. B. aus Holz, Baumwolle usw. In anderen Ausführungsformen bestehen die Fasern im Wesentlichen aus oder bestehen aus Zellulose. Die Zellulosefasern können aus Abacäfaser, Bagassefaser, Bambusfaser, Kokosfaser, Baumwollfaser, Agavenfaser, Flachsfaser, Leinenfaser, Hanffaser, Jutefaser, Kapokfaser, Kenafaser, Piñafaser, Kiefernfaser, Bastfaser, Ramiefaser, Rattanfaser, Sisalfaser, Holzfaser und Kombinationen davon ausgewählt werden. In manchen spezifischen Ausführungsformen werden Zellulosefasern verwendet, die aus Holz gewonnen werden, wie z. B. Birkenfasern und/oder Eukalyptusfasern. In anderen Ausführungsformen werden Zellulosefasern wie Baumwollfasern verwendet. Wenn Baumwollfasern verwendet werden, haben sie üblicherweise fibrillierte Stränge, die mit einem Hauptfaserkern verbunden sind und dazu beitragen, eine Delamination des Reibmaterials während des Gebrauchs zu verhindern.
In einer wieder anderen Ausführungsformen umfassen die Fasern Acryl. In anderen Ausführungsformen bestehen die Fasern aus oder bestehen die Fasern im Wesentlichen aus Acryl. Acrylfasern werden üblicherweise aus einem oder mehreren synthetischen Acrylpolymeren gebildet, wie z. B. solche, die aus mindestens 85 Gew.-% Acrylnitrilmonomeren gebildet werden.
In wieder anderen Ausführungsformen umfassen die Fasern Kohlenstoff. In anderen Ausführungsformen bestehen die Fasern aus oder bestehen im Wesentlichen aus Kohlenstoff.
In verschiedenen Ausführungsformen haben die Fasern Durchmesser von 1 µm bis 500 µm und Längen von 0,1 mm bis 20 mm. In weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Werte und Wertebereiche von Durchmesser und Länge innerhalb und einschließlich der zuvor genannten Bereichsendpunkte betrachtet.
Die Fasern können gewebt, nicht gewebt, gesintert oder jede andere geeignete Konstruktion sein.
In verschiedenen Ausführungsformen haben die Fasern eine Canadian Standard Freeness (T 227 om) („CSF“) von über 200. In manchen Ausführungsformen werden weniger fibrillierte Fasern verwendet, die einen CSF von 250 bis 550 haben. In anderen Ausführungsformen haben die Fasern einen CSF von 550 bis 750 oder mehr als 750. In weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Werte und Wertebereiche des CSF innerhalb und einschließlich der zuvor genannten Bereichsendpunkte betrachtet.
Die Terminologie „CSF“ beschreibt, dass der Grad der Fibrillierung der Fasern als Maß für die Freiheit der Fasern beschrieben werden kann. Der CSF-Test ist ein empirisches Verfahren, das ein willkürliches Maß für die Geschwindigkeit angibt, mit der eine Suspension von drei Gramm Fasern in einem Liter Wasser entwässert werden kann. Daher haben weniger fibrillierte Fasern eine höhere Freiheit oder eine höhere Entwässerungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus dem Reibmaterial als andere Fasern. Insbesondere können die CSF-Werte in Schopper-Riegler-Werte umgerechnet werden. Die CSF kann ein Durchschnittswert sein, der die CSF aller Fasern darstellt. Daher ist zu beachten, dass die CSF einer bestimmten Faser außerhalb der oben angegebenen Bereiche liegen kann, der Durchschnittswert jedoch innerhalb dieser Bereiche liegt.
Die Basisschicht umfasst auch den Füllstoff. Der Füllstoff ist nicht eingeschränkt und kann jeder auf dem Fachgebiet bekannte sein. Beispielsweise kann der Füllstoff ein verstärkender oder ein nicht-verstärkender Füllstoff sein. Der Füllstoff kann aus Kieselerde, Kieselgur, Graphit, Kohlenstoff, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, Titanoxid, Ceroxid, Zirkonoxid, Cordierit, Mullit, Sillimanit, Spodumen, Petalit, Zirkon, Siliziumcarbid, Titancarbid, Borcarbid, Hafniumcarbid, Siliziumnitrid, Titannitrid, Titanborid und Kombinationen davon ausgewählt werden. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Füllstoff Kieselgur. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Füllstoff eine oder mehrere Kombinationen der zuvor genannten Füllstoffarten. Alle Gewichtsbereiche und Verhältnisse der verschiedenen Kombinationen der zuvor genannten Füllstoffarten werden hiermit ausdrücklich in verschiedenen, nicht einschränkenden Ausführungsformen betrachtet.
Der Füllstoff kann eine Partikelgröße von 0,5 bis 80 Mikrometern oder von 0,5 bis 20 Mikrometern haben. In weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Werte und Wertebereiche der Partikelgröße innerhalb und einschließlich der zuvor genannten Bereichsendpunkte betrachtet.
Die Basisschicht kann ferner auf dem Fachgebiet bekannte Zusätze umfassen.
Das Reibmaterial kann auch die reibungserzeugende Schicht umfassen. Die reibungserzeugende Schicht wird allgemein auch als „Ablagerung“ oder „Ablagerungsschicht“ bezeichnet. Die reibungserzeugende Schicht kann in dem Reibmaterial in einem abgestuften Muster, gemessen in einer Richtung von der reibungserzeugenden Fläche in die Basisschicht (in Richtung der Haftfläche), angeordnet sein, wobei eine Konzentration der Komponenten der reibungserzeugenden Schicht an der reibungserzeugenden Fläche am größten ist.
In vielen Ausführungsformen hat die reibungserzeugende Schicht eine Dicke von 10 µm bis 600 µm, von 12 µm bis 450 µm, von 12 µm bis 300 µm, von 12 µm bis 150 µm oder von 14 µm bis 100 µm. Alternativ beträgt die Dicke der reibungserzeugenden Schicht weniger als 150 µm, weniger als 125 µm, weniger als 100 µm oder weniger als 75 µm, aber mehr als 10 µm. In weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Werte und Wertebereiche der Dicke innerhalb und einschließlich der zuvor genannten Bereichsendpunkte betrachtet. Die Dicke kann sich auf eine Dicke der reibungserzeugenden Schicht vor oder nach der Aushärtung des Harzes beziehen.
Die reibungserzeugende Schicht kann die reibungsanpassenden Partikel umfassen. Die reibungsanpassenden Partikel können eine oder mehrere verschiedene Arten von Partikeln umfassen. Die reibungsanpassenden Partikel verleihen dem Reibmaterial einen hohen Reibungskoeffizienten. Die Art oder die Arten der verwendeten reibungsanpassenden Partikel können je nach den gewünschten Reibungseigenschaften variieren.
In verschiedenen Ausführungsformen können die reibungsanpassenden Partikel aus einer oder mehreren der oben beschriebenen Füllstoffpartikelarten (dem Füllstoff) ausgewählt werden. Alternativ kann der oben beschriebene Füllstoff aus einer oder mehreren der unten beschriebenen reibungsanpassenden Partikelarten (reibungsanpassende Partikel) ausgewählt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen werden die reibungsanpassenden Partikel aus Siliciumdioxidpartikeln, Kohlenstoffpartikeln, Graphitpartikeln, Aluminiumoxidpartikeln, Magnesiumoxidpartikeln, Calciumoxidpartikeln, Titanoxidpartikeln, Ceroxidpartikeln, Zirkonoxidpartikeln, Cordieritpartikeln, Mullitpartikeln, Sillimanitpartikeln, Spodumenpartikeln, Petalitpartikeln, Zirkonpartikeln, Siliciumcarbidpartikeln, Titancarbidpartikeln, Borcarbidpartikeln, Hafniumcarbidpartikeln, Siliciumnitridpartikeln, Titannitridpartikeln, Titanboridpartikeln, Cashewnusspartikeln, Kautschukpartikeln und Kombinationen davon ausgewählt. In verschiedenen Ausführungsformen umfassen die reibungsanpassenden Partikel eine oder mehrere Kombinationen der zuvor genannten Partikelarten. Alle Gewichtsbereiche und Verhältnisse der verschiedenen Kombinationen der vorgenannten Partikelarten werden hiermit ausdrücklich in verschiedenen, nicht einschränkenden Ausführungsformen betrachtet.
In manchen Ausführungsformen umfassen die reibungsanpassenden Partikel mindestens eine Partikelart, die aus Cashewnusspartikeln, Kieselerdepartikeln und Kieselgurpartikeln ausgewählt wird. In anderen Ausführungsformen bestehen die reibungsregulierenden Partikel im Wesentlichen aus oder bestehen aus verschiedenen Kombinationen von Cashewnusspartikeln, Kieselerdepartikeln und Kieselgurpartikeln.
In manchen Ausführungsformen umfassen die reibungsanpassenden Partikel Cashewnusspartikel. In wieder anderen bestimmten Ausführungsformen bestehen die reibungsanpassenden Partikel im Wesentlichen aus oder bestehen aus Cashewnusspartikeln. Natürlich besteht in manchen dieser Ausführungen die reibungserzeugende Schicht im Wesentlichen aus oder besteht aus Cashewnusspartikeln. Fachleute auf dem Gebiet verstehen Cashewnusspartikel als Partikel, die aus Cashewnussschalenöl gebildet werden. Cashewnussschalenöl wird manchmal auch als Cashewnussschalenflüssigkeit (CNSL) und ihre Derivate bezeichnet.
In manchen Ausführungsformen umfassen die reibungsanpassenden Partikel auch Kieselgurpartikel. Natürlich bestehen in anderen Ausführungsformen die reibungsanpassenden Partikel im Wesentlichen aus oder bestehen aus Kieselgurpartikeln. In manchen dieser Ausführungsformen besteht die reibungserzeugende Schicht daher im Wesentlichen aus oder besteht aus Kieselgurpartikeln. Kieselgur ist ein kieselerdehaltiges Mineral. Kieselgur ist ein preiswertes, abrasives Material, das einen relativ hohen Reibungskoeffizienten aufweist. CELITE® und CELATOM® sind zwei Handelsnamen von Kieselgur, die verwendet werden können.
In manchen Ausführungsformen umfassen die reibungsanpassenden Partikel eine Kombination aus Cashewnusspartikeln und Kieselgurpartikeln. Natürlich bestehen in anderen Ausführungsformen die reibungsanpassenden Partikel im Wesentlichen aus oder bestehen aus einer Kombination von Cashewnusspartikeln und Kieselgurpartikeln. In manchen dieser Ausführungsformen besteht die reibungserzeugende Schicht im Wesentlichen aus oder besteht aus Cashewnusspartikeln und Kieselgurpartikeln.
In verschiedenen Ausführungsformen umfassen die reibungsanpassenden Partikel Elastomerpartikel. Elastomerpartikel weisen Elastizität und andere gummiähnliche Eigenschaften auf. Solche Elastomerpartikel können mindestens eine Partikelart sein, die aus Cashewnusspartikeln und Kautschukpartikeln ausgewählt wird. In manchen Ausführungsformen werden Kautschukpartikel einschließlich Silikonkautschuk, Styrolbutadienkautschuk, Butylkautschuk und halogenierte Kautschuke, wie Chlorbutylkautschuk, Brombutylkautschuk, Polychloroprenkautschuk und Nitrilkautschuk, verwendet. In anderen Ausführungsformen werden Kautschukpartikel verwendet, die im Wesentlichen aus Silikonkautschuk, Styrolbutadienkautschuk, Butylkautschuk und halogenierten Kautschuken wie Chlorbutylkautschuk, Brombutylkautschuk, Polychloroprenkautschuk und Nitrilkautschuk bestehen oder aus diesen bestehen.
In manchen bestimmten Ausführungsformen umfassen die Elastomerpartikel Silikonkautschukpartikel. In anderen bestimmten Ausführungsformen bestehen die Elastomerpartikel im Wesentlichen aus oder bestehen aus Silikonkautschukpartikeln.
In manchen bestimmten Ausführungsformen umfassen die Elastomerpartikel Nitrilkautschukpartikel. In anderen bestimmten Ausführungsformen bestehen die Elastomerpartikel im Wesentlichen aus oder bestehen aus Nitrilkautschukpartikeln.
In verschiedenen Ausführungsformen haben die reibungsanpassenden Partikel einen mittleren Durchmesser von 100 nm bis 80 µm, von 500 nm bis 30 µm oder von 800 nm bis 20 µm. In weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Werte und Wertebereiche des mittleren Durchmessers innerhalb und einschließlich der zuvor genannten Bereichsendpunkte betrachtet.
Die reibungserzeugende Schicht kann ferner reibungsanpassende Fasern umfassen. Die nachstehenden reibungsanpassenden Fasern können aus jedem der oben beschriebenen Fasertypen (die Faser) ausgewählt werden.
In manchen Ausführungsformen umfasst die reibungserzeugende Schicht reibungsanpassende Partikel, umfasst aber nicht die reibungsanpassenden Fasern. In manchen dieser Ausführungsformen besteht die reibungserzeugende Schicht im Wesentlichen aus oder besteht aus reibungsanpassenden Partikeln.
In anderen Ausführungsformen umfasst die reibungserzeugende Schicht sowohl reibungsanpassende Partikel als auch reibungsanpassende Fasern. Beispielsweise umfasst die reibungserzeugende Schicht in manchen bestimmten Ausführungsformen Zellulosefasern, Kieselgurpartikel und, optional, Elastomerpartikel.
Die reibungserzeugende Schicht kann ferner in der Technik bekannte Zusätze umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen werden die Komponenten (z. B. die reibungsanpassenden Partikel, reibungsanpassenden Fasern und/oder jegliche Zusätze) der reibungserzeugenden Schicht in einer Menge von 0,5 bis 100 lb pro 3000 ft² (0.2 bis 45,4 kg pro 278,71 m²) einer Fläche der Basisschicht, von 3 bis 80 lb pro 3000 ft² (1,4 kg bis 36,3 kg pro 278,71 m²) der Fläche der Basisschicht, von 3 bis 60 lb pro 3000 ft² (1,4 kg bis 27,2 kg pro 278,71 m²) der Fläche der Basisschicht, von 3 bis 40 lb pro 3000 ft² (1,4 kg bis 18,1 kg pro 278,71 m²) der Fläche der Basisschicht, von 3 bis 20 lb pro 3000 ft² (1,4 kg bis 9,1 kg pro 278,71 m²) der Fläche der Basisschicht, von 3 bis 12 lb pro 3000 ft² (1,4 kg bis 5,4 kg pro 278,71 m²) der Fläche der Basisschicht, oder von 3 bis 9 lb pro 3000 ft² (1,4 kg bis 4,1 kg pro 278,71 m²) der Fläche der Basisschicht verwendet. In zusätzlichen, nicht einschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Werte und Wertebereiche von Mengen innerhalb und einschließlich der zuvor genannten Bereichsendpunkte betrachtet. Die unmittelbar zuvor beschriebenen Mengen sind in Einheiten von lb pro 3000 ft² angegeben, die in der Papierindustrie als Maß für das Gewicht auf der Grundlage einer Fläche üblich sind. Oben drücken die Einheiten das Gewicht der reibungserzeugenden Schicht pro 3000 ft² der Fläche der Basisschicht aus.
Wie oben angegeben, kann das Reibmaterial auch eine oder mehrere zusätzliche Schichten umfassen. Die zusätzlichen Schichten können jede beliebige Kombination der oben beschriebenen Fasern und Füllstoffe umfassen.
In dem Reibmaterial befindet sich ein Harz. Das Harz kann homogen oder heterogen innerhalb des Reibmaterials dispergiert sein. In manchen Ausführungsformen ist das Harz in einer der Schichten vorhanden. Üblicherweise ist das Harz in allen der einen oder mehreren Schichten vorhanden.
Das Harz kann aushärtbar sein. Alternativ kann das Harz von der Art sein, die nicht aushärtet. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Harz je nach dem Stadium der Bildung des Reibmaterials ungehärtet, teilweise gehärtet oder vollständig ausgehärtet sein.
In manchen Ausführungsformen kann das Harz jedes wärmehärtende Harz sein, das geeignet ist, um dem Reibmaterial strukturelle Festigkeit zu verleihen. Es können Phenolharze und Harze auf Phenolbasis verwendet werden. Ein Phenolharz ist eine Klasse von wärmehärtenden Harzen, die durch die Kondensation eines aromatischen Alkohols, üblicherweise eines Phenols, und eines Aldehyds, üblicherweise eines Formaldehyds, hergestellt wird. Ein Harz auf Phenolbasis ist ein wärmehärtendes Harzgemisch, das üblicherweise mindestens 50 Gew.-% eines Phenolharzes, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Harze und ausschließlich aller Lösungsmittel oder Prozesssäuren, umfasst. Es ist zu verstehen, dass verschiedene Harze auf Phenolbasis modifizierende Bestandteile umfassen können, wie z. B. Epoxid, Butadien, Silikon, Tungöl, Benzol, Cashewnussöl und dergleichen. In manchen Ausführungsformen wird ein silikonmodifiziertes Phenolharz verwendet, das 5 bis 80 Gewichtsprozent eines Silikonharzes enthält, wobei die restlichen Gewichtsprozent dem Phenolharz oder der Kombination des Phenolharzes mit anderen verschiedenen Harzen zugeschrieben werden. In anderen Ausführungsformen wird ein epoxidmodifiziertes Phenolharz verwendet, das 5 bis 80 Gewichtsprozent eines Epoxidharzes enthält, wobei die restlichen Gewichtsprozent dem Phenolharz oder der Kombination des Phenolharzes mit anderen verschiedenen Harze zugeschrieben werden.
In manchen Ausführungsformen kann das Harz 5 bis 100 oder 5 bis 80 Gewichtsprozent eines Silikonharzes enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Harze und ausschließlich aller Lösungsmittel oder Prozesssäuren. Verwendbare Silikonharze können thermisch härtende Silikone und elastomere Silikone umfassen. Es können auch verschiedene Silikonharze verwendet werden, z. B. solche, die D-, T-, M- und Q-Einheiten umfassen (z. B. DT-Harze, MQ-Harze, MDT-Harze, MTQ-Harze, QDT-Harze...).
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Harz in einer Menge von 20 bis 90, 20 bis 80 oder 25 bis 60 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Nicht-Harz-Komponenten in dem Reibmaterial 10, vorhanden. Beispielsweise kann das Harz in einer Menge von 25 bis 75, 25 bis 70, 30 bis 75, 30 bis 70 oder 30 bis 55 oder 35 bis 65 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Nicht-Harz-Komponenten in dem Reibmaterial, vorhanden sein. Dieser Wert kann alternativ als Harz-„Messwertgeber“ bezeichnet werden. In weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Werte und Wertebereiche der Harzmengen innerhalb und einschließlich der zuvor genannten Bereichsendpunkte betrachtet.
Nach dem Aushärten verleiht das gehärtete Harz dem Reibmaterial Festigkeit und Steifigkeit und verklebt die Komponenten der Schicht(en) miteinander, während es eine gewünschte Porosität für den ordnungsgemäßen Schmiermittelfluss und -rückhalt beibehält und auch das Reibmaterial mit dem Substrat, z. B. der Kernscheibe 28, 46, wie nachstehend beschrieben, verklebt.
Das Reibmaterial umfasst eine Vielzahl von Poren. Jede der Poren hat eine Porengröße.
Die Poren können homogen oder heterogen über das Reibmaterial verteilt sein. Beispielsweise kann mindestens eine der Basisschichten, die reibungserzeugende Schicht und alle weiteren Schichten die Poren umfassen (porös sein). In manchen Beispielen hat jede Schicht eine unterschiedliche Porosität, durchschnittliche Porengröße und/oder mittlere Porengröße. In anderen Beispielen hat jede Schicht etwa die gleiche Porosität, durchschnittliche Porengröße und/oder mittlere Porengröße.
Die Porengröße kann nach ASTM D4404-10 bestimmt werden. In verschiedenen Ausführungsformen beträgt die mittlere Porengröße in dem Reibmaterial 0,5 bis 50, 1 bis 50, 2 bis 50, 2 bis 45, 2 bis 30, 2 bis 15 oder 3 bis 10 µm, bestimmt nach ASTM D4404-10. In zusätzlichen, nicht einschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Werte und Wertebereiche der mittleren Porengröße innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte betrachtet.
In anderen Ausführungsformen hat das Reibmaterial eine Porosität von 25 % bis 85 %, bestimmt nach ASTM D4404-10. Die Porosität des Reibmaterials kann als Prozentsatz des Reibmaterials beschrieben werden, das zur Luft hin offen ist. In verschiedenen Ausführungsformen hat das Reibmaterial 10 eine Porosität von 30 bis 80 oder 40 bis 75 %, bestimmt nach dem ASTM-Testverfahren D4404-10. In zusätzlichen, nicht einschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Werte und Wertebereiche der Porosität innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte betrachtet.
In wieder anderen Ausführungsformen weist das Reibmaterial eine Kompression von 2 bis 30, von 4 bis 15 oder von 6 bis 8 % bei 2 MPa auf. Kompression ist eine Materialeigenschaft des Reibmaterials, die gemessen werden kann, wenn das Reibmaterial auf einem Substrat angeordnet ist (d. h. gemessen wird, wenn das Reibmaterial auf einer Kernscheibe als Teil einer Reibungsscheibe angeordnet ist) oder wenn das Reibmaterial nicht auf einem Substrat angeordnet ist. Üblicherweise ist die Kompression ein Maß für einen Abstand (z. B. mm), um den das Reibmaterial 10 unter einer bestimmten Last komprimiert wird. Beispielsweise wird eine Dicke des Reibmaterials 10 vor dem Aufbringen einer Last gemessen. Dann wird die Last auf das Reibmaterial 10 aufgebracht. Nachdem die Last für eine bestimmte Zeitspanne aufgebracht wurde, wird die neue Dicke des Reibmaterials 10 gemessen. Bemerkenswert ist, dass diese neue Dicke des Reibmaterials 10 gemessen wird, während das Reibmaterial 10 noch unter der Last steht. Die Kompression hängt üblicherweise mit der Elastizität zusammen, wie von Fachleuten verstanden wird. Je elastischer das Reibmaterial ist, desto mehr Rückkehr wird nach der Kompression beobachtet. Dies führt üblicherweise zu weniger Belagverlust und zur Bildung von weniger Quellpunkten, was beides während des Gebrauchs wünschenswert ist. In weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Werte und Kompressionswertebereiche innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte betrachtet.
Die Anfangsdicke des Reibmaterials beträgt üblicherweise 0,3 bis 4, 0,4 bis 3, 0,4 bis 2, 0,4 bis 1,6, 0,4 bis 1,5, 0,5 bis 1,4, 0,6 bis 1,3, 0,7 bis 1,2, 0,8 bis 1,1 oder 0,9 bis 1 mm. Diese Dicke bezieht sich auf eine Dicke vor dem Kleben an das Substrat (z. B. Kernscheibe 28, 46) und kann als Kaliberdicke bezeichnet werden. Diese Dicke kann sich auf die Dicke des Reibmaterials mit ungehärtetem, durchgehend verteiltem Harz oder auf die Dicke des Rohpapiers ohne Harz beziehen. In weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Werte und Wertebereiche der Dicke innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte betrachtet.
Nach dem Kleben an das Substrat und dem Aushärten des Harzes beträgt die Gesamtdicke des Reibmaterials üblicherweise 0,3 bis 3,75, 0,4 bis 3, 0,4 bis 2, 0,4 bis 1,6, 0,4 bis 1,5, 0,5 bis 1,4, 0,6 bis 1,3, 0,7 bis 1,2, 0,8 bis 1,1 oder 0,9 bis 1 mm. Diese Dicke ist üblicherweise die Dicke der Fasern/Basis einschließlich der Ablagerung und des Harzes und wird nach dem Kleben an das Substrat gemessen. In zusätzlichen, nicht einschränkenden Ausführungsformen werden hiermit ausdrücklich alle Werte und Wertebereiche der Gesamtdicke innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte betrachtet.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Reibmaterial mit dem Substrat verbunden, das üblicherweise die Kernscheibe, der erste Konus und der zweite Konus ist. Bei dem Kleben an das Substrat erreicht die Klebefläche mit oder ohne Hilfe eines Klebstoffs oder einer anderen geeigneten Klebetechnik eine geklebte Verbindung mit dem Substrat.
In einem Beispiel umfasst das Reibmaterial eine reibungserzeugende Schicht, die eine reibungserzeugende Fläche darstellt. Das reibungserzeugende Material umfasst reibungsanpassende Partikel, die aus Kohlenstoffpartikeln, Kieselgurpartikeln, Cashewnusspartikeln und Kombinationen davon ausgewählt sind. Das Reibungsmaterial kann auch eine Basisschicht umfassen, die an die reibungserzeugende Schicht angrenzt und eine Klebefläche aufweist, die der reibungserzeugenden Fläche der reibungserzeugenden Schicht gegenüberliegt. Die Basisschicht umfasst Fasern einschließlich Aramidfasern, Kohlenstofffasern und/oder Zellulosefasern zusammen mit einem Füllstoff, der Kohlenstoffpartikel und/oder Kieselgurpartikel umfasst. Zusätzlich ist ein Harz in der reibungserzeugenden Schicht, der Kernschicht und der Basisschicht vorhanden.
Während des Betriebs des Fahrzeugstromgenerators 12 bewegen sich die erste Kupplungsscheibe 22 und die zweite Kupplungsscheibe 24 zwischen einer ausgerückten Position, in der die erste Kupplungsscheibe 22 und die zweite Kupplungsscheibe 24 voneinander ausgerückt sind, und einer eingerückten Position, in der die erste Kupplungsscheibe 22 und die zweite Kupplungsscheibe 24 in Eingriff stehen. Traditionelle Kupplungssysteme 110 (siehe 1) umfassen Trennscheiben aus Stahl, die zwischen den Kupplungsscheiben angeordnet sind, um eine Wärmesenke für die bei dem Eingreifen erzeugte Energie zu bilden. Wichtig ist jedoch, dass es sich bei dem Kupplungssystem 20, wie hierin beschrieben, um stahlfreie Trennscheiben handelt. Genauer gesagt ist, wenn sich die erste Kupplungsscheibe 22 und die zweite Kupplungsscheibe 24 in der Eingriffsposition befinden, das zweite Reibmaterial 56, das auf der ersten Kernscheibe 28 angeordnet ist, konfiguriert, um mit dem dritten Reibmaterial 58, das auf der zweiten Kernscheibe 46 angeordnet ist, in Eingriff zu stehen. Durch den direkten Eingriff des zweiten Reibmaterials 56 und des dritten Reibmaterials 58 wird eine Reibungs-Reibungs-Grenzfläche hergestellt. Darüber hinaus wird durch den direkten Eingriff des zweiten Reibmaterials 56 und des dritten Reibmaterials 58 der Losbrechkoeffizient bei „momentanem Spitzenwert“ (7) und bei „1 Sekunde‟ (8) im Vergleich zu herkömmlichen Kupplungsbaugruppen mit einer Trennscheibe aus Stahl erhöht. Genauer gesagt stellen die 7 und 8 den erhöhten Losbrechkoeffizienten und den momentanen Spitzenwert eines ersten und zweiten verbesserten Kupplungssystems 20 (entweder verbessertes Kupplungssystem 1 oder 2) gegenüber den herkömmlichen Kupplungssystemen 1, 2 und 3 grafisch dar. Der Wegfall der Trennscheiben führt zu Gewichtsverringerungen und einer Verringerung der axialen Länge sowohl des Fahrzeuggetriebesystems 10 als auch des Kupplungssystems 20, was zu einer erhöhten Gesamtkraftstoffeffizienz und geringeren Fahrzeugemissionen führt. Darüber hinaus führt der direkte Eingriff des zweiten Reibmaterials 56 und des dritten Reibmaterials 58 während des Betriebs zu einer zusätzlichen Verbesserung der Fahrzeugleistung einschließlich eines erhöhten Losbrechkoeffizienten bei verschiedenen Belastungen, wie am besten in den 7 und 8 dargestellt.
In ähnlicher Weise bewegen sich, wie am besten in 9 und 19 dargestellt, der erste Konus 25 und der zweite Konus 27 zwischen einer ausgerückten Position, in der der erste Konus 25 und der zweite Konus 27 voneinander ausgerückt sind, und einer eingerückten Position, in der der erste Konus 25 und der zweite Konus 27 miteinander in Eingriff stehen, d. h. das erste Reibmaterial 54 des ersten Konus 25 greift in das zweite Reibmaterial 56 des zweiten Konus 27 ein. Herkömmliche Konuskupplungssysteme bringen ein erstes Reibmaterial 54 des ersten Konus' 25 mit einer Stahlfläche des zweiten Konus' 27 in Eingriff, um eine Wärmesenke für die während des Eingriffs erzeugte Energie bereitzustellen. Das Kupplungssystem 20, wie hierin beschrieben, bringt jedoch das erste Reibmaterial 54 des ersten Konus' 25 mit dem zweiten Reibmaterial 56 des zweiten Konus' 27 in Eingriff. Durch das direkte Eingreifen des ersten Reibmaterials 54 und des zweiten Reibmaterials 56 wird eine Reibungs-Reibungs-Grenzfläche hergestellt, die, wie oben beschrieben, eine Gewichts- und Längenverringerung sowie eine Verbesserung der Fahrzeugleistung ermöglicht.
Alle Kombinationen der zuvor genannten Ausführungsformen während der gesamten Offenbarung werden hiermit ausdrücklich in einer oder mehreren nicht einschränkenden Ausführungsformen betrachtet, auch wenn eine solche Offenbarung nicht wörtlich in einem einzigen Absatz oder Abschnitt oben beschrieben wird. Mit anderen Worten kann eine ausdrücklich betrachtete Ausführungsform ein oder mehrere oben beschriebene Elemente umfassen, die aus einem beliebigen Teil der Offenbarung ausgewählt und kombiniert werden. Darüber hinaus können einer oder mehrere der oben beschriebenen Werte um ±5 %, ± 10 %, ± 15 %, ±20 %, ±25 % usw. variieren, solange die Abweichung innerhalb des Anwendungsbereichs der Offenbarung bleibt. Unerwartete Ergebnisse können von jedem Mitglied einer Markush-Gruppe unabhängig von allen anderen Mitgliedern erzielt werden. Jedes Mitglied kann einzeln und oder in Kombination herangezogen werden und bietet angemessene Unterstützung für spezifische Ausführungsformen innerhalb des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche. Der Gegenstand aller Kombinationen von unabhängigen und abhängigen Ansprüchen, sowohl einzeln als auch in Mehrfachabhängigkeit, wird hierin ausdrücklich betrachtet. Die Offenbarung hat veranschaulichenden Charakter und umfasst beschreibende statt beschränkender Worte. Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Offenbarung sind im Lichte der obigen Lehren möglich, und die Offenbarung kann auch anders als hierin ausdrücklich beschrieben praktiziert werden.
Es versteht sich auch, dass alle Bereiche und Unterbereiche, auf die sich bei der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gestützt wird, unabhängig und kollektiv in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen und so verstanden werden, dass sie alle Bereiche einschließlich ganzer und/oder fraktionaler Werte darin beschreiben und betrachten, auch wenn solche Werte hier nicht ausdrücklich schriftlich festgehalten sind. Fachleute auf dem Gebiet erkennen ohne weiteres, dass die aufgezählten Bereiche und Unterbereiche verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausreichend beschreiben und ermöglichen, und solche Bereiche und Unterbereiche können weiter in relevante Hälften, Drittel, Viertel, Fünftel und so weiter abgegrenzt werden. Als nur ein Beispiel kann ein Bereich „von 0,1 bis 0,9“ weiter abgegrenzt werden in ein unteres Drittel, d. h. von 0,1 bis 0,3, ein mittleres Drittel, d. h. von 0,4 bis 0,6, und ein oberes Drittel, d. h. von 0,7 bis 0,9, die individuell und kollektiv im Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche liegen und auf die individuell und/oder kollektiv zurückgegriffen werden kann und die eine angemessene Unterstützung für spezifische Ausführungsformen im Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche bereitstellen. Darüber hinaus ist in Bezug auf die Sprache, die einen Bereich definiert oder modifiziert, wie z. B. „mindestens“, „größer als“, „kleiner als“, „nicht mehr als“ und dergleichen, zu verstehen, dass diese Sprache Teilbereiche und/oder eine Ober- oder Untergrenze umfasst. Als weiteres Beispiel umfasst ein Bereich von „mindestens 10“ grundsätzlich einen Unterbereich von mindestens 10 bis 35, einen Unterbereich von mindestens 10 bis 25, einen Unterbereich von 25 bis 35 usw., und auf jeden Unterbereich kann individuell und/oder kollektiv zurückgegriffen werden und jeder Unterbereich stellt eine angemessene Unterstützung für spezifische Ausführungsformen innerhalb des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche bereit. Schließlich kann auf eine einzelne Zahl innerhalb eines offenbarten Bereichs zurückgegriffen werden, die eine angemessene Unterstützung für spezifische Ausführungsformen innerhalb des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche bereitstellt. Beispielsweise umfasst ein Bereich „von 1 bis 9“ verschiedene einzelne Ganzzahlen, wie z. B. 3, sowie einzelne Zahlen einschließlich eines Dezimalkommas (oder Bruchs), wie z. B. 4,1, auf die zurückgegriffen werden kann und die eine angemessene Unterstützung für spezifische Ausführungsformen innerhalb des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche bereitstellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6875711 [0018]
US 10436272 [0018]
US 2019/0003544 [0018]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM D4404-10 [0061, 0062]

Claims

Kupplungssystem, das funktionsfähig mit einem Fahrzeugstromgenerator gekoppelt ist, wobei das Kupplungssystem Folgendes umfasst: ein erstes Kupplungsglied zum Übertragen von Drehmoment von dem Fahrzeugstromgenerator, wobei das erste Kupplungsglied Folgendes umfasst; ein erstes Kupplungselement mit einer ersten Fläche, und ein erstes Reibmaterial, das auf der ersten Fläche angeordnet ist, und ein zweites Kupplungsglied zum Übertragen von Drehmoment von dem Fahrzeugstromgenerator und konfiguriert, um mit dem ersten Kupplungsglied in Eingriff zu stehen, wobei das zweite Kupplungsglied Folgendes umfasst; ein zweites Kupplungselement mit einer zweiten Fläche, und ein zweites Reibmaterial, das auf der zweiten Fläche angeordnet ist, und wobei das erste Reibmaterial und das zweite Reibmaterial gleich oder verschieden sein können; und wobei das erste Reibmaterial konfiguriert ist, um während des Betriebs des Fahrzeugstromgenerators mit dem zweiten Reibmaterial in Eingriff zu stehen.
Kupplungssystem nach Anspruch 1, wobei mindestens eines des ersten Kupplungselements und des zweiten Kupplungselements aus Stahl besteht.
Kupplungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens eines des ersten Reibmaterials und des zweiten Reibmaterials stahlfrei ist.
Kupplungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eines des ersten Reibmaterials und des zweiten Reibmaterials aus einem Papiermaterial besteht.
Kupplungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Kupplungselement ein erster Konus ist und die erste Fläche eine äußere konische Fläche ist, sodass das erste Reibmaterial auf der äußeren konischen Fläche angeordnet ist.
Kupplungssystem nach Anspruch 5, wobei das zweite Kupplungselement ein zweiter Konus ist und die zweite Fläche eine innere konische Fläche ist, sodass das zweite Reibmaterial auf der inneren konischen Fläche angeordnet ist.
Fahrzeuggetriebesystem, das funktionsfähig mit einem Fahrzeugstromgenerator gekoppelt ist, wobei das Fahrzeuggetriebesystem Folgendes umfasst: ein Fahrzeuggetriebe, das mit dem Fahrzeugstromgenerator gekoppelt ist; und das Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, das funktionsfähig mit dem Fahrzeuggetriebe gekoppelt ist.
Fahrzeuggetriebesystem nach Anspruch 7, wobei mindestens eines des ersten Reibmaterials und des zweiten Reibmaterials ein einlagiges Reibmaterial ist.
Fahrzeuggetriebesystem nach Anspruch 7, wobei mindestens eines des ersten Reibmaterials und des zweiten Reibmaterials ein doppellagiges Reibmaterial ist.
Fahrzeuggetriebesystem nach Anspruch 7, wobei mindestens eines des ersten Reibmaterials und des zweiten Reibmaterials ein dreilagiges Reibmaterial ist.
Fahrzeuggetriebesystem nach Anspruch 7, wobei es sich bei dem Kupplungssystem um stahlfreie Trennscheiben handelt.
Fahrzeuggetriebesystem nach Anspruch 7, wobei das erste Kupplungselement ein erster Konus ist und die erste Fläche eine äußere konische Fläche ist, sodass das erste Reibmaterial auf der äußeren konischen Fläche angeordnet ist.
Fahrzeuggetriebesystem nach Anspruch 7, wobei das zweite Kupplungselement ein zweiter Konus ist und die zweite Fläche eine innere konische Fläche ist, sodass das zweite Reibmaterial auf der inneren konischen Fläche angeordnet ist.
Kupplungssystem, das funktionsfähig mit einem Fahrzeugmotor gekoppelt ist, wobei das Kupplungssystem Folgendes umfasst: eine erste Kupplungsscheibe zum Übertragen von Drehmoment von dem Fahrzeugmotor, wobei die erste Kupplungsscheibe Folgendes umfasst; eine erste Kernscheibe, ein erstes Reibmaterial, das auf einer ersten Seite der ersten Kernscheibe angeordnet ist, und ein zweites Reibmaterial, das auf einer zweiten Seite der ersten Kernscheibe gegenüber der ersten Seite der ersten Kernscheibe angeordnet ist, und eine zweite Kupplungsscheibe zum Übertragen von Drehmoment von dem Fahrzeugmotor und konfiguriert, um mit der ersten Kupplungsscheibe in Eingriff zu stehen, wobei die zweite Kupplungsscheibe Folgendes umfasst; eine zweite Kernscheibe, ein drittes Reibmaterial, das auf einer ersten Seite der zweiten Kernscheibe angeordnet ist, und ein viertes Reibmaterial, das auf einer zweiten Seite der zweiten Kernscheibe gegenüber der ersten Seite der zweiten Kernscheibe angeordnet ist, wobei das erste Reibmaterial, das zweite Reibmaterial, das dritte Reibmaterial und das vierte Reibmaterial gleich oder verschieden sein können; und wobei das zweite Reibmaterial konfiguriert ist, um während des Betriebs des Fahrzeugmotors mit dem dritten Reibmaterial in Eingriff zu stehen.
Kupplungssystem nach Anspruch 14, wobei mindestens eine der ersten Kernscheibe und der zweiten Kernscheibe aus Stahl besteht.
Kupplungssystem nach Anspruch 14 oder 15, wobei mindestens eines des ersten Reibmaterials, des zweiten Reibmaterials, des dritten Reibmaterials und des vierten Reibmaterials stahlfrei ist.
Kupplungssystem nach Anspruch 14 oder 15, wobei es sich bei dem Kupplungssystem um stahlfreie Trennscheiben handelt.