DE112019001149T5

DE112019001149T5 - Verfahren zum bilden von nassreibungsmaterial durch abbrennen von fasern

Info

Publication number: DE112019001149T5
Application number: DE112019001149.9T
Authority: DE
Inventors: Rashid Farahati; Murat Bakan
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2019-03-03
Publication date: 2020-11-26
Also published as: CN111684169A; WO2019173168A1; US20190277345A1; JP2021515160A; US10816043B2; JP7124102B2

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Nassreibungsmaterials enthält Bereitstellen einer Außenschicht auf einer Basisschicht, um das Nassreibungsmaterial zu bilden. Die Basisschicht enthält einen ersten Anteil an Fasermaterial und einen ersten Anteil an Füllmaterial. Die Außenschicht enthält einen zweiten Anteil an Fasermaterial und einen zweiten Anteil an Füllmaterial. Der zweite Faseranteil ist geringer als der erste Faseranteil und der zweite Füllstoffanteil ist größer als der erste Füllstoffanteil. Das Verfahren enthält ferner Bilden einer modifizierten Außenschicht durch Abbrennen des Fasermaterials der Außenschicht.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Reibungskupplungen und -platten, die in Drehmomentwandlern und Kraftfahrzeuggetrieben verwendet werden, und insbesondere Nassreibungsmaterial.
HINTERGRUND
Das Reibungsmaterial in Nassreibungskupplungen arbeitet im Allgemeinen in einer ölgetauchten Umgebung und ist häufig ein Material auf Papierbasis, das zum Bilden von Reibungsmaterialringen verwendet wird.
US-Veröffentlichung 2017/0089415 offenbart Reibungsmaterial, einschließlich einer unteren Schicht und einer oberen Schicht, die einen Papierverbundstoff bilden, wobei Poren durch einen Laser in der oberen Fläche erzeugt werden.
US-Veröffentlichung 2017/0261057 , US-Veröffentlichung 2006/0008635 , US-Veröffentlichung 2017/0335913 und das US-Patent 9,499,759 offenbaren Reibungsmaterialien, die zwei oder mehr Schichten enthalten.
Es ist bekannt, Kieselgur, das unter dem Handelsnamen CELITE verkauft wird, direkt während des Papierherstellungsprozesses in einer Fourdrinier-Maschine an der Nasspartie der Maschine auf die Basismaterialien zu sprühen oder zu streuen, wenn das Papierbasismaterial entlang eines Förderers bewegt wird. Dieses Verfahren eignet sich gut für Papiere mit sehr großem Volumen, es entsteht jedoch bei der Ersteinrichtung viel Abfall, sodass es für die Produktion mit kleinerem Volumen nicht praktikabel ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zum Herstellen eines Nassreibungsmaterials wird bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Bereitstellen einer Außenschicht auf einer Basisschicht, um das Nassreibungsmaterial zu bilden. Die Außenschicht enthält einen ersten Anteil an Fasermaterial und einen ersten Anteil an Füllmaterial. Die Basisschicht enthält einen zweiten Anteil an Fasermaterial und einen zweiten Anteil an Füllmaterial. Der zweite Faseranteil ist größer als der erste Faseranteil, und der zweite Füllstoffanteil ist kleiner als der erste Füllstoffanteil. Das Verfahren enthält ferner Bilden einer modifizierten Außenschicht durch Abbrennen des Fasermaterials der Außenschicht.
Gemäß Ausführungsformen des Verfahrens weist die Basisschicht eine erste Dicke auf, und die modifizierte Außenschicht weist eine zweite Dicke auf, wobei das Nassreibungsmaterial eine Gesamtdicke aufweist, die der ersten Dicke plus der zweiten Dicke entspricht, und die zweite Dicke kann 10 % bis 30 % der Gesamtdicke betragen. Das Fasermaterial der Basisschicht kann aus synthetischem Fasermaterial bestehen. Das Fasermaterial der Außenschicht kann aus Cellulosefasermaterial bestehen. Der erste Füllstoffanteil und der zweite Füllstoffanteil können jeweils von einem oder mehreren Füllstoffen aus einer Gruppe gebildet werden, die aus Kieselgur und/oder Ton besteht. Der erste Faseranteil kann zwischen 35 und 60 % der Basisschicht betragen, und der zweite Faseranteil beträgt zwischen 5 und 25 % der Außenschicht. Das Bilden der modifizierten Außenschicht kann Aussetzen der Außenschicht einer Temperatur von 850 bis 950 Grad F enthalten. Das Bilden der modifizierten Außenschicht kann Aufbringen einer heißen Platte auf eine Außenfläche der Außenschicht enthalten. Das Bereitstellen der Außenschicht auf der Basisschicht zum Bilden des Nassreibungsmaterials kann Laminieren der Außenschicht auf die Basisschicht enthalten. Mindestens eine von der Basisschicht und der Außenschicht kann ein Bindemittel enthalten. Das Laminieren der Au-ßenschicht auf die Basisschicht kann Aufbringen von Hitze und Druck auf die Außenschicht enthalten, um die Außenschicht und die Basisschicht über das Bindemittel zusammen zu fixieren. Das Verbrennen des Fasermaterials kann Aktivkohle in der Außenschicht erzeugen.
Eine Kupplungsbaugruppe wird ebenfalls bereitgestellt, die ein Metallteil und das am Metallteil befestigte Nassreibungsmaterial enthält.
Ein Nassreibungsmaterial wird ebenfalls bereitgestellt. Das Nassreibungsmaterial enthält eine Basisschicht; und eine Außenschicht auf der Basisschicht. Die Basisschicht enthält ein Fasermaterial und ein erstes Füllmaterial. Die Außenschicht enthält ein zweites Füllmaterial und verbrannte Cellulosefasern einschließlich Aktivkohle. Die Außenschicht enthält Poren, die durch die Außenschicht verlaufen.
Gemäß Ausführungsformen des Nassreibungsmaterials kann das Fasermaterial aus synthetischem Fasermaterial bestehen. Die synthetischen Fasern können Aramidfasern sein. Die Basisschicht weist eine erste Dicke auf, und die Außenschicht weist eine zweite Dicke auf, wobei das Nassreibungsmaterial eine Gesamtdicke aufweist, die der ersten Dicke plus der zweiten Dicke entspricht, und die zweite Dicke kann 10 % bis 30 % der Gesamtdicke betragen. Die Außenschicht kann eine Matrix aus einem zweiten Füllmaterial enthalten, das eine Vielzahl von mäandrierenden Poren definiert, die durch die Außenschicht verlaufen. Das zweite Füllmaterial kann aus einer Gruppe bestehen, die aus Kieselgur und/oder Ton besteht. Der erste Faseranteil kann zwischen 35 und 60 % der Basisschicht liegen.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine Basisschicht und eine Außenschicht zum Bilden des Nassreibungsmaterials gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 darstellt, wie die Außenschicht auf die Basisschicht laminiert wird;
3 ein Nassreibungsmaterial darstellt, das durch Verbinden der Basisschicht und der Außenschicht gebildet wird, wie in Bezug auf 2 beschrieben, das an einem Metallkupplungsteil befestigt ist;
4 Fasermaterial einer Außenschicht des des Reibungsmaterials darstellt, das abgebrannt wird; und
5 eine Überbrückungskupplungsbaugruppe eines Drehmomentwandlers darstellt, der das Nassreibungsmaterial ohne Fasermaterial in der Außenschicht enthält.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen von Nassreibungsmaterialien unter Verwendung einer dünnen Außenschicht aus Cellulosefasern und einer höheren als der üblichen Menge an Füllstoffpartikeln bereit. Die Herstellung dieser dünnen Außenschicht ist kostengünstig. Eine Basisschicht besteht aus synthetischen Fasern und Füllstoffen. Für Automobilanwendungen sind synthetische Fasern langlebig, da sie hohen Temperaturen und hoher Belastung pro Einheit standhalten. Synthetische Fasern verringern jedoch die Reibungsleistung. Die dünne Außenschicht wird auf die Oberseite der Basisschicht laminiert, indem die Schichten mit einem Bindemittel imprägniert werden, das eine dauerhafte und starke Verbindung zwischen den Schichten herstellt. Nach dem Aushärten des Bindemittels wird vor oder nach dem Verbinden des laminierten Reibungsmaterials mit einem Metallträgerteil wie einer Kupplungskernplatte eine Hochtemperaturquelle auf die Fläche des Nassreibungsmaterials aufgebracht, und die Cellulosefasern werden abgebrannt. Nach dem Abbrennen der Cellulosefasern verbleiben nur Füllstoffpartikel auf der Basisschicht.
1 bis 4 veranschaulichen schematisch ein Verfahren zum Bilden eines Nassreibungsmaterials und einer Kupplungsbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Eine Basis-Nassreibungsmaterialschicht 10 wird getrennt von, oder als Einzelstück mit einer Außenschicht 12 hergestellt. 1 stellt die Basisschicht 10 und die Außenschicht 12 als getrennte Teile dar.
Die Basisschicht 10 ist ein Nassreibungsmaterial, das aus Fasern, Füllmaterial und einem Bindemittel gebildet ist. Die Fasern können Aramidfasern, Cellulosefasern, Kohlenstofffasern und/oder Glasfaser sein. Cellulosefasern können in Form von Baumwolllinter oder Holzzellstoff vorliegen. Die Füllstoffe können Kieselgur und/oder Ton sein. In einer bevorzugten Ausführungsform können die Füllstoffe aus Kieselgurpartikeln mit einem mittleren Durchmesser von 3 bis 30 Mikrometern bestehen. Das Bindemittel kann ein Phenolharz, ein Latex oder ein Silan sein. Optional kann auch ein Reibungsmodifikator wie Graphit in der Basisschicht 10 enthalten sein.
Die Außenschicht 12 enthält Cellulosefasern, Füllmaterial und ein Bindemittel. Cellulosefasern können in Form von Baumwolllinter oder Holzzellstoff vorliegen. Die Füllstoffe können Kieselgur und/oder Ton sein. Das Bindemittel kann ein Phenolharz, ein Latex oder ein Silan sein. Optional kann auch ein Reibungsmodifikator wie Graphit in der Außenschicht 12 enthalten sein.
Die Zusammensetzung der Außenschicht 12 enthält ein höheres Verhältnis an Füllmaterial und ein niedrigeres Verhältnis an Fasern als die Basisschicht 10, sodass die Außenschicht 12 weniger porös und dichter als die Basisschicht 10 ist und einen höheren Reibungskoeffizienten als die Basisschicht 10 und eine höhere Verschleißfestigkeit als die Basisschicht 10 aufweist. Die Fasern der Schichten 10 und 12 weisen einen mittleren Durchmesser von 20 bis 35 Mikrometern und eine mittlere Länge von 1 bis 2 Millimetern auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Basisschicht 10 nach Gewichtsprozent 35 bis 60 % Fasern, 15 bis 40 % Füllmaterial und 20 bis 30 % Bindemittel. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthält die Basisschicht 10 nach Gewichtsprozent 35 bis 55 % Fasern, 15 bis 40 % Füllmaterial und 20 bis 30 % Bindemittel. Insbesondere enthält in einer bevorzugten Ausführungsform die Basisschicht nach Gewichtsprozent 35 bis 60 % synthetische Fasern wie Aramidfasern, 15 bis 40 % Füllmaterial und 20 bis 30 % Bindemittel. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthält die Basisschicht nach Gewichtsprozent 35 bis 55 % synthetische Fasern wie Aramidfasern, 15 bis 40 % Füllmaterial und 20 bis 30 % Bindemittel. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle der Fasern der Basisschicht 10 Aramidfasern und keine Cellulose, Kohlenstofffasern oder Glasfaser sind in der Basisschicht 10 enthalten.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen enthält die Außenschicht 12 nach Gewichtsprozent 5 bis 25 % Cellulosefasern, 45 bis 75 % Füllmaterial und 20 bis 30 % Bindemittel.
2 stellt die zwei getrennten Schichten 10, 12 dar, die durch Laminieren miteinander verbunden sind. Das Laminieren umfasst das Pressen der Außenschicht 12 gegen die Basisschicht 10 mit einer Heizplatte 14, um das Bindemittel in mindestens einer der Schichten 10, 12 auszuhärten, wobei die Außenschicht 12 und die Basisschicht 10 zusammen fixiert werden. Das Bindemittel wird in die Poren einer Matrix eingebracht, die aus den Fasern und dem Füllmaterial der Schichten 10, 12 besteht. Die Kraft des Pressens der Heizplatte 14 gegen eine Außenfläche 12a der Außenschicht 12, während eine untere Fläche 12b der Außenschicht 12 auf einer Trägerfläche aufliegt, bewirkt, dass sich das Bindemittel an einer Grenzfläche einer Innenfläche 12b der Außenschicht 12 und einer Außenfläche 10a der Basisschicht 10 ansammelt, während das Aushärten des Bindemittels durch die Hitze der Heizplatte 14 eine dauerhafte Verbindung zwischen der Basisschicht 10 und der Außenschicht 12 erzeugt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Hitze an einer Fläche 14a der Platte 14, die die Außenfläche 12a der Außenschicht berührt, 375 bis 425 Grad F.
3 stellt ein Nassreibungsmaterial 16 dar, das durch Verbinden der Basisschicht 10 und der Außenschicht 12 gebildet wird, wie in Bezug auf 2 beschrieben. 3 stellt Nassreibungsmaterial 16 dar, das mit einem Metallteil 18 verbunden ist. Insbesondere wird Klebstoff auf die untere Fläche 10b der Basisschicht 10 oder auf eine Fläche 18a des Metallteils 18 aufgebracht, und das Nassreibungsmaterial 16 wird mit der Fläche 12a auf das Metallteil 18 geklebt, wobei die Außenfläche 12a der Außenschicht 12 vom Metallteil 18 wegweist.
Nach dem Formen des Nassreibungsmaterials 16, bevor oder nachdem das Nassreibungsmaterial 16 an dem Metallteil 18 befestigt ist, wird das Nassreibungsmaterial 16 derart erhitzt, dass Cellulosefasern des Nassreibungsmaterials 16 weggebrannt werden. Die Cellulosefasern können weggebrannt werden, indem das Nassreibungsmaterial 16 einer Temperatur zwischen 850 und 950 Grad F ausgesetzt wird. Das Wegbrennen der Cellulosefasern von der Außenschicht 12 hinterlässt eine modifizierte Außenschicht 12', die wie in 4 dargestellt aus Füllmaterial 20 gebildet ist. Das Füllmaterial 20 definiert eine Vielzahl von mäandrierenden Poren, die durch die modifizierte Außenschicht 12' verlaufen. Rückstände aus den verbrannten Cellulosefasern liegen in der modifizierten Außenschicht 12' in Form von Aktivkohle vor. Die Aktivkohle ist für Reibungszwecke vorteilhaft, da Aktivkohle eine hohe Oberflächenenergie aufweist, wodurch die Aktivkohle Reibungsmodifikatoren, beispielsweise Fettsäuren oder Fettamide, die Additive in der Automatikgetriebeflüssigkeit sind, während der Verwendung, die in Automatikgetriebefluid vorhanden sind, adsorbiert.
Das Nassreibungsmaterial 16 ist so ausgebildet, dass die modifizierte Außenschicht 12' eine Dicke T1 zwischen der Außenfläche 12a' und der Innenfläche 12b' aufweist, die Basisschicht 14 eine Dicke T2 zwischen der Außenfläche 10a und der unteren Fläche 10b aufweist und das Nassreibungsmaterial 16 eine Gesamtdicke T3 zwischen der Außenfläche 12a' und der unteren Fläche 10b aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke T2 der Außenschicht 12' gleich 10 bis 30 % der Gesamtdicke T3, wobei die Dicke T1 der Basisschicht 10 somit 70 bis 90 % der Gesamtdicke T3 beträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird, wie in 3 dargestellt, eine heiße Platte 22 einer Heißplattenpresse, die auf eine Temperatur zwischen 850 und 950 Grad F erhitzt wurde, auf die Außenfläche 12a der Außenschicht 12 aufgebracht, um die Cellulosefasern aus der Außenschicht 12 auszubrennen, um eine modifizierte Außenschicht 12' zu bilden. In einer anderen Ausführungsform kann das Nassreibungsmaterial 16 durch einen Ofen mit einer Temperatur zwischen 850 und 950 Grad F geleitet werden, um die Cellulosefasern derart abzubrennen, dass die Cellulosefasern durch eine offene Flamme abgebrannt werden.
5 stellt ein Nassreibungsmaterial 16 dar, das mit beiden Seiten eines Metallteils in Form einer Kupplungsscheibe 30 der Überbrückungskupplungsbaugruppe 32 eines Drehmomentwandlers 34 verbunden ist. Ein Kolben 36 der Überbrückungskupplungsbaugruppe 32 presst die Kupplungsscheibe 30 gegen eine Innenfläche 38a einer Frontabdeckung 38 von Drehmomentwandler 34. Der Kolben 36 berührt die modifizierte Außenfläche 12a' des hinteren Teils des Nassreibungsmaterials 16, um die Fläche 12a' (4) auf das Vorderteil des Nassreibungsmaterials 16 gegen die Innenfläche 38a der Frontabdeckung 38 zu pressen. Das Pressen der Kupplungsscheibe 30 gegen die Frontabdeckung 38 durch den Kolben 36 sperrt die Überbrückungskupplungsbaugruppe 32 derart, dass ein Drehmomentpfad im Drehmomentwandler 34 zu einer Getriebeantriebswelle ein Laufrad 40 und eine Turbine 42 von Drehmomentwandler 34 umgeht und stattdessen von der Frontabdeckung 38 zur Kupplungsscheibe 30 und über eine Dämpferbaugruppe 44 zu einer Getriebeantriebswelle fließt, die mit einer Abtriebsnabe 46 von Drehmomentwandler 34 verbunden ist.
In der vorhergehenden Beschreibung wurde die Offenbarung unter Bezugnahme auf spezifische beispielhafte Ausführungsformen und Beispiele davon beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne von dem in den folgenden Ansprüchen dargelegten allgemeineren Geist und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Die Spezifikation und die Zeichnungen sind dementsprechend veranschaulichend anstatt einschränkend zu betrachten.
Bezugszeichenliste

10: Basisschicht
10a: Außenfläche
10b: untere Fläche
12: Außenschicht
12a: Außenfläche
12b: Innenfläche
12': modifizierte Außenschicht
12a': modifizierte Außenfläche
12b': modifizierte Innenfläche
14: Heizplatte
14a: Plattenfläche
16: Nassreibungsmaterial
18: Metallteil
20: Füllmaterial
22: heiße Platte
30: Kupplungsscheibe
32: Überbrückungskupplungsbaugruppe
34: Drehmomentwandler
36: Kolben
38: Frontabdeckung
38a: Innenfläche
40: Laufrad
42: Turbine
44: Dämpferbaugruppe
46: Abtriebsnabe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017/0261057 [0004]
US 2006/0008635 [0004]
US 2017/0335913 [0004]
US 9499759 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Nassreibungsmaterials, umfassend: Bereitstellen einer Außenschicht auf einer Basisschicht zum Bilden des Nassreibungsmaterials, wobei die Basisschicht einen ersten Anteil an Fasermaterial und einen ersten Anteil an Füllmaterial enthält, wobei die Außenschicht einen zweiten Anteil an Fasermaterial und einen zweiten Anteil an Füllmaterial enthält, wobei der zweite Anteil an Fasermaterial geringer ist als der erste Anteil an Fasermaterial, wobei der zweite Anteil an Füllmaterial größer ist als der erste Anteil an Füllmaterial; und Bilden einer modifizierten Außenschicht durch Abbrennen des Fasermaterials der Außenschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Basisschicht eine erste Dicke und die modifizierte Außenschicht eine zweite Dicke aufweist, wobei das Nassreibungsmaterial eine Gesamtdicke aufweist, die der ersten Dicke plus der zweiten Dicke entspricht, wobei die zweite Dicke 10 % bis 30 % der Gesamtdicke beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fasermaterial der Basisschicht aus synthetischem Fasermaterial besteht und das Fasermaterial der Außenschicht aus Cellulosefasermaterial besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Faseranteil zwischen 35 und 60 Gew.-% der Basisschicht beträgt und der zweite Faseranteil zwischen 5 und 25 Gew.-% der Außenschicht beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden der modifizierten Außenschicht Aussetzen der Außenschicht einer Temperatur von 850 bis 950 Grad F umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei hierin mindestens eine von der Basisschicht und der Außenschicht ein Bindemittel enthält und das Bereitstellen der Außenschicht auf der Basisschicht zum Bilden des Nassreibungsmaterials Laminieren der Außenschicht auf die Basisschicht durch Aufbringen von Hitze und Druck auf die Außenschicht enthält, um die Außenschicht und die Basisschicht über das Bindemittel zusammen zu fixieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verbrennen des Fasermaterials Aktivkohle in der Außenschicht erzeugt.
Nassreibungsmaterial, umfassend: eine Basisschicht; und eine Außenschicht auf der Basisschicht, wobei die Basisschicht ein Fasermaterial und ein erstes Füllmaterial enthält, wobei die Außenschicht ein zweites Füllmaterial enthält und verbrannte Cellulosefasern Aktivkohle enthalten, wobei die Außenschicht Poren enthält, die durch die Außenschicht verlaufen.
Nassreibungsmaterial nach Anspruch 8, wobei das Fasermaterial aus synthetischem Fasermaterial besteht und die synthetischen Fasern Aramidfasern sind.
Nassreibungsmaterial nach Anspruch 8, wobei die Außenschicht eine Matrix aus einem zweiten Füllmaterial enthält, das eine Vielzahl von mäandrierenden Poren definiert, die durch die Außenschicht verlaufen.