DE102021002714A1

DE102021002714A1 - Reibmaterial

Info

Publication number: DE102021002714A1
Application number: DE102021002714.0A
Authority: DE
Inventors: Feng Dong; Wanjun Liu; Kazuyuki Toyama
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2022-10-13
Also published as: US20220325767A1; JP2022162508A; CN115199665A

Abstract

Ein Reibmaterial weist eine Reibung erzeugende Fläche und eine Verbindungsfläche gegenüber der Reibung erzeugenden Fläche auf. Das Reibmaterial weist unverzweigte Fasern mit einem Durchmesser von 0,5 bis 50 µm und einer Länge von 0,2 bis 15 mm, verzweigte Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 50 µm und ein überall in dem Reibmaterial angeordnetes Harz auf. Das Reibmaterial ist im Wesentlichen frei von Partikeln und definiert eine Vielzahl von Poren mit einer Porengrößenverteilung mit einem d10-Wert von 5 bis 15 µm, einem d50-Wert von 15 bis 30 µm und einem d90-Wert von 30 bis 60 µm.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung betrifft allgemein ein Reibmaterial, welches bei vielfältigen verschiedenen Anwendungen verwendet werden kann, einschließlich bei einer Reibscheibe in einer Kupplungsanordnung in einem Getriebe.
HINTERGRUND
Verschiedene Komponenten eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs können eine Nasskupplung verwenden, um die Übertragung von Leistung von dem Leistungserzeuger des Fahrzeugs (z. B. einer Brennkraftmaschine, einem Elektromotor, einer Brennstoffzelle usw.) auf Antriebsräder des Kraftfahrzeugs zu erleichtern. Ein dem Leistungserzeuger nachgeschaltetes Getriebe, welches das Starten des Fahrzeugs, das Schalten von Gängen und andere Vorgänge der Drehmomentübertragung ermöglicht, ist eine solche Komponente. Irgendeine Form einer Nasskupplung ist gewöhnlich bei vielen verschiedenen Typen von Getrieben zu finden, die gegenwärtig für den Betrieb von Kraftfahrzeugen verfügbar sind.
Eine Nasskupplung ist eine Anordnung, welche zwei oder mehr einander gegenüberliegende, rotierende Flächen in Gegenwart eines Schmiermittels miteinander verriegelt, indem sie einen selektiven Eingriff durch Grenzflächenreibung zwischen diesen Flächen bewirkt. An der Eingriffsstelle wird ein Reibmaterial verwendet, um den Eingriff durch Grenzflächenreibung zu erzeugen. Das Reibmaterial wird von einer Kupplungsreibscheibe, einem Band, einem Synchronisierring oder irgendeinem anderen Teil getragen. Die Anwesenheit des Schmiermittels an der Reibgrenzfläche kühlt das Reibmaterial, verringert seinen Verschleiß und ermöglicht, dass ein gewisser anfänglicher Schlupf auftritt, so dass eine Drehmomentübertragung weich und schnell erfolgt, in dem Bestreben, die Belästigung zu vermeiden, die mit einem abrupten Vorgang der Drehmomentübertragung (d. h. einem Schaltstoß) einhergehen kann.
Reibmaterialien, die in den vielfältigen Nasskupplungen verwendet werden, die in den Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen zu finden sind, müssen in der Lage sein, wiederholten Kräften und erhöhten Temperaturen standzuhalten, welche während des wiederholten Einrückens und Ausrückens von Getrieben typischerweise erzeugt werden. Während der Verwendung muss das Reibmaterial in der Lage sein, eine relativ konstante Reibung während des gesamten Eingriffs, d. h. Reibeingriffs, aufrechtzuerhalten, bei gleichzeitiger Verringerung des Temperaturaufbaus und Aufrechterhaltung von Struktur- und Kohäsionsintegrität, um eine beständige Leistungsfähigkeit für Tausende von Einrück- und Ausrückvorgängen solcher Getriebe sicherzustellen.
In Anbetracht des Obigen ist es weiterhin von Interesse, ein Reibmaterial mit verbesserten Leistungseigenschaften bei sehr vielfältigen verschiedenen Nasskupplungsanwendungen zu entwickeln.
KURZFASSUNG DER OFFENBARUNG
Bei einer Ausführungsform weist ein Reibmaterial eine Reibung erzeugende Fläche und eine Verbindungsfläche gegenüber der Reibung erzeugenden Fläche auf. Das Reibmaterial weist unverzweigte Fasern mit einem Durchmesser von 0,5 bis 50 µm und einer Länge von 0,2 bis 15 mm, verzweigte Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 50 µm und ein überall in dem Reibmaterial angeordnetes Harz auf. Das Reibmaterial ist im Wesentlichen frei von Partikeln und definiert eine Vielzahl von Poren mit einer Porengrößenverteilung mit einem d10-Wert von 5 bis 15 µm, einem d50-Wert von 15 bis 30 µm und einem d90-Wert von 30 bis 60 µm.
Bei einer anderen Ausführungsform definiert ein Reibmaterial eine Vielzahl von Poren und weist eine Reibung erzeugende Fläche und eine Verbindungsfläche gegenüber der Reibung erzeugenden Fläche auf. Das Reibmaterial weist unverzweigte Fasern mit einem Durchmesser von 0,5 bis 50 µm und einer Länge von 0,2 bis 15 mm, verzweigte Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 50 µm und ein überall in dem Reibmaterial angeordnetes Harz auf. Die unverzweigte Faser und die verzweigte Faser sind in dem Reibmaterial in einem Volumenverhältnis von 1:5 bis 1:1 vorhanden und sind zusammen in dem Reibmaterial in einer Menge von mehr als 90 Gewichtsprozent vorhanden, bezogen auf ein Gesamtgewicht aller von Harz verschiedenen Komponenten in dem Reibmaterial.
Vorteilhafterweise erzeugt das Reibmaterial Reibung und hält wiederholten Kräften und erhöhten Temperaturen stand, welche während des wiederholten Einrückens und Ausrückens von Getrieben typischerweise erzeugt werden, obwohl das Reibmaterial im Wesentlichen frei von Partikeln ist. Die Kombination von verzweigten und unverzweigten Fasern verleiht dem Reibmaterial Festigkeit, wodurch die Notwendigkeit von Partikeln entfällt, was größere, gleichmäßigere Poren gewährleistet. Daher kann das Reibmaterial bei sehr vielfältigen Nasskupplungsanwendungen verwendet werden und weist bei diesen sehr vielfältigen Nasskupplungsanwendungen ein optimales Verhalten auf.
Figurenliste
Weitere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden ohne Weiteres erkennbar, wenn diese anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet, besser verständlich wird. Die einzelnen Komponenten in einer oder mehreren der Zeichnungen sind möglicherweise nicht maßstabsgetreu dargestellt.

1 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Ausführungsform eines Reibmaterials, das unverzweigte Faser, verzweigte Faser und ein Harz enthält.
2A ist eine vergrößerte, isolierte Ansicht einer beispielhaften unverzweigten Faser.
2B ist ein Foto einer vergrößerten, isolierten beispielhaften unverzweigten Faser.
3A ist eine vergrößerte, isolierte Ansicht einer beispielhaften verzweigten Faser.
3B ist ein Foto einer vergrößerten, isolierten beispielhaften verzweigten Faser.
4 ist eine Schnittansicht einer Reibscheibe, die das Reibmaterial von 1 aufweist.
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Ausführungsform eines Reibmaterials, das unverzweigte Faser, verzweigte Faser und ein Harz enthält, mit einem Überzug darauf.
6 ist eine Schnittansicht einer Reibscheibe, die das Reibmaterial von 3 aufweist.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Kupplungsanordnung, die mehrere Reib- und Trennscheiben aufweist, in einem Getriebe.
8 ist eine graphische Analyse der Porengröße und Porengrößenverteilung von Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel 1.
9 ist eine graphische Analyse des dynamischen Reibungskoeffizienten von Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 1.
10 ist eine graphische Analyse der Scherfestigkeit von Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 1.
11 ist eine graphische Analyse der Kompression von Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 1.
12 ist eine graphische Analyse des „Hot-Spot-Niveau“-Reibverhaltens des Reibmaterials der Beispiele 5-8, welche verschiedene Harzbeladungen aufweisen.

Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen der Veranschaulichung dienen und nicht unbedingt maßstabsgetreu sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
Es wird auf die Figuren Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten durchgehend einander entsprechende Teile bezeichnen; ein Reibmaterial ist allgemein bei 10 dargestellt. Das Reibmaterial 10 definiert eine Vielzahl von Poren und weist eine Reibung erzeugende Fläche 18 und eine Verbindungsfläche 20, die der Reibung erzeugenden Fläche 18 gegenüberliegt, auf. Es wird nun auf 1 Bezug genommen; das Reibmaterial 10 weist unverzweigte Faser 12 und verzweigte Faser 14 und ein Harz 16 auf, welche nachfolgend der Reihe nach beschrieben werden.
Es ist zu beachten, dass „aufweisen“, „aufweist“ und „aufweisend“ in dieser Offenbarung durchgehend dasselbe bedeuten wie „umfassen“, „umfasst“ und „umfassend“.
Wie in der Schnittansicht von 1 dargestellt ist, weist das Reibmaterial 10 unverzweigte Faser 12 auf. Die unverzweigte Faser 12 kann auch als Flockfaser bezeichnet werden. 2A ist eine Zeichnung, die eine vergrößerte, isolierte Ansicht einer beispielhaften unverzweigten Faser 12 zeigt, und 2B ist ein Foto einer vergrößerten, isolierten beispielhaften unverzweigten Faser 12.
Die unverzweigte Faser 12 kann alternativ dazu als eine Vielzahl von Fasern oder unverzweigten Fasern beschrieben werden. Die unverzweigte Faser 12 kann einen oder mehrere verschiedene Typen von Fasern aufweisen. Dementsprechend kann die unverzweigte Faser 12 aus Acrylfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Cellulosefasern, Glasfasern, Mineralfasern, Phenolfasern, Polyvinylalkoholfasern und Kombinationen davon ausgewählt sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die unverzweigte Faser 12 einen der oder eine Kombination der oben genannten Typen von unverzweigten Fasern auf. Alle Gewichtsbereiche und Verhältnisse der verschiedenen Kombinationen der oben genannten Typen von unverzweigten Fasern werden hiermit ausdrücklich bei verschiedenen nicht einschränkenden Ausführungsformen in Betracht gezogen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen enthält die unverzweigte Faser 12 Aramid. Bei anderen Ausführungsformen besteht die unverzweigte Faser 12 aus Aramid oder im Wesentlichen aus Aramid. Es können ein oder mehrere Typen von Aramiden verwendet werden. Bei einer Ausführungsform ist das Aramid Poly(p-phenylenterephthalamid). Bei einer anderen Ausführungsform ist das Aramid zwei oder mehr Typen von Aramiden, z. B. ein erstes Poly(p-phenylenterephthalamid) und ein zweites Poly(p-phenylenterephthalamid), welches von dem ersten verschieden ist. Verschiedene, nicht einschränkende Beispiele von Aramiden weisen Markennamen auf, wie KEVLAR^®, NEW STAR^®, NOMEX^®, TEIJINCONEX^® und TWARON^®. Natürlich können bei anderen Ausführungsformen Aramidfasern mit anderen Markennamen verwendet werden.
Bei einigen Ausführungsformen enthält die unverzweigte Faser 12 Kohlenstoff. Bei anderen Ausführungsformen besteht die unverzweigte Faser 12 im Wesentlichen aus Kohlenstoff oder besteht aus Kohlenstoff. Natürlich kann die unverzweigte Faser 12 bei verschiedenen Ausführungsformen Aramidfasern und/oder Kohlenstofffasern enthalten.
Bei noch anderen Ausführungsformen enthält die unverzweigte Faser 12 Acryl. Acryl wird aus ein oder mehreren synthetischen Acrylpolymeren gebildet, wie etwa denjenigen, die aus mindestens 85 Gew.-% Acrylnitrilmonomeren gebildet werden. Bei anderen Ausführungsformen besteht die unverzweigte Faser 12 im Wesentlichen aus Acryl oder besteht aus Acryl.
Die unverzweigte Faser 12 weist einen Durchmesser von 0,5 bis 50 µm und eine Länge von 0,2 bis 15 mm auf. Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die unverzweigte Faser 12 einen mittleren Durchmesser von 0,5 bis 50, von 1 bis 25 oder von 2 bis 20 µm und mittlere Längen von 0,2 bis 15 mm, von 0,5 bis 10, von 1 bis 9, von 1 bis 8, von 1 bis 7, von 2 bis 9 oder von 2 bis 6 mm auf. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche von Durchmessern und Längen innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen.
Bei vielen Ausführungsformen ist die unverzweigte Faser 12 in einer Menge von 10 bis 75, von 15 bis 50, von 25 bis 40, von 28 bis 37 oder von 30 bis 35 Vol.-% vorhanden, bezogen auf ein Gesamtvolumen von Fasern in dem Reibmaterial 10. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche von Werten der Mengen der unverzweigten Faser 12 innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen.
Wie in der Schnittansicht von 1 ebenfalls dargestellt ist, weist das Reibmaterial 10 auch verzweigte Faser 14 auf. Die verzweigte Faser 14 kann auch als Pulpefaser oder Zellstofffase bezeichnet werden.
Die verzweigte Faser 14 kann alternativ dazu als eine Vielzahl von verzweigten Fasern oder als verzweigten Fasern beschrieben werden. Die verzweigte Faser 14 kann einen oder mehrere verschiedene Typen von Fasern aufweisen. Dementsprechend kann die verzweigte Faser 14 aus Acrylfasern, Aramidfasern, Cellulosefasern und Kombinationen davon ausgewählt sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die verzweigte Faser 14 einen der oder eine Kombination der oben genannten Typen von verzweigten Fasern auf. Alle Gewichtsbereiche und Verhältnisse der verschiedenen Kombinationen der oben genannten Typen von verzweigten Fasern werden hiermit ausdrücklich bei verschiedenen nicht einschränkenden Ausführungsformen in Betracht gezogen
Bei einigen Ausführungsformen enthält die verzweigte Faser 14 Acryl. Acryl wird aus ein oder mehreren synthetischen Acrylpolymeren gebildet, wie etwa denjenigen, die aus mindestens 85 Gew.-% Acrylnitrilmonomeren gebildet werden. Bei anderen Ausführungsformen besteht die verzweigte Faser 14 im Wesentlichen aus Acryl oder besteht aus Acryl.
Bei vielen Ausführungsformen enthält die verzweigte Faser 14 Aramid. Bei anderen Ausführungsformen besteht die verzweigte Faser 14 aus Aramid oder im Wesentlichen aus Aramid. Es können ein oder mehrere Typen von Aramiden verwendet werden. Bei einer Ausführungsform ist das Aramid Poly(p-phenylenterephthalamid). Bei einer anderen Ausführungsform ist das Aramid zwei oder mehr Typen von Aramiden, z. B. ein erstes Poly(p-phenylenterephthalamid) und ein zweites Poly(p-phenylenterephthalamid), welches von dem ersten verschieden ist. Bei verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen können Aramidfasern mit dem Markennamen KEVLAR^® oder TWARON^® verwendet werden. Natürlich können bei anderen Ausführungsformen Aramidfasern mit anderen Markennamen verwendet werden.
Bei einigen Ausführungsformen enthält die verzweigte Faser 14 Cellulose, z. B. von Holz, Baumwolle usw. Bei anderen Ausführungsformen besteht die verzweigte Faser 14 im Wesentlichen aus Cellulose oder besteht aus Cellulose. Die Cellulosefasern können aus Abacäfasern, Bagassefasern, Bambusfasern, Kokosfasern, Baumwollfasern, Fique-Fasern, Flachsfasern, Leinenfasern, Hanffasern, Jutefasern, Kapokfasern, Kenaffasern, Piña-Fasern, Kiefernfasern, Raffiafasern, Ramiefasern, Rattanfasern, Sisalfasern, Holzfasern und Kombinationen davon ausgewählt sein. Bei einigen speziellen Ausführungsformen werden Cellulosefasern verwendet, die aus Holz gewonnen wurden, wie etwa Birkenfasern und/oder Eukalyptusfasern. Bei anderen Ausführungsformen werden Cellulosefasern wie etwa Baumwollfasern verwendet. Natürlich kann die verzweigte Faser 14 bei verschiedenen Ausführungsformen Aramidfasern und/oder Cellulosefasern aufweisen.
Die verzweigte Faser 14 weist einen Durchmesser von 1 bis 50 µm auf. Dementsprechend weist die verzweigte Faser 14 bei verschiedenen Ausführungsformen einen mittleren Durchmesser von 0,5 oder von 2 bis 20 µm auf. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche von Durchmessern innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die verzweigte Faser 14 einen Fibrillierungsgrad gemäß der Canadian Standard Freeness (CSF) von 10 bis 700 auf. Bei vielen Ausführungsformen weist die verzweigte Faser 14 einen Fibrillierungsgrad gemäß der Canadian Standard Freeness (CSF) von weniger als 700, 600, 500, 400, 300, 200 oder 100, jedoch mehr als 10 oder 20 auf. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche der CSF innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen.
Der Ausdruck „Canadian Standard Freeness“ (T227 om-85) beschreibt, dass der Fibrillierungsgrad von Fasern als das Freiheitsmaß der Fasern beschrieben werden kann. Der CSF-Test ist eine empirische Verfahrensweise, welche ein willkürliches Maß der Rate liefert, mit welcher eine Suspension von drei Gramm Fasern in einem Liter Wasser entwässert werden kann. Daher weisen weniger fibrillierte Fasern eine höhere Freiheit oder höhere Rate der Abführung von Fluid aus dem Reibmaterial 10 auf, als andere Fasern oder Pulpe. Insbesondere können CSF-Werte in Schopper-Riegler-Werte umgewandelt werden. Die CSF kann ein Mittelwert sein, der die CSF aller verzweigten Fasern 14 in dem Reibmaterial 10 darstellt. Daher ist zu beachten, dass die CSF irgendeines bestimmten Typs von verzweigen Fasern 14 außerhalb der oben angegebenen Bereiche liegen kann, der Mittelwert jedoch in diese Bereiche fällt.
Bei vielen Ausführungsformen ist die verzweigte Faser 14 in einer Menge von 25 bis 90, von 50 bis 85, von 60 bis 75, von 62 bis 77 oder von 65 bis 75 Vol.-% vorhanden, bezogen auf ein Gesamtvolumen von Fasern in dem Reibmaterial 10. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche von Werten der Mengen der verzweigten Faser 14 innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Reibmaterial 10 die unverzweigte Faser 12 und die verzweigte Faser 14 in einem Volumenverhältnis von 1:5 bis 1:1, von 1:3 bis 1:1, von 1:3 bis 2:3 oder von 3:7 bis 7:13 auf. Ferner sind bei vielen Ausführungsformen die unverzweigte Faser 12 und die verzweigte Faser 14 zusammen in dem Reibmaterial 10 in einer Menge vorhanden, die größer als 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97 oder 98 Volumenprozent ist, bezogen auf ein Gesamtvolumen aller von Harz verschiedenen Komponenten in dem Reibmaterial 10. Die verbleibenden 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3 oder 2 Volumenprozent entfallen typischerweise auf verschiedene nicht teilchenförmige Papierherstellungszusätze. Alternativ dazu sind bei vielen Ausführungsformen die unverzweigte Faser 12 und die verzweigte Faser 14 zusammen in dem Reibmaterial 10 in einer Menge vorhanden, die größer als 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97 oder 98 Gewichtsprozent ist, bezogen auf ein Gesamtgewicht aller von Harz verschiedenen Komponenten in dem Reibmaterial 10. Die verbleibenden 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3 oder 2 Volumenprozent entfallen typischerweise auf nicht teilchenförmige Papierherstellungszusätze.
Zum Beispiel weist bei einer Ausführungsform das Reibmaterial 10 die unverzweigte Faser 12 mit einem Durchmesser von 0,5 bis 50 µm und einer Länge von 0,2 bis 15 mm, die verzweigte Faser 14 mit einem Durchmesser von 1 bis 50 µm und das Harz 16 auf. In diesem Beispiel sind die unverzweigte Faser 12 und die verzweigte Faser 14 in dem Reibmaterial 10 in einem Volumenverhältnis von 1:5 bis 1:1 (oder sogar 1:3 bis 1:1) vorhanden und sind zusammen in dem Reibmaterial 10 in einer Menge von mehr als 90 Gewichtsprozent vorhanden, bezogen auf ein Gesamtgewicht aller von Harz verschiedenen Komponenten in dem Reibmaterial 10. In diesem Beispiel umfasst der verbleibende Gewichtsanteil (z. B. die verbleibenden 10 oder weniger Gewichtsprozent) verschiedene nicht teilchenförmige Papierherstellungszusätze.
Bei einigen Ausführungsformen bestehen die von Harz verschiedenen Komponenten, die in dem Reibmaterial 10 enthalten sind, im Wesentlichen oder vollständig aus der unverzweigten Faser 12 und der verzweigten Faser 14. Es ist zu beachten, dass der Ausdruck „besteht im Wesentlichen aus“ in dieser Offenbarung durchgehend Ausführungsformen beschreibt, welche (eine) benannte Komponente(n) (z. B. die unverzweigte Faser 12 und die verzweigte Faser 14) in einer Menge aufweisen, die größer als 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 99,5, 99,9, 99,95 oder 99,99 Gewichtsprozent ist, und kleiner als 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0,5, 0,1, 0,05 oder 0.01 Gewichtsprozent, bezogen auf ein Gesamtgewicht aller enthaltenen Komponenten (z. B. ein Gesamtgewicht der von Harz verschiedenen Komponenten in dem Reibmaterial 10).
Wie in der Schnittansicht von 1 ebenfalls dargestellt ist, weist das Reibmaterial 10 auch Harz 16 auf. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist das Harz 16 überall in dem Reibmaterial 10 homogen oder heterogen verteilt. Das Harz 16 kann von einem beliebigen in der Technik bekannten Typ sein und kann härtbar sein. Alternativ dazu kann das Harz 16 von einem Typ sein, welcher nicht aushärtet. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann, in Abhängigkeit vom Stadium der Ausbildung des Reibmaterials 10, das Harz 16 ungehärtet, teilweise gehärtet oder vollständig ausgehärtet sein.
Das Harz 16 kann ein beliebiges wärmehärtbares Harz sein, das geeignet ist, dem Reibmaterial 10 Strukturfestigkeit zu verleihen. Zu den verschiedenen Harzen 16, welche verwendet werden können, gehören Phenolharze und phenolbasierte Harze. Phenolharze sind eine Klasse von wärmehärtbaren Harzen, welche durch die Kondensation eines aromatischen Alkohols, typischerweise eines Phenols, und eines Aldehyds, typischerweise eines Formaldehyds, erzeugt werden. Ein phenolbasiertes Harz ist eine wärmehärtbare Harzmischung, welche typischerweise mindestens 50 Gew.-% eines Phenolharzes enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Harze und ohne Berücksichtigung etwaiger Lösungsmittel oder Prozesssäuren. Es versteht sich, dass verschiedene phenolbasierte Harze modifizierende Bestandteile enthalten können, wie etwa Epoxid, Butadien, Silikon, Tungöl, Benzol, Cashewöl und dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen wird ein silikonmodifiziertes Phenolharz verwendet, welches 5 bis 80 Gewichtsprozent eines Silikonharzes enthält, wobei die restlichen Gewichtsprozent auf ein Phenolharz oder eine Kombination von Phenol- und verschiedenen anderen Harzen entfallen. Bei anderen Ausführungsformen wird ein epoxidmodifiziertes Phenolharz verwendet, welches 5 bis 80 Gewichtsprozent eines Epoxidharzes enthält, wobei die restlichen Gewichtsprozent auf ein Phenolharz oder eine Kombination von Phenol- und verschiedenen anderen Harzen entfallen. Bei einigen Ausführungsformen enthält das Harz 16 ein Silikonharz, zum Beispiel 5 bis 100 oder 5 bis 80 Gewichtsprozent des Silikonharzes, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Harze und ohne Berücksichtigung etwaiger Lösungsmittel oder Prozesssäuren. Zu Silikonharzen, welche verwendet werden können, können wärmehärtende Silikondichtmittel und Silikongummis gehören. Ebenfalls verwendet werden können verschiedene Silikonharze, wie etwa diejenigen, welche D-, T-, M- und Q-Einheiten aufweisen (z. B. DT-Harze, MQ-Harze, MDT-Harze, MTQ-Harze, QDT-Harze usw.).
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist das Harz 16 in einer Menge von 45 bis 120, von 45 bis 100, von 45 bis 80, von 50 bis 75 oder von 50 bis 60 Gewichtsprozent vorhanden, bezogen auf ein Gesamtgewicht aller von Harz verschiedenen Komponenten in dem Reibmaterial 10. Dieser Wert kann auch als „Harzaufnahme“ bezeichnet werden. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche von Werten von Harzmengen innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen.
Sobald es gehärtet ist, verleiht das gehärtete Harz 17 dem Reibmaterial 10 Festigkeit und Steifigkeit und klebt die Komponenten aneinander, während es gleichzeitig eine gewünschte Porosität für einen korrekten Schmiermittelfluss und -rückhalt aufrechterhält und außerdem das Reibmaterial 10 mit dem Substrat 32 stoffschlüssig verbindet, wie unten beschrieben.
Das Reibmaterial 10 kann im Wesentlichen frei von Partikeln oder sogar vollständig frei von Partikeln sein. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung sind Partikel im Allgemeinen kugelförmige Stoffteilchen (z. B. runde Partikel, Plättchen usw.). Zu nicht einschränkenden Beispielen von Partikeln, von denen das Reibmaterial 10 im Wesentlichen frei von Partikeln oder sogar vollständig frei im Wesentlichen frei oder sogar vollständig frei sein kann, gehören: Diatomeenerdepartikel, Siliciumdioxidpartikel, Kohlenstoffpartikel, Graphitpartikel, Aluminiumoxidpartikel, Magnesiumoxidpartikel, Calciumoxidpartikel, Titandioxidpartikel, Cerdioxidpartikel, Zirconiumdioxidpartikel, Cordieritpartikel, Mullitpartikel, Sillimanitpartikel, Spodumenpartikel, Petalitpartikel, Zirkonpartikel, Siliciumcarbidpartikel, Titancarbidpartikel, Borcarbidpartikel, Hafniumcarbidpartikel Siliciumnitridpartikel, Titannitridpartikel, Titanboridpartikel, Cashewnusspartikel und Gummipartikel. Partikel können manchmal als Füllstoff bezeichnet werden. Es ist zu beachten, dass der Ausdruck „im Wesentlichen frei“ in dieser Offenbarung durchgehend Ausführungsformen beschreibt, welche (eine) benannte Komponente(n) (z. B. Partikel) in einer Menge aufweisen, die kleiner als 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0,5, 0,1, 0,05 oder 0,01 Gewichtsprozent ist, bezogen auf ein Gesamtgewicht aller in dem Reibmaterial enthaltenen Komponenten (z. B. bezogen auf ein Gesamtgewicht des Reibmaterials 10).
Das Reibmaterial 10 kann ferner in der Technik bekannte Zusatzstoffe enthalten.
Die Ausgangsdicke T₁ des Reibmaterials 10 beträgt typischerweise 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 T₁ bezeichnet eine Dicke vor dem stoffschlüssigen Verbinden mit dem Substrat 32 und kann als Messschieberdicke bezeichnet werden. Diese Dicke T₁ kann die Dicke des Reibmaterials 10 bezeichnen, in dem ungehärtetes Harz 16 vorhanden ist, oder die Dicke des Rohpapiers ohne Harz 16. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche von Werten der Dicke T₁ innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen.
Nach dem stoffschlüssigen Verbinden mit einem Substrat 32 und einem Härten des Harzes beträgt eine Gesamtdicke T₂ des Reibmaterials 10 typischerweise 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 T₂ wird typischerweise nach dem stoffschlüssigen Verbinden mit einem Substrat 32 gemessen. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche von Werten der Gesamtdicke T₂ innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen.
Das Reibmaterial 10 weist eine Vielzahl von Poren auf (manchmal einfach als Poren bezeichnet). Jede der Poren weist eine Porengröße auf. Die Poren sind typischerweise überall in dem Reibmaterial 10 verteilt. Die Porengröße kann unter Anwendung des Prüfverfahrens D4404-10 der American Society for Testing and Materials („ASTM“) bestimmt werden.
Die Vielzahl von Poren kann eine Partikelgrößenverteilung aufweisen mit: einem d10-Wert von 5 bis 15, von 7 bis 15, von 7 bis 13 oder von 9 bis 15 µm; einem d50-Wert von 15 bis 30 oder von 15 bis 23 µm; und einem d90-Wert von 30 bis 60 oder von 34 bis 46 µm. Der d50-Wert beschreibt den Mediandurchmesser der Poren in einer Verteilung der Poren (innerhalb der Vielzahl von Poren). Zum Beispiel haben in einer beliebigen gegebenen Probe des Reibmaterials 10 50 % der Poren einen Durchmesser, welcher kleiner als der d50-Wert ist, und die anderen 50 % der Poren haben einen Durchmesser, welcher größer als der d50-Wert ist. Der d10-Wert beschreibt den Durchmesser der kleinsten 10 % der Poren in einer Verteilung der Poren. Zum Beispiel haben in einer beliebigen gegebenen Probe des Reibmaterials 10 10 % der Poren einen Durchmesser, welcher kleiner als der d10-Wert ist, und 90 % der Poren haben einen Durchmesser, welcher größer als der d10-Wert ist. Der d90-Wert beschreibt den Durchmesser der größten 10 % der Poren in einer Verteilung von Poren. Zum Beispiel haben in einer beliebigen gegebenen Probe des Reibmaterials 10 90 % der Poren einen Durchmesser, welcher kleiner als der d90-Wert ist, und 10 % der Poren haben einen Durchmesser, welcher größer als der d90-Wert ist.
Zum Beispiel weist bei einer Ausführungsform das Reibmaterial 10 die unverzweigte Faser 12 mit einem Durchmesser von 0,5 bis 50 µm und einer Länge von 0,2 bis 15 mm, die verzweigte Faser 14 mit einem Durchmesser von 1 bis 50 µm und das Harz 16 auf. In diesem Beispiel ist das Reibmaterial 10 im Wesentlichen frei von Partikeln und definiert eine Vielzahl von Poren mit einer Porengrößenverteilung mit einem d10-Wert von 5 bis 15 µm, einem d50-Wert von 15 bis 30 µm und einem d90-Wert von 30 bis 60 µm.
Bei anderen Ausführungsformen weist das Reibmaterial 10 eine Porosität von 50 bis 85, von 55 bis 80 oder von 60 bis 70 % auf, bestimmt unter Verwendung des ASTM-Prüfverfahrens D4404-10. Die Porosität des Reibmaterials 10 kann als ein prozentualer Anteil des Reibmaterials 10 beschrieben werden, welcher zur Luft hin offen ist. Alternativ dazu kann die Porosität als der auf das Volumen bezogene prozentuale Anteil des Reibmaterials 10 beschrieben werden, welcher Luft oder nicht fest ist. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche von Werten der Porosität innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen.
Je poröser das Reibmaterial 10 ist, desto effizienter wird Wärme abgeleitet. Der Ölfluss in das Reibmaterial 10 hinein und aus ihm hinaus während des Eingriffs des Reibmaterials 10 während der Verwendung erfolgt schneller, wenn das Reibmaterial 10 porös ist. Wenn zum Beispiel das Reibmaterial 10 einen größeren mittleren Durchflussporendurchmesser (mean flow pore diameter) und eine höhere Porosität aufweist, dürfte das Reibmaterial 10 eher kühler oder mit geringerer Wärmeerzeugung in einem Getriebe arbeiten, aufgrund eines besseren Flusses von Automatikgetriebefluid durch die Poren des Reibmaterials 10. Während des Betriebs eines Getriebes besteht die Tendenz, dass sich mit der Zeit infolge einer Zersetzung von Automatikgetriebefluid Ölablagerungen auf dem Reibmaterial 10 entwickeln, insbesondere bei hohen Temperaturen. Die Ölablagerungen bewirken tendenziell eine Verringerung der Größe der Poren. Daher ist, wenn das Reibmaterial 10 mit größeren Poren ausgebildet wird, die verbleibende/resultierende Porengröße nach einer Ölablagerung größer.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist das Reibmaterial 10 eine hohe Porosität auf, so dass während der Verwendung eine hohe Permeationsfähigkeit für Fluid vorhanden ist. Bei solchen Ausführungsformen kann es wichtig sein, dass das Reibmaterial 10 nicht nur porös ist, sondern auch zusammendrückbar ist. Zum Beispiel müssen die Fluide, von denen das Reibmaterial 10 durchdrungen wird, typischerweise geeignet sein, unter den Drücken, die während des Betriebs des Getriebes ausgeübt werden, schnell aus dem Reibmaterial 10 ausgequetscht oder freigegeben zu werden, doch darf das Reibmaterial 10 typischerweise nicht zusammenfallen.
Bei noch anderen Ausführungsformen weist das Reibmaterial 10 eine Kompression von 2 bis 30, von 6 bis 20 oder von 10 bis 16 Prozent bei 2 MPa auf. Kompression ist eine Materialeigenschaft des Reibmaterials 10, welche gemessen werden kann, wenn das Reibmaterial 10 auf dem Substrat 32 angeordnet ist (d. h. gemessen, wenn es Teil einer Reibscheibe 30 ist, wie unten beschrieben) oder wenn das Reibmaterial 10 nicht auf dem Substrat 32 angeordnet ist. Typischerweise ist Kompression ein Maß eines Abstands (z. B. mm), um den das Reibmaterial 10 unter einer gewissen Last zusammengedrückt wird. Zum Beispiel wird eine Dicke des Reibmaterials 10, bevor eine Last angewendet wird, gemessen. Danach wird die Last auf das Reibmaterial 10 angewendet. Nachdem die Last über einen bestimmten Zeitraum angewendet wurde, wird die neue Dicke des Reibmaterials 10 gemessen. Insbesondere wird diese neue Dicke des Reibmaterials 10 gemessen, wenn sich das Reibmaterial 10 noch unter der Last befindet. Wie für Fachleute klar ist, steht die Kompression typischerweise im Zusammenhang mit Elastizität. Je elastischer das Reibmaterial 10 ist, desto besser ist die Wiederherstellung, welche nach Kompression beobachtet wird. Dies führt typischerweise zu weniger Verlust von Belag und Bildung von weniger Hotpots, was beides wünschenswert ist. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche von Kompressionswerten innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen.
Bei einigen alternativen Ausführungsformen, wobei auf 5 Bezug genommen wird, kann das Reibmaterial 10 auch einen „Überzug“ aufweisen, welcher bei 40 dargestellt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist der Überzug 40 auf der Reibung erzeugenden Fläche 18 des Reibmaterials 10 angeordnet und in dem Reibmaterial 10 als eine ausgeprägte und wohldefinierte Schicht oder ein Überzug 40 mit enthalten. Natürlich bedeckt bei Ausführungsformen, bei denen ein Überzug 40 verwendet wird, der Überzug 40 wenigstens teilweise die Reibung erzeugenden Fläche 18 und bildet eine Überzugsfläche, um Reibung zu erzeugen. Bei anderen Ausführungsformenkann sich der Überzug 40 auf dem Reibmaterial 10 befinden und auch in das Reibmaterial 10 eindringen (zur Verbindungsfläche 20 hin), wobei eine Konzentration des Überzugs 40 an der Reibung erzeugenden Fläche 18 am größten ist. Bei Ausführungsformen, bei denen ein Überzug 40 verwendet wird, kann der Überzug 40 als eine neue Reibung erzeugenden Fläche 18 beschrieben werden, welche die vorhergehende Reibung erzeugenden Fläche 18 ersetzt, welche durch das Reibmaterial 10 definiert war. Insbesondere entspricht das Reibmaterial 10 dieser Ausführungsformen dem oben beschriebenen.
Zum Beispiel weist bei einigen solchen Ausführungsformen das Reibmaterial 10 den Überzug 40 auf, und der Überzug 40 definiert die neue Reibung erzeugenden Fläche 18. In diesem Beispiel weist das Reibmaterial 10 die unverzweigte Faser 12 (z. B. mit einem Durchmesser von 0,5 bis 50 µm und einer Länge von 0,2 bis 15 mm), die verzweigte Faser 14 (z. B. mit einem Durchmesser von 1 bis etwa 50 µm) und das Harz 16 auf. Natürlich definiert das Reibmaterial 10 dieser Ausführungsform eine Vielzahl von Poren, z. B. mit einer Porengrößenverteilung mit einem d10-Wert von 5 bis 15 µm, einem d50-Wert von 15 bis 30 µm und einem d90-Wert von 30 bis 60 µm.
Bei solchen Ausführungsformen weist der Überzug 40 eine Dicke T₃ 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 auf. Alternativ dazu ist die Dicke T₃ des Überzugs 40 kleiner als 150 µm, kleiner als 125 µm, kleiner als 100 µm oder kleiner als 75 µm, jedoch größer als 10 µm. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche von Werten der Dicke T₃ innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen. Die Dicke T₃ kann eine Dicke des Überzugs 40 vor oder nach dem Härten des Harzes 16 bezeichnen.
Der Überzug 40 weist die Reibung beeinflussende Partikel 42 auf. Bei einigen Ausführungsformen weist der Überzug 40 die Reibung beeinflussende Fasern auf, wie etwa die unverzweigten und verzweigten Fasern 12, 14, die oben beschrieben wurden.
Die die Reibung beeinflussenden Partikel 42 können Partikel von einem oder mehreren verschiedenen Typen sein. Die die Reibung beeinflussenden Partikel 42 gewährleisten einen hohen Reibungskoeffizienten des Reibmaterials 10. Der Typ oder die Typen der die Reibung beeinflussenden Partikel 42, die zum Einsatz kommen, kann in Abhängigkeit von den gewünschten Reibungscharakteristiken variieren.
Bei verschiedenen Ausführungsformen sind die die Reibung beeinflussenden Partikel 42 aus Diatomeenerdepartikeln, Siliciumdioxidpartikeln, Kohlenstoffpartikeln, Graphitpartikeln, Aluminiumoxidpartikeln, Magnesiumoxidpartikeln, Calciumoxidpartikeln, Titandioxidpartikeln, Cerdioxidpartikeln, Zirconiumdioxidpartikeln, Cordieritpartikeln, Mullitpartikeln, Sillimanitpartikeln, Spodumenpartikeln, Petalitpartikeln, Zirkonpartikeln, Siliciumcarbidpartikeln, Titancarbidpartikeln, Borcarbidpartikeln, Hafniumcarbidpartikeln Siliciumnitridpartikeln, Titannitridpartikeln, Titanboridpartikeln, Cashewnusspartikeln, Gummipartikeln und Kombinationen davon ausgewählt. Bei einigen Ausführungsformen sind die die Reibung beeinflussenden Partikel 42 aus Kohlenstoffpartikeln, Diatomeenerdepartikeln, Cashewnusspartikeln und Kombinationen davon ausgewählt.
Bei einigen Ausführungsformen umfassen die die Reibung beeinflussenden Partikel 42 Diatomeenerdepartikel. Natürlich bestehen bei anderen Ausführungsformen die die Reibung beeinflussenden Partikel 42 im Wesentlichen oder vollständig aus Diatomeenerdepartikeln. Natürlich besteht bei einigen solchen Ausführungsformen das Reibmaterial 10 im Wesentlichen oder vollständig aus Diatomeenerdepartikeln. Diatomerde ist ein Mineral, das Siliciumdioxid umfasst. Diatomerde ist ein kostengünstiges Schleifmaterial, welches einen relativ hohen Reibungskoeffizienten aufweist. CELITE^® und CELATOM^® sind zwei Markennamen von Diatomerde, welche verwendet werden können.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weisen die die Reibung beeinflussenden Partikel 42 einen mittleren Durchmesser von 100 nm bis 80 µm, von 500 nm bis 30 µm oder von 800 nm bis 20 µm auf. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche von Werten von mittleren Durchmessern innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen werden die Komponenten des Überzugs 40 (z. B. die die Reibung beeinflussenden Partikel 42, die Reibung beeinflussenden Fasern und/oder andere Zusatzstoffe) in einer Menge von 0,5 bis 100 lbs. pro 3000 ft² (0,2 bis 45,4 kg pro 278,71 m²) einer Oberfläche des Reibmaterials 10, von 3 bis 80 lbs. pro 3000 f² (1,4 kg bis 36,3 kg pro 278,71 m²) der Oberfläche des Reibmaterials 10, von 3 bis 60 lbs. pro 3000 f^t2 (1,4 kg bis 27,2 kg pro 278,71 m²) der Oberfläche des Reibmaterials 10, von 3 bis 40 lbs. pro 3000 f² (1,4 kg bis 18,1 kg pro 278,71 m²) der Oberfläche des Reibmaterials 10, von 3 bis 20 lbs. pro 3000 f² (1,4 kg bis 9,1 kg pro 278,71 m²) der Oberfläche des Reibmaterials 10, von 3 bis 12 lbs. pro 3000 f² (1,4 kg bis 5,4 kg pro 278,71 m²) der Oberfläche des Reibmaterials 10 oder von 3 bis 9 lbs. pro 3000 f² (1,4 kg bis 4,1 kg pro 278,71 m²) der Oberfläche des Reibmaterials 10 verwendet. Bei weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen werden alle Werte und Bereiche von Werten von Menge innerhalb und einschließlich der oben genannten Bereichsendpunkte hiermit ausdrücklich in Betracht gezogen. Die oben genannten Mengen sind in Einheiten „lbs. pro 3000 fit²“ angegeben, wobei es sich um Einheiten handelt, die in der Papierindustrie gewöhnlich als Maß des flächenbezogenen Gewichts verwendet werden. Oben drücken die Einheiten das Gewicht des Überzugs 40 pro 3000 ft² der Oberfläche des Reibmaterials 10 aus.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist das Reibmaterial 10 mit dem Substrat 32, welches typischerweise ein Metall ist, stoffschlüssig verbunden. Verschiedene Beispiele des Substrats 32 sind unter anderem eine Kupplungsscheibe, ein Synchronisierring und ein Getriebeband. Das Reibmaterial 10 weist die Reibung erzeugende Fläche 18 und eine der anderen Richtung zugewandte Verbindungsfläche 20 auf. Die Reibung erzeugende Fläche 18 erfährt einen selektiven Eingriff durch Grenzflächenreibung mit der gegenüberliegenden, rotierenden Fläche in Gegenwart eines Schmiermittels.
Wie in 4 und 6 dargestellt, stellt diese Offenbarung auch eine Reibscheibe 30 bereit, welche das Reibmaterial 10 und das Substrat 32 (z. B. eine Metallplatte), die oben zuerst vorgestellt wurden, aufweist. Das Substrat 32 weist mindestens zwei Flächen 34, 36 auf, und das Reibmaterial 10 ist typischerweise mit einer dieser Flächen 34, 36 oder mit beiden stoffschlüssig verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung oder Haftung des Reibmaterials 10 an einer dieser Flächen 34, 36 oder an beiden kann durch einen beliebigen Klebstoff oder ein beliebiges Mittel, das in der Technik bekannt ist, erreicht werden, z. B. ein Phenolharz oder ein beliebiges Harz 16, 17, das oben beschrieben wurde.
Es wird nun auf 7 Bezug genommen; die Reibscheibe 30 kann mit einer Trennscheibe verwendet, verkauft oder bereitgestellt werden, um ein Kupplungspaket oder eine Kupplungsanordnung 52 zu bilden. Die Kupplungsanordnung 52 kann eine „Nasskupplungsanordnung“ oder eine „Nasskupplung“ sein, welche in Gegenwart eines Fluids funktioniert. Die vorliegende Offenbarung stellt auch die Reibscheibe 30 selbst, die das Reibmaterial 10 und das Substrat 32 aufweist, und die Kupplungsanordnung 52, welche die Reibscheibe 30 und die Trennscheibe aufweist, bereit.
Es wird weiterhin auf 7 Bezug genommen; die Kupplungsanordnung 52 dieser Offenbarung kann in einem Getriebe 50 enthalten sein. Das Getriebe 50 kann ein Automatikgetriebe oder ein Handschaltgetriebe sein.
Alle Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen in dieser gesamten Offenbarung werden hiermit ausdrücklich in einer oder mehreren nicht einschränkenden Ausführungsformen in Betracht gezogen, selbst wenn eine solche Ausführungsform nicht in einem einzigen Absatz oder Abschnitt oben verbal beschrieben wurde. Anders ausgedrückt, eine ausdrücklich in Betracht gezogene Ausführungsform kann ein oder mehrere beliebige Elemente aufweisen, die aus einem beliebigen Teil der Offenbarung ausgewählt und kombiniert wurden. Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung veranschaulichen und sind in keiner Weise als den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränkend anzusehen.
BEISPIELE
Es wurden vier Beispiele von Reibmaterialien hergestellt, die unverzweigte Faser, verzweigte Faser und gehärtetes Harz aufweisen und dabei frei von Partikeln und für diese Offenbarung repräsentativ sind (Beispiele 1 bis 4). Ein Vergleichsbeispiel 1, ein herkömmliches Reibmaterial, das Fasern und Partikel aufweist, wurde ebenfalls hergestellt. Nach der Herstellung wurden die Beispiele 1-4 und das Vergleichsbeispiel 1 ausgewertet, um verschiedene Leistungseigenschaften zu bestimmen.
Um die Beispiele 1-4 herzustellen, wurden unverzweigte und verzweigte Fasern gemischt, um eine Mischung zu bilden. Mit der Mischung wurde dann ein poröses, partikelfreies, faseriges Substratmaterial gebildet. Das faserige Substratmaterial wurde anschließend mit einem Harz getränkt. Das faserige Substratmaterial wurde mit dem Harz getränkt und danach erwärmt, um das Harz zu härten und das Reibmaterial der Beispiele 1-4 zu bilden. Genauer, das mit dem Harz und der Mischung getränkte faserige Substratmaterial wurde in einem Ofen während einer Zeit von etwa 30 min bei etwa 177 °C vorgehärtet. Danach wurde das Reibmaterial in einem Ofen während einer Zeit von etwa 30 s bei etwa 210 °C mit der Kernplatte verbunden.

Die Zusammensetzungen der Beispiele 1-4 sind unten in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

Reibmaterial	Komponenten	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4

Faseriges Substratmaterial	Unverzweigte Fasern	90 Vol.-%	85 Vol.-%	35 Vol.-%	30 Vol.-%
Faseriges Substratmaterial	Verzweigte Fasern A	10 Vol.-%	15 Vol.-%	65 Vol.-%	70 Vol.-%

Phenolharz		55 Gew.-%	55 Gew.-%	55 Gew.-%	55 Gew.-%

Die Komponenten in dem faserigen Substratmaterial sind in Volumenprozent angegeben, bezogen auf ein Gesamtvolumen des faserigen Substratmaterials.
Die verwendete Menge von Phenolharz wird als die „Harzaufnahme“ bezeichnet. Das heißt, die in Tabelle 1 angegebene Menge von Harz ist ein prozentualer Gewichtsanteil, der sich auf ein Gesamtgewicht des faserigen Substratmaterials bezieht.
Die unverzweigten Fasern sind Aramidfasern mit einem mittleren Durchmesser von 12 µm und einer mittleren Läng von 1,5 mm.
Die verzweigten Fasern A sind Aramidfasern, die einen CSF-Wert von 300 bis 680 ml aufweisen.
Das Phenolharz ist ein standardmäßiges Phenolharz.

Die Beispiele 1-4 von faserigem Substratmaterial wurden geprüft. Die Prüfergebnisse sind unten in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2

	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4
Basisgewicht (lbs./3000 ft²)	183	178	84	86
Verarbeitbarkeit des faserigen Substrats	Schlecht	Schlecht	Annehmbar	Gut
Feuchte Reißfestigkeit ASTM D829-97	1200 g/in	960 g/in	1750 g/in	2434 g/in

Die feuchte Reißfestigkeit wurde gemäß ASTM D829-97 geprüft; 1 Inch breite und 10 Inch lange Proben von Reibmaterial, gesättigt mit Alkohol, werden mit einer Geschwindigkeit von 1 in/min gezogen.
Es wird auf die obigen Tabellen 1 und 2 Bezug genommen; Volumenverhältnisse unverzweigter Fasern zu verzweigten Fasern von 35:65 und 30:70 zeigen unerwartet: (1) ein ausgezeichnetes Basisgewicht (was sich positiv auf Teilegewicht und Kosten auswirkt); (2) ausgezeichnete Verarbeitbarkeit; und (3) feuchte Reißfestigkeit.
Es wurden vier weitere Beispiele von Reibmaterialien hergestellt, die unverzweigte Faser, verzweigte Faser und gehärtetes Harz aufweisen und dabei frei von Partikeln und für diese Offenbarung repräsentativ sind (Beispiele 5-8). Um die Beispiele 5-8 herzustellen, wurden verschiedene Fasertypen gemischt, um eine Mischung zu bilden. Mit der Mischung wurde dann ein poröses, partikelfreies, faseriges Substratmaterial gebildet. Das faserige Substratmaterial wurde anschließend mit einem Harz getränkt. Das faserige Substratmaterial wurde mit dem Harz getränkt und danach erwärmt, um das Harz zu härten und das Reibmaterial der Beispiele 5-8 zu bilden. Genauer, das mit dem Harz und der Mischung getränkte faserige Substratmaterial wurde in einem Ofen während einer Zeit von etwa 30 min bei etwa 177 °C vorgehärtet. Danach wurde das Reibmaterial in einem Ofen während einer Zeit von etwa 30 s bei etwa 210 °C mit der Kernplatte verbunden.

Die Zusammensetzungen der Beispiele 5-8 sind unten in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3

Reibmaterial	Komponenten	Beispiel 5	Beispiel 6	Beispiel 7	Beispiel 8

Faseriges Substratmaterial	Unverzweigte Fasern	30 Vol.-%	30 Vol.-%	30 Vol.-%	30 Vol.-%
	Verzweigte Fasern A	70 Vol.-%	70 Vol.-%	70 Vol.-%	35 Vol.-%
	Verzweigte Fasern B	- - -	- - -	- - -	35 Vol.-%

Phenolharz		90 Gew.-%	75 Gew.-%	55 Gew.-%	55 Gew.-%

Die verzweigten Fasern B sind Cellulusefasern, die einen CSF-Wert von 690 ml aufweisen.
Der Einfachheit halber wird die Menge von Harz, die in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele enthalten ist, als die „Harzaufnahme“ (Resin Pick Up, RPU) bezeichnet, welche einfach der in den obigen Tabellen 1 und 2 angegebene Harzgehalt ist.
Nach der Herstellung wurden die Beispiele 5-8 und das Vergleichsbeispiel 1 geprüft, um verschiedene Leistungseigenschafen zu bestimmen. Die Prüfergebnisse sind in den 8-11 angegeben.
Es wird nun auf 8 Bezug genommen; Beispiel 5 und das Vergleichsbeispiel 1 wurden hinsichtlich Porengröße und Porengrößenverteilung gemäß dem Prüfverfahren D4404-10 der American Society for Testing and Materials („ASTM“) geprüft. Wie dargestellt, weist Beispiel 5 eine Vielzahl von Poren auf, welche größer und zusammenhängender als die Poren des Vergleichsbeispiels 1 sind. Genauer, Beispiel 5 weist einen d10-Wert von etwa 13 µm, einen d50-Wert von etwa 23 µM und einen d90-Wert von etwa 46 µm auf. Dagegen weist das Vergleichsbeispiel 1 einen d10-Wert von etwa 3 µm, einen d50-Wert von etwa 9 µm und einen d90-Wert von etwa 28 µm auf.
Es wird nun auf 9 Bezug genommen; der Reibungskoeffizient (Coefficient of friction, COF) der Reibmaterialien von Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 1 wurde auf einer Maschine SAE Nr. 2 geprüft. Es wurden vier doppelseitige Reibscheiben und Getriebefluid verwendet, um die Betriebsumgebung einer Schaltkupplung zu simulieren. In 8 zeigt das Reibmaterial von Beispiel 7, welches frei von Partikeln ist, überraschend einen höheren COF als das Vergleichsbeispiel 1, welches Partikel aufweist.
Es wird nun auf 10 Bezug genommen; Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 1 wurden auf „Scherfestigkeit“ geprüft. Überraschend weist das Reibmaterial von Beispiel 7, welches frei von Partikeln ist, eine ähnliche Scherfestigkeit wie das Vergleichsbeispiel 1 auf, welches Partikel enthält.
Es wird nun auf 11 Bezug genommen; Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 1 wurden auf „Kompression“ geprüft. In 11 beträgt die Kompression von Beispiel 7 unter 2 MPa etwa 13 %. Überraschend weist das Reibmaterial von Beispiel 7, welches frei von Partikeln ist, eine ähnliche Kompression wie das Vergleichsbeispiel 1 auf, welches Partikel enthält.
Der Reibungskoeffizient (Coefficient of friction, COF) der Reibmaterialien der Beispiele 5-8 wurde auf einer Maschine SAE Nr. 2 geprüft. Es wird nun auf 12 Bezug genommen; es ist das „Hot-Spot-Niveau“ dargestellt, wobei eine Harzbeladung von 55 % ein ausgezeichnetes Hot-Spot-Verhalten gewährleistet. Allgemein gesagt, wies das Hot-Spot-Verhalten der Beispiele 5-8 auf gute Reibungseigenschaften und eine ausgezeichnete Kühlung aufgrund der Porenstruktur der Beispiele 5-8 hin.
Einer oder mehrere der oben genannten Werte können um ±5 %, ±10 %, ±15 %, ±20 %, 125 % usw. variieren, solange die Varianz innerhalb des Umfangs der Offenbarung bleibt. Unerwartete Ergebnisse können von jedem Element einer Markush-Gruppe unabhängig von allen anderen Elementen erhalten werden. Jedes Element kann einzeln oder in Kombination in Anspruch genommen werden und bietet ausreichende Unterstützung für spezielle Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche. Der Gegenstand aller Kombinationen unabhängiger und abhängiger Ansprüche, sowohl einzeln als mehrfach abhängiger, wird hierin ausdrücklich in Betracht gezogen. Die Offenbarung dient der Veranschaulichung, wobei sie Worte der Beschreibung und nicht der Einschränkung enthält. In Anbetracht der obigen Lehren sind viele Modifikationen und Varianten der vorliegenden Offenbarung möglich, und die Offenbarung kann auch auf andere Weise praktisch ausgeführt werden, als hierin speziell beschrieben wurde.
Es versteht sich außerdem, dass beliebige Bereiche und Teilbereiche, auf die sich die Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stützt, unabhängig und gemeinsam in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen und sich als alle Bereiche, die ganze und/oder gebrochen Werte darin enthalten, beschreibend und in Betracht ziehend verstehen, selbst wenn solche Werte hierin nicht ausdrücklich angegeben sind. Ein Fachmann erkennt ohne Weiteres, dass die aufgezählten Bereiche und Teilbereiche verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in ausreichendem Maße beschreiben und ermöglichen und solche Bereiche und Teilbereiche ferner in relevante Hälften, Drittel, Viertel, Fünftel und so weiter unterteilt werden können. Lediglich als Beispiel kann ein Bereich „von 0,1 bis 0,9“ weiter 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, unterteilt werden, welche einzeln und gemeinsam im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegen und einzeln und/oder gemeinsam in Anspruch genommen werden können und ausreichende Unterstützung für spezielle Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche bieten. Weiterhin versteht sich in Bezug auf die Ausdrucksweise, welche einen Bereich definiert oder ändert, wie etwa „wenigstens“, „größer als“, „kleiner als“, „nicht mehr als“ und dergleichen, dass diese Ausdrucksweise Teilbereiche und/oder eine obere oder untere Grenze mit einschließt. Als ein weiteres Beispiel schließt ein Bereich von „wenigstens 10“ naturgemäß einen Teilbereich von wenigstens 10 bis 35, einen Teilbereich von wenigstens 10 bis 25, einen Teilbereich von 25 bis 35 und so weiter mit ein, und jeder Teilbereich kann einzeln und/oder gemeinsam in Anspruch genommen werden und bietet ausreichende Unterstützung für spezielle Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche. Schließlich kann auch eine einzelne Zahl innerhalb eines offenbarten Bereichs in Anspruch genommen werden und bietet ausreichende Unterstützung für spezielle Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche. Zum Beispiel enthält ein Bereich „von 1 bis 9“ verschiedene, einzelne ganze Zahlen, wie etwa 3, wie auch einzelne Zahlen mit einem Dezimalkomma (oder Brüche), wie etwa 4,1, welche in Anspruch genommen werden können und ausreichende Unterstützung für spezielle Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche bieten.

Claims

Reibmaterial, welches eine Reibung erzeugende Fläche und eine Verbindungsfläche gegenüber der Reibung erzeugenden Fläche aufweist, wobei das Reibmaterial umfasst: unverzweigte Fasern mit einem Durchmesser von 0,5 bis 50 µm und einer Länge von 0,2 bis 15 mm; verzweigte Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 50 µm; und ein überall in dem Reibmaterial angeordnetes Harz; wobei das Reibmaterial im Wesentlichen frei von Partikeln ist; und wobei das Reibmaterial eine Vielzahl von Poren mit einer Porengrößenverteilung mit einem d10-Wert von 5 bis 15 µm, einem d50-Wert von 15 bis 30 µm und einem d90-Wert von 30 bis 60 µm definiert.
Reibmaterial nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Poren eine Porengrößenverteilung mit einem d10-Wert von 7 bis 13 µm, einem d50-Wert von 15 bis 23 µm und einem d90-Wert von 34 bis 46 µm aufweist.
Reibmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei die unverzweigte Faser aus Acrylfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Cellulosefasern, Glasfasern, Mineralfasern, Phenolfasern, Polyvinylalkoholfasern und Kombinationen davon ausgewählt ist.
Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die unverzweigte Faser Aramidfasern und/oder Kohlenstofffasern umfasst.
Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verzweigte Faser aus Acrylfasern, Aramidfasern, Cellulosefasern und Kombinationen davon ausgewählt ist.
Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verzweigte Faser Aramidfasern und/oder Cellulosefasern umfasst.
Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verzweigte Faser einen Fibrillierungsgrad gemäß der Canadian Standard Freeness (CSF) von 10 bis 700 aufweist.
Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die unverzweigte Faser einen Durchmesser von 1 bis 25 µm und eine Länge von 0,5 bis 10 mm aufweist; und die verzweigte Faser einen Durchmesser von 2 bis 20 µm aufweist.
Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die unverzweigte Faser und die verzweigte Faser in dem Reibmaterial in einem Volumenverhältnis von 1:5 bis 1:1 vorhanden sind.
Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die unverzweigte Faser und die verzweigte Faser zusammen in dem Reibmaterial in einer Menge von mehr als 90 Gewichtsprozent vorhanden sind, bezogen auf ein Gesamtgewicht aller von Harz verschiedenen Komponenten in dem Reibmaterial.
Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Harz in dem Reibmaterial in einer Menge von 45 bis 120 Gewichtsprozent vorhanden ist, bezogen auf ein Gesamtgewicht aller von Harz verschiedenen Komponenten in dem Reibmaterial.
Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reibmaterial eine Porosität von 50 % bis 85 % aufweist, bestimmt unter Verwendung von ASTM D4404-10.
Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches frei von Partikeln ist.
Reibscheibe, welche ein Substrat und das Reibmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches gehärtet und mit dem Substrat stoffschlüssig verbunden ist, umfasst.
Nasskupplungsanordnung, welche die Reibscheibe nach Anspruch 14 und eine Trennscheibe umfasst.
Getriebe, welches die Nasskupplungsanordnung nach Anspruch 15 umfasst.
Reibmaterial, welches eine Vielzahl von Poren definiert und eine Reibung erzeugende Fläche und eine Verbindungsfläche gegenüber der Reibung erzeugenden Fläche aufweist, wobei das Reibmaterial umfasst: unverzweigte Fasern mit einem Durchmesser von 0,5 bis 50 µm und einer Länge von 0,2 bis 15 mm; verzweigte Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 50 µm; und ein überall in dem Reibmaterial angeordnetes Harz; wobei die unverzweigte Faser und die verzweigte Faser in dem Reibmaterial in einem Volumenverhältnis von 1:5 bis 1:1 vorhanden sind und zusammen in dem Reibmaterial in einer Menge von mehr als 90 Gewichtsprozent vorhanden sind, bezogen auf ein Gesamtgewicht aller von Harz verschiedenen Komponenten in dem Reibmaterial.
Reibmaterial nach Anspruch 17, wobei das Harz in dem Reibmaterial in einer Menge von 45 bis 120 Gewichtsprozent vorhanden ist, bezogen auf ein Gesamtgewicht aller von Harz verschiedenen Komponenten in dem Reibmaterial.
Reibmaterial nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Vielzahl von Poren eine Porengrößenverteilung mit einem d10-Wert von 5 bis 15 µm, einem d50-Wert von 15 bis 30 µm und einem d90-Wert von 30 bis 60 µm aufweist.