DE2014540A1

DE2014540A1 - Reibbelag für Kupplungen

Info

Publication number: DE2014540A1
Application number: DE19702014540
Authority: DE
Inventors: Henry C East Greenbush N.Y. Morton (V.St.A.)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1969-03-25
Filing date: 1970-03-25
Publication date: 1970-10-01
Also published as: ES377946A1; US3600258A; FR2039953A5; GB1250149A

Description

20U5A0

Ing H. Negend*,*

9Μΰη

The Bendix Corporation
Executive Offices

Bendix Center . 24. März 1970

Southfield.Mich.48075.USA Anwaltsafcte M-1097

Reibbelag für Kupplungen

Die Erfindung betrifft Friktions- bzw. Reibbeläge für Kupplungen und dergleichen und insbesondere Reibbeläge, welche aus einem aus Gummi bestehenden, mit einem wärmehärtbaren harzimprägnierten Faden geformt werden. Dieser wird in einem ringförmigen Gefüge bzw. in einer Vorform angeordnet, welche daraufhin gepreßt und erhitzt wird, um den Gummi oder das Harz auszuhärten und den fertigen Gegenstand zu erzielen. Reibflächen dieser Art sind bekannt und werden in weitem Umfang verwendet. Reibflächen dieser Bauart werden bei Verwendung in Kraftfahrzeugkupplungen hohen Drehgeschwindigkeiten und großen Zentrifugalkräften ausgesetzt, durch welche sie bersten bzw. brechen können.

Mit der vorliegenden Erfindung soll deshalb eine Vorrichtung geschaffen werden, um die Bruch- bzw. Berstfestigkeit von Reibflächen zu vergrößern (d.h. es soll die Grenze der Zentrifugalkräfte angehoben werden, welchen die Reibfläche ohne Bruch widerstehen kann.

Die meisten Hersteller von für Kraftfahrzeuge geeigneten Kupp-' lungen fordern, daß der angetriebene Kupplungskörper mit zwei

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daran befestigten Flächenteilen 15 Minuten lang auf 26O⁰C erhitzt und daraufhin als Voraussetzung für die Abnahme einem Drehversuch unterworfen wird. Dieser Hochtemperatur-Bruchtest stellt gewöhnlich den schwierigsten Test dar, welchen Reibbeläge durchlaufen, da die Bindematerialien, wie Harz und Gummi _} bei erhöhten Temperaturen schnell ihre Bruchfestigkeit verlieren, so daß bei verhältnismäßig geringen Drehgeschwindigkeiten bereits Bruch auftreten kann. Reibbeläge bekannter Art mit einem Außendurchmesser von 254mm und einem Innendurchmesser von 152 mm widerstehen diesem Test bis zu Drehgeschwindigkeiten im Bereich zwischen 8000 und 9000 Umdrehungen pro Minute. Mit der vorliegenden Erfindung sollen Reibbeläge geschaffen werden, welche dem Hochtemperatur-Bruchtest bei Drehgeschwindigkeiten im Bereich von 11000 Umdrehungen pro Minute bis 12000 Umdrehungen pro Minute widerstehen, während sie gleichzeitig ihre körperlichen Abmessungen beibehalten.

Es wurden bereits verschiedene Versuche unternommen, das Gefüge von Kupplungsbelägen unter Verwendung mechanisch starker Bauteile zu verstärken, beispielsweise durch Verwendung gewobener Glaserzeugnisse, offenmaschiger Drahtgewebe und metallischer Platten, welche an der Rückseite des Belages abgebunden werden. All diese Versuche kennzeichnen sich durch hohe Kosten pro Einheit und durch die Schwierigkeit, welche darin zu sehen ist, die zusammengesetzten Gebilde während des Gebrauchs flach und parallel zu halten. Dies stellt ein Erfordernis dar, da der Abstand zwischen im Eingriff befindlichen und voneinander gelösten Kupplungsflächen bzw. Kupplungspositionen sehr gering ist. Jegliche Abweichung von der flachen Ausgestaltung bewirkt einen teilweisen Kupplungseingriff mit daraus sich ergebendem Schlupf und hoher Abnützung; es muß gleichzeitig ein unsauberer Kupplungseingriff in Kauf genommen werden.

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Mit der vorliegenden Erfindung soll deshalb eine Verstärkung für Kupplungsflächen bzv. Kupplungsbeläge geschaffen werden, welche den gestellten Erfordernissen im Gebrauch gerecht wird.

Die Verwendung von metallischen Drähten und von MaschenerZeugnissen, von metallischen Stützplatten und gewobenen Glasprodukten bringt auch während des Betriebes Schwierigkeiten mit sich, da diese Verstärlrungsmaterialien bei der während des Kuppeins auftretenden Hitze wesentlich anders reagieren als Harz und Asbestfäden. Dadurch entstehen unebene Anlage-bzw. Reibflächen und durch eine konstante Verbiegung wird der Kupplungsbelag geschwächt. Mit der vorliegenden Erfindung soll deshalb eine VerstäEkungsvorrichtung für Reibflächen geschaffen werden, welche während des Betriebes verträglich mit der Reibfläche selbst ist.

Die bei den verschiedenartigen Verstärkungselementen bekannter Art auftretenden Schwierigkeiten sollen sowohl einzeln als auch insgesamt erfindungsgemäß vermieden werden. Die Verwendung metallischer Stützplatten ist sehr teuer und aufwendig und erfordert ein verhältnismäßig zeitaufwendiges Herstellungsverfahren, da die metallischen Hatten der geeigneten Ausgestaltung entsprechend, welche gewöhnlich ringförmig ist, geformt werden müssen. Metallische Stützplatten vergrößern auch das Gewicht der Kupplung. Die Steifheit und thermischen Eigenschaften des Metalles bewirken eine starke Trägheit, ferner die Neigung der Ausknickung und einenWirkverlust der Kupplungsdämpfelemente.

Die Verwendung gewobener Matten von Glasfasern als Stützkörper, auf welchen der Faden und Harz bzw. der Gummi vor der endgültigen Aushärtung aufgetragen werden, stellt sich als weniger teuer als

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der Einsatz metallischer stützplatten dar; indessen mz die Verwendung solcher Matten auch weniger wirksam und erweist sich in gleichem Maße als aufwendig. Mit der vorliegenden Erfindung sollen deshalb Kupplungsbeläge mit hoher Bruch- bzw. Berstfestigkeit geschaffen werden, welche nicht unter Verwendung metallischer oder . gewebter, faserförmiger Stützplatten aus Glas aufgebaut sind.

Verstärkungsmaterial, welches bei Relbbelägen verwendet wird, soll die Reibungseigenschaften der Reibflächen oder die körperlichen Abmessungen des Reibbelages nicht verändern. Bauteile wie metallische Stränge, metallische Stutzplatten und gewebte Glaserzeugnisse haben

P bislang nachteilige Nebenwirkungen sowohl auf die Reibungseigen*· schäften als auch auf die körperlichen Abmessungen gehabt. Die Verwendung von Stahl- oder Bronzedrähten und von Maschenerzeugnissen oder dergleichen· hat sich bislang nicht als zufriedenstellend erwiesen, da alle diese Materialien eine Einschnürung bzw. Kerbung und einen Abrieb der anliegenden Fläche hervorrufen, wenn diese in Kontakt mit einem Schwungrad oder einer Druckplatte aus Gußeisen iet. Mit der vorliegenden Erfindung soll deshalb eine Verstärkung für Reibflächen gesftaffen werden, durch welche die Reibungseigen-

* schäften der Reibbeläge nicht verändert wird. Es soll auch eine Vorrichtung geschaffen werden, welche eine verstärkte Abstützung der Reibbeläge ermöglicht, um die Berst- bzw. Bruchfestigkeit zu verbessern. Die zur Verstärkung verwendeten Bauteile sollen sowohl bezüglich der körperlichen Abmessungen als auch bezüglich der Reibungswerte verträglich mit den Reibflächen sein und sollen ohne besondere oder teuere Herstellungsverfahren gefertigt werden können.

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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch einen Reibbelag, dessen ringförmiges Gefüge aus wenigstens zwei im wesentlichen kontinuierlichen Fäden besteht, nämlich aus einem Asbestfaden und aus einem Glasfaden. Diese sind im wesentlichen gleichförmig verteilt im Gefüge des Reibbelages angeordnet und werden durch ein Bindematerial gehalten· Wenigstens eine verstärkende Lage von Glasfasern ist entweder am Innendurchmesser oder am Außendurchmesser des Reibbelages angeordnet* Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Herstellungsverfahren für Reibbeläge dieser Art, welches im einzelnen beschrieben und dargestellt ist.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 der Zeichnungen stellt einen mit Harz imprägnierten mit Fäden gefertigten Reibbelag während dreier Herstellungsstufen dar.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht von Linie 2-2 des in Fig. 1 dargestellten Reibbelags unter Darstellung der Abstützenden imd verstärkenden Lagen aus Glasfasern.

Fig. 3 der Zeichnung stellt die Glas- und Asbeststränge dar, welche vor Auftragen des Harzes für die Fertigung der Fäden ver- " wendet werden. .

In Fig. 1 und 3 der Zeichnungen ist ein Reibkupplungsbelag IO in der Darstellung dreier Segmente I, II* III dargestellt. Die einzelnen Segmente stellen den fertigen Kupplungsbelag (I) und eine mittlere (II) und eine frühere (III) Fertigungsstufe des Belaggefüges bzw. der Vorform dar. Die Ausgestaltung ist von bekannter Art und wird durch Aufwickeln eines Bandes 12 auf einem sich drehenden

!Formkörper (nicht dargestellt) gewonnen. Das Band 12 besteht aus einem oder aus mehreren Asbestfäden 14 und aus einem oder mehreren Fäden 16, welche im wesentlichen aus kontinuierlichen, fadenförmig gezogenen und gelegten Glasfasern bestehen. Die Asbestfaden 14 können mit oder ohne metallischen, verstärkenden Drahtfäden bzw. lagen aus Kupfer, Messing, Zink oder dergleichen ausgestattet sein (d.h. mit Metallen, welche den Kupplungsbelag nicht einkerben bzw. diesen verkratzen).

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsfläche bzw. des Kupplungsbelages können die Anlage- und die Rückseite durch gleiche Verfahren geformt werden. Eine Veränderung wird natürlich im Verhältnis von Glasfasern bzw. Glasfaden zu Asbestfäden vorgenommen, wobei das Verhältnis an der Rückseite höher sein kann als an der Anlage- bzw. Reibseite.

Das Band 12 wird hergestellt, indem die erwünschte Anzahl von Asbestfäden und die erwünschte Anzahl von Glasfasern durch ein Bad der vorzugsweise verwendeten Reibmassenverbindung bzw. durch das Bindematerial hindurchgeführt werden. Die Fäden werden dabei Seite an Seite geführt, um ein vollständig bedecktes und imprägniertes Band zu erzielen, welches daraufhin getrocknet oder teilweise in herkömmlicher Weise ausgehärtet werden kann, so daß es leicht lagerbar und bearbeitbar ist. Mit dem Ausdruck Bindermaterial werden Materialien bekannter Art bezeichnet, d.h. Massen auf Gummibasis und wärmehärtende Materialien auf Harzbasis. Diese können zusammen mit reibungsverändernden Materialien eingesetzt werden, um Asbestfäden zu bearbeiten bzw. zu imprägnieren, wenn organische Reibungsbeläge für Kupplungen und dergleichen hergestellt werden.

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In Pig« 2 der Zeichnungen ist die Schnittansicht des fertigen Reibungsbelages bzw« der Reibungsfläche nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Reibungsbelag weist eine Anlageseite 18 und eine Rückseite 20 auf} diese werden im wesentlichen identisch zueinander, jedäch unabhäjME^g -roneinander hergestellt und werden kurz Tor den letzten Verfahrensstufen zusammengefügt. Zwischen der Anlageseite 13 und der Rückseite 20 befinden sich zwei für die zusätzliche Verstärkung dienende Ringe bzw· Lagen ame gewickelten Glasfasern. Eine dieser Lagen bildet die äußere Verstärkung 22 und befindet sich im äußeren durchmesser des Reibungsbelages, während die andere Lage die innere Verg&rkung 24 bildet und am inneren Durchmesser des Reibungsbelags angeordnet 1st. Durch den letzten Verfahrensschritt des Pressen» rand der Aushärtung wird schließlich ein fertiger Gegenstand erzielt, dessen verschiedene Glasfasern durch das ausgehärtete Harz im wesentlichen pemaae&i fixiert in ihrer Lage sind.

Sie für die Verstärkung 22 und 24 dienenden Lagen werden hergestellt, indem die einseinen Glasfaden bzw. Glasfasern mit Phenolnarslösungen hoher Festigkeit bearbeitet werden. Biese können von Phenolen, Kreeilen, Spoxlmaasen und dergleichen abgeleitet werden. Die Behandlung geschieht vor der formung der Lagen selbst. Nach Auftragen der Harslösu&g wird dae Lösungsmittel entfernt, indem die Lagen durcheinen Trocknungsofen hindurchgeführt werden. Dadurch verbleibt ein Restharz in teilweise reagiertem bzw. ⁹¹B"-Zustand auf den Glasfasern. Wenn die Lagen geformt und in das Gefüge der Kupp^Lungaflache eingelegt werden, wird durch weiteres SAnlegen von Wärme und Druck bewirkt, daß das Harz in wärmehärtende Form übergeführt wird. Auf diese Weise wird eine feste,

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harte Lage erzielt, welche sich fest sowohl an die Anlageseite des Kupplungsbelags als auch an die Rückseite desselben anlegt und abbindet.

Die äußeren und inneren, verstärkenden Lagen bzw. Verstärkungen 22 und 24 weisen in der dargestellten Form eine gewisse Anzahl von Glasfäden auf, wie sie aus Zwecken der Gleichförmigkeit in beiden Lagen einander gleich sind. Dieses Verhältnis muß in der Praxis natürlich nicht beibehalten werden, da sich herausgestellt hat, daß beide Lagen die Bruch- bzw. Berstfestigkeit dieser Reib-

™ beläge verbessern.Da die der Herstellung der Anlage- und der Rückseite des Reibungsbelages im wesentlichen auf gleiche Weise geschieht, ist das Verhalten des Kupplungs- bzw. Reibungsbelags unter verschiedenen Arbeitsbedingungen im wesentlichen gleichförmig. Der Glasfaden 16 innerhalb des Bandes 12 bewirkt eine im wesentlichen kontinuierliche Verstärkung, wodurch die Berst- bzw. Bruchfestigkeit der Anlage- bzw. Reibseite 18 vergrößert wird. Da der Glasfaden 16 in das Band 12 eingebettet wird, bevor dieses in gewünschter Gestaltung gewickelt wird, ist der Faden 16 im wesentli-

Jk chen gleichförmig radial und axial gerichtet innerhalb der Anlageseite 18 und der Rückseite 20 verteilt. Dies stellt eine Anordnung dar, sowohl die Anlageseite 18 für sich als auch die Rückseite zu verstärken; wegen der gleichförmigen Verteilung des Fadens besteht keine Möglichkeit daß sich die Anlageseite 18 verwirft oder ihre flache Gestaltung verliert. Da der Asbestfaden 14 einen größeren durchmesser als der Glasfaden 16 aufweist,wird dieser wirksam bedeckt und beeinträchtigt die Reibungseigenschaft des Kupplungsbelages nicht nachteilig.

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Zum Zwecke einer verbesserten Berst- bzw. Bruchfestigkeit kann ein verhältnismäßig niedriges Verhältnis von Glasfaden zu Asbestfäden in der Anlageseite des Kupplungsbelages verwendet werden, während das Verhältnis von Glasfaden zu Asbestfäden in der Rückseite des Kupplungsbelages sehr hoch sein kann. Auf diese Weise werden die Reibungseigenschaften des erfindungsgemäßen Kupplungsbelages durch die Anwesenheit des Glasfadens nicht beeinträchtigt, während die Bruchfestigkeit wesentlich verstärkt wird. Es hat sich beispielsweise.herausgestellt, daß die Bruch- bzw· Berstfestigkeit der Anlageseite verbessert wird, während die Reibungseigenschaften dieser Seite durch verwendete Glasfäden nicht beeinträchtigt werden, jjj wenn ein Verhältnis der Glasfaden zu den Asbest fäden von 1:2 angewendet wird und wenn vier Stränge von Asbestfäden im Band zum Einsatz gebracht werden. Die Rückseite des Reibungsbelages unterliegt keiner Abnützung, d.h. sie wird lediglich am £-nde der lebensdauer einer gewissen Abnutzung ausgesetzt; sie kann infolgedessen ein höheres Verhältnis von Glasfäden zu Asbestfäden im B_erei_Ch von 1:1 oder höher besitzen. Da nicht erwartet wird, daß die Rückseite so wirksam ist wie die Anlageseite,können die etwas verringerten Reibungseigenschaften, hervorgerufen durch die höhere Dichte von Glasfäden, nicht als nachteilig /angesehen werden angesights der Tatsache, daß der Kupplungsbelag erhöhte Festigkeit besitzt.

Ein Kupplungsbelag bekannter Ausführungsform, welcher dem in Figvi der Zeichnungen, AbschnittI, gleicht, besitzt einen Außendurchmesser von 154 mm, einen Innendurchmesser von 152 mm und eine Dicke von 3,5 mm. Der Kupplungsbelag dieser Abmessungen widersteht bei erhöhten Temperaturen von 260⁰O Drehwerten von 8000 Umdrehungen pro Minute und bricht bzw. birst bei Geschwindigkeiten zwischen

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8000 und 9000 Umdrehungen pro Minute. Es hat sich nun herausgestellt, daß Kupplungsbeläge erfindungsgemäßer Ausgestaltung, welche die gleichen Abmessungen besitzen und welche erhöhten Temperaturen von 26O⁰C ausgesetzt werden, durchschnittlich Drehgeschwindigkeiten bis zu 11000 Umdrehungen pro Minute widerstehen; sie brechen bzw. bersten bei Umdrehungen zwischen 11000 und 12000 Umdrehungen pro Minute. Dies bedeutet eine wesentliche Erhöhung der Bruchgeschwindigkeit von Kupplungsbelägen erfindungsgemäßen'' Ausgestaltung gegenüber bisher geläufigen Konstruktionen,

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Claims

The Bendix Corporation Executive Offices Bendix Center 24. März 1970 Southfield.Mich.48075.USA Anwaltsakte M-1097 Patentansprüche

1.) Reibbelag für Kupplungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibbelag (10) in Form eines ringförmigen Gebildes aus wenigstens zwei im wesentlichen kontinuierlichen Fäden gebildet ist, aus einem Asbestfaden (14) .und aus einem Glasfaden (16)> daß die Fäden im wesentlichen gleichförmig im Gefüge verteilt und durch ein Bindermaterial gehalten werden, und daß wenigstens eine verstärkende Lage. (22,24) aus Glasfasern entweder am Innendurchmesser oder am Außendurchmesser des Reibbelages (10) angeordnet ist.

2. Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei verstärkende Lagen aus Glasfasern am Innendurchmesser bzw. am Aussendurchmess-er des Reibbelages angeordnet sind.

3. Reibbelag nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die . Axialdicke der verstärkenden Lagen geringer ist als diejenige des Reibbelages.

4. Reibbelag nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag aus einer ringförmigen Anlageseite (18) und aus einer

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ringförmigen Rückseite (20) besteht, welche getrennt voneinander gefertigt und in Form des fertigen Reibbelages miteinander vereint werden, und daß die verstärkenden Lagen in Sandwloh-Bauweise zwischen den Anlage- und Rückseiten eingelegt sind.

5. Reibbelag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Lagen von Glasfaden zu Asbestfäden an der Rückseite höher ist als an der Anlageseite des Reibbelages.

6. Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages der in den vorangehenden Ansprüchen beschriebenen Art, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Imprägnieren eines asbestförmigen Reibungsmaterials in Form von Fäden und eines fadenförmigen Olasmaterials mit einem Binder; Trocknen der mit Binder Imprägnierten Fäden In kontinuierlicher Lage Seite an Seite zur Herstellung eines Bandes aus imprägnierten Fäden;

Umgestaltung des Bandes in eine ringförmige Vorform der Anlageseite und eine ringförmige Vorform der Rückseite; Herstellen wenigstens einer Lage aus im wesentlichen kontinuierlich gelegten Glasfasern;

Vereinen der der Anlageseite entsprechenden Vorform und der der Rückseite entsprechenden Vorform, wobei die Lage in Sandwich-Bauweise am Innendurchmesser und/oder am Außendurohmesser dazwischen angeordnet wird;

Verdichten und Aushärten der Vorformen und der Lage in Form eines fertigen Produktes.

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