DE112020001710T5

DE112020001710T5 - Herstellungsverfahren für Nassreibmaterial

Info

Publication number: DE112020001710T5
Application number: DE112020001710.9T
Authority: DE
Inventors: Murat Bakan; Rashid Farahati
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-12-30
Also published as: US10844919B2; CN113423966A; CN113423966B; JP2022527073A; JP7309900B2; WO2020198227A1; US20200309219A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Reibmaterials. Das Verfahren beinhaltet das Mischen siliziumoxidhaltiger Füllstoffpartikel und eines flüssigen Bindemittels, um ein flüssiges Bindemittel-Füllstoff-Gemisch zu bilden. Das Verfahren beinhaltet zudem das Sättigen eines faserigen Basismaterials mit dem flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemisch, um ein gesättigtes faseriges Basismaterial zu bilden. Das Verfahren beinhaltet ferner das Härten des gesättigten faserigen Basismaterials bei einer vorgegebenen Temperatur während einer vorgegebenen Zeit, um das gesättigte faserige Basismaterial zu härten, um das Reibmaterial zu bilden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber der am 25. März 2019 eingereichten US-Anmeldung Nr. 16/363 685 , deren Offenbarung durch Bezugnahme in vollem Umfang hierin einbezogen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Verfahren zum Herstellen von Nassreibmaterialien für Drehmomentwandlerkupplungen, Doppelkupplungen und/oder Getriebekupplungspakete sowie andere Anwendungen.
HINTERGRUND
Nassreibmaterialien sind für Kupplungsanwendungen nützlich. Nassreibmaterialien können unter Verwendung eines Verfahrens hergestellt werden, bei dem faserige Basismaterialien (z. B. Zellstoff) und Mischmaterialien (z. B. Füllstoffe und Reibungsmodifikatoren) in Wasser dispergiert und dann zu Papier gebildet werden. Nachdem das Papier getrocknet ist, kann das gebildete Papier mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert werden, das wärmegehärtet und dann unter Druck formgepresst wird. Die Funktionalität des Nassreibmaterials wird durch das Vermischen von faserigen Grund- und Mischmaterialien beeinflusst.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines Reibmaterials offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Mischen von siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikeln und einem flüssigen Bindemittel, um ein flüssiges Bindemittel-Füllstoff-Gemisch zu bilden, das Sättigen eines faserigen Basismaterials mit dem flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemisch, um ein gesättigtes faseriges Basismaterial zu bilden, und das Härten des gesättigten faserigen Basismaterials bei einer vorgegebenen Temperatur während einer vorgegebenen Zeit, um das gesättigte faserige Basismaterial zu härten, um das Reibmaterial zu bilden. Die siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel können im Reibmaterial in einer Konzentration von 20 bis 50 Gew.-% des Gesamtgewichts des Reibmaterials vorliegen. Der Sättigungsschritt kann durch Eintauchen des faserigen Basismaterials in ein Bad aus dem flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemisch durchgeführt werden. Die siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel können in dem flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemisch in einer Konzentration von 30 bis 60 Gew.-% des Gesamtgewichts des flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemischs vorliegen. Das Bindemittel kann ein Phenolharz sein. Die siliziumoxidhaltigen Partikel können Diatomeenerdepartikel sein.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines Reibmaterials offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Sättigen eines faserigen Basismaterials mit einem flüssigen Bindemittel, um ein gesättigtes faseriges Basismaterial zu bilden. Das gesättigte faserige Basismaterial hat einen ersten Oberflächenbereich und einen zweiten Oberflächenbereich gegenüber dem ersten Oberflächenbereich. Das Verfahren beinhaltet ferner das Aufbringen von siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikeln auf den ersten und/oder den zweiten Oberflächenbereich des gesättigten faserigen Basismaterials, um ein im Oberflächenbereich imprägniertes gesättigtes faseriges Basismaterial zu bilden. Das Verfahren beinhaltet zudem das Härten des im Oberflächenbereich imprägnierten gesättigten faserigen Basismaterials bei einer vorgegebenen Temperatur während einer vorgegebenen Zeit, um das im Oberflächenbereich imprägnierte gesättigte faserige Basismaterial zu härten, um das Reibmaterial zu bilden, das eine erste Konzentration der siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel in einem ersten Reibmaterialoberflächenbereich und eine zweite Konzentration der siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikels in einem zweiten Reibmaterialoberflächenbereich hat. Die erste oder zweite Konzentration kann bezogen auf das Gesamtgewicht des Reibmaterials 20 bis 50 Gew.-% siliziumoxidhaltige Füllstoffpartikel betragen. Jede der ersten und der zweiten Konzentration kann bezogen auf das Gesamtgewicht des Reibmaterials 20 bis 50 Gew.-% siliziumoxidhaltige Füllstoffpartikel betragen. Jeder des ersten und des zweiten Reibmaterialoberflächenbereich kann eine Dicke im Bereich von 50 bis 150 pm haben. Der Schritt des Aufbringens kann das Mitreißen der siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel in einem Gasstrom, um einen mitgerissenen Gasstrom zu bilden, und das Aufbringen des mitgerissenen Gasstroms auf den ersten und/oder den zweiten Oberflächenbereich des gesättigten faserigen Basismaterials beinhalten, um das im Oberflächenbereich imprägnierte gesättigte faserige Basismaterial zu bilden. Der Schritt des Aufbringens beinhaltet das Anordnen des gesättigten faserigen Basismaterials und der siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel unter Vakuumbedingungen und das Aufbringen der siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel auf den ersten und/oder den zweiten Oberflächenbereich des gesättigten faserigen Basismaterials unter Vakuumbedingungen, um das im Oberflächenbereich imprägnierte gesättigte faserige Basismaterial zu bilden. Der Schritt des Aufbringens beinhaltet das Verteilen der siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel über den ersten und/oder den zweiten Oberflächenbereich des gesättigten faserigen Basismaterials, um das im Oberflächenbereich imprägnierte gesättigte faserige Basismaterial zu bilden. Der Schritt des Aufbringens kann das Aufbringen der siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel auf den ersten und/oder den zweiten Oberflächenbereich des gesättigten faserigen Basismaterials unter einem vorgegebenen Druck beinhalten, um das im Oberflächenbereich imprägnierte gesättigte faserige Basismaterial zu bilden.
Gemäß einer dritten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines Reibmaterials offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Mischen einer ersten Anzahl an siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikeln und eines flüssigen Bindemittels, um ein flüssiges Bindemittel-Füllstoff-Gemisch zu bilden. Das Verfahren beinhaltet zudem das Sättigen eines faserigen Basismaterials mit dem flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemisch, um ein gesättigtes faseriges Basismaterial zu bilden. Das Verfahren beinhaltet ferner das Aufbringen einer zweiten Anzahl an siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikeln auf den erste und/oder den zweiten Oberflächenbereich des gesättigten faserigen Basismaterials, um ein im Oberflächenbereich imprägniertes gesättigtes faseriges Basismaterial zu bilden. Das Verfahren beinhaltet zudem das Härten des im Oberflächenbereich imprägnierten gesättigten faserigen Basismaterials bei einer vorgegebenen Temperatur während einer vorgegebenen Zeit ein, um das im Oberflächenbereich imprägnierte gesättigte faserige Basismaterial zu härten, um das Reibmaterial zu bilden, das eine erste Konzentration der siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel in einem ersten Reibmaterialoberflächenbereich und eine zweite Konzentration der siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikels in einem zweiten Reibmaterialoberflächenbereich hat. Das Bindemittel kann ein Phenolharz sein. Die siliziumoxidhaltigen Partikel der ersten und zweiten Anzahl an siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikeln können Diatomeenerdepartikel sein. Das Reibmaterial kann mehr der zweiten Anzahl an siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikeln als der ersten Anzahl an siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikeln beinhalten.
Figurenliste
Die Art und Funktionsweise der vorliegenden Erfindung werden nun in der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren ausführlicher beschrieben, in denen:

1 eine schematische Querschnittsansicht eines faserigen Basismaterials gemäß einem beispielhaften Aspekt veranschaulicht;
2 eine schematische Querschnittsansicht eines Reibmaterials veranschaulicht, das ein Füllstoffmaterial beinhaltet, das in das faserige Basismaterial von 1 gemäß einem beispielhaften Aspekt eingearbeitet ist;
3 das Reibmaterial von 2 veranschaulicht, das auf einer Kupplungsscheibe gemäß einem beispielhaften Aspekt verwendet wird;
4 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Rotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht;
5 ein Flussdiagramm für einen Prozess zum Herstellen eines Reibmaterials gemäß einem beispielhaften Aspekt veranschaulicht; und
6 ein Diagramm veranschaulicht, in dem Reibungskoeffizienten im Verhältnis zur Geschwindigkeit für die Reibmaterialien A, B und C gemäß verschiedenen Beispielen aufgezeichnet sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Zu Beginn sollte klar sein, dass gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente bezeichnen. Des Weiteren versteht es sich, dass diese Erfindung nicht nur auf die vorliegend beschriebenen bestimmten Ausführungsformen, Methodiken, Materialien und Modifikationen beschränkt ist und diese daher natürlich variieren können. Wie der Fachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine der Figuren dargestellt und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Aspekte und soll den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken, der nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt ist. Es versteht sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind bestimmte strukturelle und funktionelle Details, die hierin offenbart sind, nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann zu lehren, die Ausführungsformen auf verschiedene Weise anzuwenden.
Sofern nicht anders definiert, ist sämtlichen hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffen dieselbe Bedeutung eigen, die ihnen der Fachmann auf dem Gebiet allgemein zuschreibt, zu dem diese Offenbarung gehört. Obwohl beliebige Verfahren, Vorrichtungen oder Materialien, die den vorliegend beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind, bei der Anwendung oder beim Testen der Offenbarung verwendet werden können, werden nun die folgenden beispielhaften Verfahren, Vorrichtungen und Materialien beschrieben.
Der Begriff „im Wesentlichen“ kann hierin verwendet werden, um offenbarte oder beanspruchte Ausführungsformen zu beschreiben. Der Begriff „im Wesentlichen“ kann einen Wert oder eine entsprechende Eigenschaft abändern, die in der vorliegenden Offenbarung offenbart oder beansprucht wird. In derartigen Fällen kann „im Wesentlichen“ bedeuten, dass der Wert oder die entsprechende Eigenschaft, der bzw. die abgeändert wird, innerhalb von ±0 %, 0,01 %, 0,05 %, 0,1 %, 0,2 %, 0,3 %, 0,4 % oder 0,5 % des Wertes oder der entsprechenden Eigenschaft liegt.
Ein Nassreibmaterial kann gebildet werden, indem ein faseriges Basismaterial (z. B. Zellstoff) und Mischmaterialien (z. B. Füllstoffe und Reibungsmodifikatoren) genommen und diese in Wasser dispergiert und die Dispersion trocknet werden, um ein Papier zu bilden, das anschließend mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert wird, das wärmegehärtet und dann unter Druck formgepresst wird. Dieser Prozess stellt viele Papierhersteller vor eine Herausforderung. Viele Hersteller haben nicht das Know-how, um die Füllung richtig in das nasse Reibmaterial einzuarbeiten. Andere Hersteller lehnen es einfach ab, mit Füllstoffen zu arbeiten, die bei Nassreibmaterialien verwendet werden. Angesichts dieser Herausforderungen ist es wünschenswert, ein Produktionsverfahren bereitzustellen, bei dem Papierhersteller nicht mit Füllstoffen arbeiten, um die Implementierung des Prozesses durch die Unternehmen, z. B. Automobilzulieferer und Erstausrüster (original equipment manufacturers, „OEMs“) unter Verwendung der Nassreibmaterialien zu erleichtern. Bei einem oder mehreren Aspekten werden Herstellungsverfahren und zugehörige Nassreibmaterialien offenbart, die die Effizienz des Gesamtprozesses des Herstellens von Nassreibmaterialien verbessern.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Querschnittsansicht des faserigen Basismaterials 10 gezeigt. Das faserige Basismaterial 10 kann eine organische oder anorganische Faser sein, zum Beispiel und ohne auf diese beschränkt zu sein, Zellulosefasern, Baumwollfasern, Aramidfasern, Kohlefasern oder Kombinationen davon. Bei einem Aspekt besteht das faserige Basismaterial 10 aus im Wesentlichen reinem faserigem Material mit Ausnahme beliebiger Spurenverunreinigungen, die im reinen faserigen Material während des Herstellungsverfahrens des faserigen Materials eingeschlossen sein können. Bei einem Aspekt besteht das Fasermaterial aus Zellulosefasern, die aus Zellulosefasern (z. B. aus Holz, Nichtholzmaterialien, Recyclingpapier und landwirtschaftlichen Reststoffen) zu Zellstoff und dann zu Papier hergestellt werden. Der Zellstoff- und Papierherstellungsprozess kann Schritte beinhalten, um die Verunreinigungen im Endprodukt zu minimieren. Diese Schritte können Sieben, Zerfasern und/oder Entknoten beinhalten. Ähnliche Schritte können beim Prozess zum Herstellen von Fasermaterialien aus anderen Materialien wie beispielsweise Baumwollfasern, Aramidfasern und Kohlefasern angewendet werden. Die Gewichtsmenge von Verunreinigungen in dem im Wesentlichen reinen Fasermaterial kann einen der folgenden Werte annehmen oder im Bereich von beliebigen zwei der folgenden Werte liegen: 0 %, 0,01 %, 0,05 %, 0,1 %, 0,2 %, 0,3 %, 0,4 % und 0,5 %. Bei einem Aspekt beinhaltet das im Wesentlichen reine Fasermaterial kein Füllstoffmaterial. Mit anderen Worten, die Verunreinigungen beinhalten kein Füllstoffmaterial.
Bei diesen Aspekten kann das im Wesentlichen reine Fasermaterial durch einen Papierhersteller hergestellt und durch den Papierhersteller oder eine andere Organisation weiterverarbeitet werden, um das Nassreibmaterial zu erhalten. Bei diesen Verfahren wird Füllstoffmaterial nicht während des Herstellungsprozesses des Fasermaterials (z. B. Zellstoff und Papier) hinzugefügt, sondern später, nachdem das Fasermaterial gebildet wurde.
In einem Aspekt besteht das Fasermaterial 10 zu 100 Gew.-% aus Baumwollfasern. In einem weiteren Aspekt besteht das Fasermaterial 10 zu 100 Gew.-% aus Aramidfasern. In noch einem weiteren Aspekt besteht das Fasermaterial 10 zu 100 Gew.-% aus Kohlenstofffasern. Alternativ können bis zu 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% Kohlefasern andere Faserarten (z. B. Zellulosefasern, Baumwollfasern oder Aramidfasern) ersetzen.
Ein Füllstoffmaterial (z. B. Füllstoffpartikel) kann so angeordnet sein, dass es einen Reibungsmodifikator trägt, und kann charakterisiert sein als: (a) in der Lage, Oberflächeninteraktionen mit einem Reibungsmodifikator zu haben; (b) eine Partikelform aufzuweisen, die so konfiguriert ist, dass sie einen Reibungsmodifikator trägt; (c) eine Partikelgröße aufzuweisen, die so konfiguriert ist, dass sie einen Reibungsmodifikator trägt; (d) Poren zum Tragen eines Reibungsmodifikators zu haben; oder (e) eine beliebige Kombination von (a) bis (d). Bei einem beispielhaften Aspekt kann das Füllstoffmaterial Siliziumoxid beinhalten. Bei einem beispielhaften Aspekt sind die siliziumoxidhaltigen Partikel nützlich, um einen Reibungsmodifikator zu tragen, oder verfügbar, um diesen anzuziehen oder einzukapseln.
Ein Reibungsmodifikator kann ein Additiv, einen Bestandteil oder einen Inhaltsstoff in Automatikgetriebeflüssigkeit (ATF) bezeichnen, die in Automobilkomponenten wie beispielsweise Nasskupplungen oder Drehmomentwandlern verwendet wird. Bei einem beispielhaften Aspekt ist der Reibungsmodifikator so konfiguriert, dass er Kompatibilität zwischen Platten einer Metallkupplung und Kompatibilität zwischen dem ATF und der Nasskupplung oder dem Drehmomentwandler bereitstellt. Reibungsmodifikatoren interagieren mit Metalloberflächen, wobei polare Köpfe des Reibungsmodifikators an die Kupplungsmetalloberflächen binden und Abstoßungskräfte von den Schwänzen der Moleküle zum Beispiel die Trennung der Metalloberflächen unterstützen.
Typische Reibungsmodifikatoren schließen Fettamine, Fettsäuren, Fettamide, Fettester, Paraffinwachse, oxidierte Wachse, Fettphosphate, geschwefelte Fette, langkettige Alkylamine, langkettige Alkylphosphite, langkettige Alkylphosphate und borierte langkettige Polare ein. In einem beispielhaften Aspekt beinhaltet der Reibungsmodifikator einen allgemein geraden oleophilen Endabschnitt, der 10 bis 24 Kohlenstoffe beinhaltet, sowie einen aktiven polaren Kopfgruppenabschnitt. In einem weiteren beispielhaften Aspekt beinhaltet der Endabschnitt 18 bis 24 Kohlenstoffe. Die Kopfteile bilden durch Oberflächenabsorption Schichten auf den Reibflächen. Reibungsmodifikatoren sind so konfiguriert, dass sie das Füllstoffmaterial oder die typischerweise aus Stahl bestehende Kupplungsscheibe nicht korrodieren oder eine Verschlechterung verursachen. Ein nicht einschränkendes Beispiel für einen Reibungsmodifikator, der bei einem beispielhaften Aspekt nützlich ist, ist Stearinsäure.
In einem beispielhaften Aspekt besteht das Füllstoffmaterial aus siliziumoxidhaltigen Partikeln. Die siliziumoxidhaltigen Partikel können einen Reibungsmodifikator tragen oder verfügbar sein, um diesen anzuziehen oder einzukapseln. In einem beispielhaften Aspekt können die siliziumoxidhaltigen Partikel Diatomeenerdepartikel (DE) sein. DE ist eine natürliche Siliziumoxidquelle, die aus der Sedimentation einzelliger Wasserorganismen mit der Bezeichnung Diatomeen gebildet wird. DE kann sich in Meer- oder Süßwasserumgebungen bilden und Eigenschaften haben, die mit ihrer einzigartigen Form und Struktur zusammenhängen. Diese Eigenschaften variieren je nach den in jeder Lagerstätte vorkommenden Kieselalgenarten, die jeweils eine unterschiedliche Chemie, unterschiedliche Formfaktoren und Porenstrukturen haben. Einige nicht einschränkende Beispiele von siliziumoxidhaltigen Trägerpartikeln beinhalten Celite® 281, DiaFil® 230 und CelTiX® ein. Celite® 281 ist eine flussmittelkalzinierte Diatomeenerde aus Plankton-Meeresdiatomit. DiaFil® 230 ist ein natürliches Diatomeenerdematerial. CelTiX™ ist ein feines, natürliches Süßwasser-Diatomeenerdeprodukt mit hervorragender Verstärkungsfähigkeit bei den meisten Elastomerarten. Siliziumoxid wird auch als Siliziumdioxid oder SiO₂ bezeichnet. Die Diatomeenerde enthält allgemein etwa zehn Prozent andere Oxide neben Siliziumoxid und ist im Wesentlichen frei von kristallinem Siliziumoxid. Typischerweise ist Diatomeenerde amorph.
2 veranschaulicht eine schematische Querschnittsansicht des Reibmaterials 12, das Füllstoffmaterial 14 beinhaltet, das in das faserige Basismaterial 10 eingearbeitet ist. Wie nachstehend dargelegt, kann das Füllstoffmaterial 14 in das faserige Basismaterial 100 unter Verwendung eines oder mehrerer Aspektverfahren zum Herstellen eines Reibmaterials eingearbeitet sein. Wie in 2 gezeigt, schließt das Reibmaterial 12 eine erste Oberfläche 16 und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche 18 ein. Das Reibmaterial 12 hat zudem einen ersten Oberflächenbereich 18, der durch die erste Oberfläche 16 und eine erste Tiefe 22 mit einer ersten Dicke dazwischen begrenzt ist. Das Reibmaterial 12 hat zudem einen zweiten Oberflächenbereich 24, der durch eine zweite Oberfläche und eine zweite Tiefe 24 mit einer zweiten Dicke dazwischen begrenzt ist. Das Reibmaterial 12 hat zudem einen Volumenbereich 28, der durch eine erste und eine zweite Tiefe 22 und 26 mit einer dazwischenliegenden Volumendicke begrenzt ist. Die erste und die zweite Dicke können unabhängig aus einem beliebigen der folgenden Werte oder innerhalb eines Bereichs von zwei der folgenden Werte ausgewählt sein: 50, 75, 100, 125 und 150 pm. Die Volumendicke kann aus einem beliebigen der folgenden Werte oder innerhalb eines Bereichs von zwei der folgenden Werte ausgewählt sein: 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 und 1,0 mm. Wie in 2 gezeigt, ist die Konzentration des Füllstoffmaterials 12 im ersten Oberflächenbereich 20 und/oder im zweiten Oberflächenbereich 24 höher als die Konzentration des Füllstoffmaterials 12 im Volumenbereich 28. Der Gewichtsprozentsatz des Füllstoffmaterials 12 im ersten Oberflächenbereich 20 und/oder im zweiten Oberflächenbereich 24 kann unabhängig aus einem beliebigen der folgenden Werte oder innerhalb eines Bereichs von zwei der folgenden Werte ausgewählt sein: 20, 30, 40 und 50 Gew.-%. Der Gewichtsprozentsatz des Füllstoffmaterials 12 im Volumenbereich 28 kann aus einem beliebigen der folgenden Werte oder innerhalb eines Bereichs von zwei der folgenden Werte ausgewählt sein: 1, 5, 10, 15 und 20 Gew.-%.
Wie in 3 gezeigt, ist das Reibmaterial 100 fest an der Kupplungsscheibe 102 befestigt. Das Reibmaterial 100 beinhaltet ein faseriges Basismaterial 104 einschließlich eines Füllstoffmaterials 106. Wie nachstehend dargelegt, kann das Füllstoffmaterial 104 in das faserige Basismaterial 104 unter Verwendung eines oder mehrerer Aspektverfahren zum Herstellen eines Reibmaterials eingearbeitet sein. Das Reibmaterial 100 kann ferner ein Bindemittel wie beispielsweise ein Phenolharz, einen Latex, ein Silan oder Gemische davon beinhalten. Das faserige Basismaterial 104 kann eine organische oder anorganische Faser sein. Nicht einschränkende Beispiele beinhalten Zellulosefasern, Baumwollfasern, Aramidfasern, Kohlefasern oder Kombinationen davon. Das Reibmaterial 100 hat eine hohe Konzentration von Füllstoffmaterial 106 an einem ersten Oberflächenbereich 108 des Reibmaterials 100.
4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Drehmomentwandlers 200, der Reibmaterial 12, 100 gemäß einem beispielhaften Aspekt habt. Der Drehmomentwandler 200 schließt eine Abdeckung 202, ein mit der Abdeckung 202 verbundenes Laufrad 204, eine Turbine 206 in Fluidverbindung mit dem Laufrad 204, ein Leitrad 208, eine Ausgangsnabe 210, die so angeordnet ist, dass sie drehfest mit einer Eingangswelle (nicht gezeigt) für ein Getriebe verbunden ist, eine Drehmomentwandlerkupplung 212 und einen Schwingungsdämpfer 214 ein. Die Kupplung 212 beinhaltet Reibmaterial 12, 100 und einen Kolben 216. Der Kolben 216 ist verschiebbar, um das Reibmaterial 12, 100 mit dem Kolben 216 und der Abdeckung 202 in Eingriff zu bringen, um durch das Reibmaterial 100 und den Kolben 216 ein Drehmoment von der Abdeckung 202 auf die Ausgangsnabe 210 zu übertragen. Ein Fluid 218 wird verwendet, um die Kupplung 212 zu betätigen. Das Reibmaterial 12, 100 kann in einer beliebigen Kupplungsvorrichtung für eine beliebige Drehmomentwandlerkonfiguration verwendet werden.
5 stellt ein Flussdiagramm des Prozesses 300 dar, der verwendet werden kann, um Reibmaterial 12 und oder 100 herzustellen. Wie in 5 gezeigt, beinhaltet der Prozess 300 mehrere Schritte 302, 304, 306, 308 und 310. In bestimmten Aspekten können je nach Implementierung einer oder mehrere dieser Schritte modifiziert oder weggelassen werden.
In Schritt 302 des Prozesses 300 wird ein Bindemittelmaterial in einem Lösungsmittel gelöst. In einem Aspekt wird ein festes Bindemittelmaterial (z. B. Pellets aus festem Bindemittelmaterial) in einem Lösungsmittel gelöst, um ein flüssiges Bindemittelmaterial zu bilden. Das flüssige Bindemittelmaterial kann in dem Gefäß gehalten oder einschließlich eines oder mehrerer der anderen Schritte des Prozesses 300 zur weiteren Verarbeitung in ein anderes Gefäß überführt werden. Typischerweise ist das Bindemittelmaterial ein Phenolharz. Beim Härten bildet Phenolharz Wasser als Nebenprodukt einer Reaktion zwischen einem Phenol und einem Formaldehyd. ArofeneⓇ 295-E-50 ist ein nicht einschränkendes Beispiel für ein Phenolharz, das bei Reibmaterialien verwendet werden kann.
In Schritt 304 des Prozesses 300 werden Füllstoffpartikel mit dem flüssigen Bindemittelmaterial gemischt, um ein flüssiges Gemisch aus Füllstoffpartikeln und flüssigem Bindemittel zu bilden. Die Füllstoffpartikel können ein beliebiges Material oder ein Gemisch von Materialien sein, wie hierin bei einem oder mehreren Aspekten dargelegt, zum Beispiel siliziumoxidhaltige Partikel (z. B. Diatomeenerdepartikel). Das flüssige Bindemittelmaterial kann ein beliebiges Material oder ein beliebiges Gemisch von Materialien sein, wie hierin bei einem oder mehreren Aspekten dargelegt, zum Beispiel Phenolharz. In einem beispielhaften Aspekt werden die Füllstoffpartikel im Wesentlichen homogen mit dem flüssigen Bindemittelmaterial gemischt. In einem weiteren Aspekt werden die Füllstoffpartikel im Wesentlichen heterogen mit dem flüssigen Bindemittelmaterial gemischt. In einem Aspekt liegen die Füllstoffpartikel in dem flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemisch in einer Konzentration von 30 bis 60 Gew.-% des Gesamtgewichts des flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemischs vor.
In Schritt 306 des Prozesses 300 wird ein faseriges Basismaterial mit dem flüssigen Gemisch aus Füllstoffpartikeln und flüssigem Bindemittel gesättigt. Das faserige Basismaterial kann ein beliebiges Material oder ein beliebiges Gemisch von Materialien sein, wie hierin bei einem oder mehreren Aspekten dargelegt. In einem Beispiel kann Schritt 306 ausgeführt werden, indem das faserige Basismaterial in ein Bad aus dem flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemisch getaucht wird. Dieser Eintauchvorgang kann kontinuierlich durchgeführt werden. In einem Aspekt kann, wenn das gesättigte faserige Basismaterial aus dem Bad austritt, eine oder ein Paar Walzen verwendet werden, um überschüssiges flüssiges Gemisch aus dem faserigen Basismaterial zu entfernen. In einem Aspekt kann Schritt 308 zwischen den Schritten 306 und 310 ausgeführt werden. In einem weiteren Aspekt kann Schritt 308 zwischen den Schritten 306 und 310 nicht ausgeführt werden.
In Schritt 308 des Prozesses 300 werden Füllstoffpartikel auf erste und/oder zweite Oberflächenbereiche eines gesättigten faserigen Basismaterials aufgetragen, um ein im Oberflächenbereich imprägniertes gesättigtes faseriges Basismaterial zu bilden. Der erste Oberflächenbereich kann dem zweiten Oberflächenbereich gegenüberliegen. Die Dicke des ersten und des zweiten Oberflächenbereichs kann eine beliebige Dicke sein, wie hierin dargelegt. So können die erste und die zweite Dicke beispielsweise unabhängig aus einem beliebigen der folgenden Werte oder innerhalb eines Bereichs von zwei der folgenden Werte ausgewählt sein: 50, 75, 100, 125 und 150 pm. Die Konzentration der Füllstoffpartikel nach Schritt 308 kann ein Gewichtsprozentsatz des Füllstoffmaterials im ersten Oberflächenbereich und/oder im zweiten Oberflächenbereich sein, der unabhängig aus einem beliebigen der folgenden Werte oder innerhalb eines Bereichs von zwei beliebigen der folgenden Werte ausgewählt ist: 20, 30, 40 und 50 Gew.-%. In einem Aspekt ist das Aufbringen von Füllstoffpartikeln in Schritt 308 ein Ersatz für das Hinzufügen von Füllstoffpartikeln zu dem flüssigen Bindemittel, das das faserige Basismaterial sättigt. In einem weiteren Aspekt erfolgt das Aufbringen von Füllstoffpartikeln in Schritt 308 zusätzlich zu den Füllstoffpartikeln in dem flüssigen Bindemittel, das das faserige Basismaterial sättigt.
Der Schritt des Aufbringens 308 kann das Mitreißen der Füllstoffpartikel in einem Gasstrom (z. B. einem Luftstrom) beinhalten, um einen mitgerissenen Gasstrom zu bilden, der auf den ersten und/oder den zweiten Oberflächenbereich des gesättigten faserigen Basismaterials angewendet wird. Der Schritt des Aufbringens 308 kann das Anordnen des gesättigten faserigen Basismaterials und der Füllstoffpartikel unter Vakuumbedingungen und das Aufbringen der Füllstoffpartikel auf den ersten und/oder den zweiten Oberflächenbereich des gesättigten faserigen Basismaterials unter Vakuumbedingungen beinhalten. Der Schritt des Aufbringens 308 kann das Verteilen der Füllstoffpartikel über den ersten und/oder den zweiten Oberflächenbereich des gesättigten faserigen Basismaterials beinhalten. Der Schritt des Aufbringens 308 kann das Aufbringen der Füllstoffpartikel auf den ersten und/oder den zweiten Oberflächenbereich des gesättigten faserigen Basismaterials bei einem vorgegebenen Druck beinhalten. Zum Beispiel kann das gesättigte faserige Basismaterial durch ein Paar von Walzen (z. B. Quetschwalzen) komprimiert werden. Die vorgegebene Komprimierung kann einen beliebigen der folgenden Werte betragen oder in einem Bereich von zwei beliebigen der folgenden Werte liegen: 20-, 25-, 30-, 35- und 40-%-Bereich. In einem Beispiel kann die Dicke des gesättigten faserigen Basismaterials 1,0 mm betragen und der Walzenspalt kann 0,7 mm betragen. Bei diesem Beispiel kann der Komprimierungsprozentsatz 30 % betragen. In einem Aspekt können die Füllstoffpartikel auf eine oder ein Paar von Walzen (z. B. Quetschwalzen) aufgetragen werden, die verwendet werden, um überschüssiges flüssiges Bindemittel aus dem gesättigten faserigen Basismaterial auszutreiben.
In Schritt 310 des Prozesses 300 wird das gesättigte faserige Basismaterial bei einer vorgegebenen Temperatur während einer vorgegebenen Zeit gehärtet, um das gesättigte faserige Basismaterial zu härten, um ein Reibmaterial zu bilden. Die vorgegebene Temperatur kann einer der folgenden Werte sein oder in einem Bereich von zwei beliebigen der folgenden Werte liegen: 150, 155, 165, 175, 185, 195 und 200 °C. Die vorgegebene Zeit kann einer der folgenden Werte sein oder in einem Bereich von zwei beliebigen der folgenden Werte liegen: 3,5, 4, 4,5 und 5 Minuten. Nach Schritt 310 können die Füllstoffpartikel in dem Reibmaterial in einer Konzentration von 20 bis 50 Gew.-% des Gesamtgewichts des Reibmaterials vorliegen. In einem Aspekt kann Schritt 308 zu einem Reibmaterial führen, das eine erste Konzentration von Füllstoffpartikeln in einem ersten Oberflächenbereich und eine zweite Konzentration von Füllstoffpartikeln in einem zweiten Oberflächenbereich hat. Die erste und/oder die zweite Konzentration können bezogen auf das Gesamtgewicht des Reibmaterials 20 bis 50 Gew.-% Füllstoffpartikel betragen.
6 veranschaulicht ein Diagramm 400, in dem die Reibungskoeffizienten im Verhältnis zur Geschwindigkeit bei 3 MPa Oberflächendruck bei 120 °C für die Reibmaterialien A, B und C gemäß verschiedenen Beispielen aufgezeichnet sind. Die Kurven 402A, 402B und 402C für die Reibmaterialien A, B und C zeigen ein hinreichendes Reibungsverhalten bei den dargelegten Bedingungen. Reibmaterial A hat ein faseriges Basismaterial, das zu 100 Gew.-% aus Aramidfasern besteht. Reibmaterial B hat ein faseriges Basismaterial, das aus 50 Gew.-% Zellulosefasern und 50 Gew.-% Aramidfasern besteht. Reibmaterial C hat ein faseriges Basismaterial, das zu 100 Gew.-% aus Zellulosefasern besteht. Ein Füllstoffmaterial aus Diatomeenerdepartikeln wurde unter Verwendung des Verfahrens 300 (einschließlich der Schritte 302, 304, 306, 308 und 310) in jedes der Reibmaterialien eingearbeitet. Der Gewichtsprozentsatz der Diatomeenerdepartikel in jedem Reibmaterial beträgt bezogen auf das Gesamtgewicht jedes Reibmaterials etwa 30 Gew.-%.
Zwar sind vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Ansprüche umfasst sind. Bei den in der Beschreibung verwendeten Wörtern handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Wörter und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Zwar hätten verschiedene Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden können, der Fachmann erkennt jedoch, dass bei einem oder mehreren Merkmalen oder bei einer oder mehreren Eigenschaften ein Kompromiss eingegangen werden kann, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute können unter anderem und ohne auf diese beschränkt zu sein, Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. beinhalten. Sofern Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Realisierungsformen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, liegen diese Ausführungsformen daher nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können bei bestimmten Anwendungen wünschenswert sein.
Bezugszeichenliste
Das Folgende ist eine Liste der Bezugszeichen, die in den Figuren gezeigt sind. Es versteht sich jedoch, dass die Verwendung dieser Begriffe nur zu Veranschaulichungszwecken unter Bezugnahme auf eine Ausführungsformen dient. Die Verwendung von Bezugszeichen, die einem bestimmten Begriff entsprechen, der sowohl in den Figuren veranschaulicht als auch in den Ansprüchen vorliegt, soll die Ansprüche nicht darauf beschränken, nur die veranschaulichte Ausführungsform abzudecken.

10: Faseriges Basismaterial
12: Reibmaterial
14: Füllstoffmaterial
16: Erste Oberfläche
18: Zweite Oberfläche
20: Erster Oberflächenbereich
22: Erste Tiefe
24: Zweiter Oberflächenbereich
26: Zweite Tiefe
28: Volumenbereich
100: Reibmaterial
102: Kupplungsscheibe
104: Faseriges Basismaterial
106: Füllstoffmaterial
108: Erster Oberflächenbereich
200: Drehmomentwandler
202: Abdeckung
204: Laufrad
206: Turbine
208: Stator
210: Ausgangsnabe
212: Drehmomentwandlerkupplung
214: Schwingungsdämpfer
216: Kolben
218: Fluid
300: Prozess
302: Schritt
304: Schritt
306: Schritt
308: Schritt
310: Schritt
400: Diagramm
402A: Kurve
402B: Kurve
402C: Kurve

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 16/363685 [0001]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Reibmaterials, das Verfahren umfassend: Mischen von siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikeln und einem flüssigen Bindemittel, um ein flüssiges Bindemittel-Füllstoff-Gemisch zu bilden; Sättigen eines faserigen Basismaterials mit dem flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemisch, um ein gesättigtes faseriges Basismaterial zu bilden; und Härten des gesättigten faserigen Basismaterials bei einer vorgegebenen Temperatur während einer vorgegebenen Zeit, um das gesättigte faserige Basismaterial zu härten, um das Reibmaterial zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel in dem Reibmaterial in einer Konzentration von 20 bis 50 Gew.-% des Gesamtgewichts des Reibmaterials vorliegen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sättigungsschritt durch Eintauchen des faserigen Basismaterials in ein Bad aus dem flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemisch durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel in dem flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemisch in einer Konzentration von 30 bis 60 Gew.-% des Gesamtgewichts des flüssigen Bindemittel-Füllstoff-Gemischs vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel ein Phenolharz ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel Diatomeenerdepartikel sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Diatomeenerdepartikel amorph sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gesättigte faserige Basismaterial einen ersten Oberflächenbereich und einen zweiten Oberflächenbereich hat, der dem ersten Oberflächenbereich gegenüberliegt.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Aufbringen von siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikeln auf den ersten und oder den zweiten Oberflächenbereiche des gesättigten faserigen Basismaterials umfasst, um ein im Oberflächenbereich imprägniertes gesättigtes faseriges Basismaterial zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Härten des im Oberflächenbereich imprägnierten gesättigten faserigen Basismaterials bei einer vorgegebenen Temperatur während einer vorgegebenen Zeit, um das im Oberflächenbereich imprägnierte gesättigte faserige Basismaterial zu härten, um das Reibmaterial zu bilden, das eine erste Konzentration der siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikel in einem ersten Reibmaterialoberflächenbereich und eine zweite Konzentration der siliziumoxidhaltigen Füllstoffpartikels in einem zweiten Reibmaterialoberflächenbereich hat.