DE2925265A1

DE2925265A1 - Kupplungsbelaege

Info

Publication number: DE2925265A1
Application number: DE19792925265
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Dr Ing Eyerer
Original assignee: Raybestos Manhattan & Co GmbH
Current assignee: Raybestos Manhattan & Co GmbH
Priority date: 1979-06-22
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1981-01-15

Description

Titel : Kupplungsbeläge
Die vorliegende Erfindung berf Kupplungsbeläge, insbesondere für Kupplungen, die hohen Drehzahlen ausgesetzt sind. Derartige Kupplungsbeläge bestehen aus einem Struktuträger, BindemiAtteln und Reibstoffen.
In rotierenden Scheiben treten Zentrifugaikräfte auf, die tangentiale und radiale Zugspannungen an der Ringscheibe hervorrufen. Mit zunehmender Drehzahl bildet sich ein rotierender Kreisring aus, bis-die Zugkräfte die innere Festigkeit des Werkstoffes erreichen. überschreiten die äußeren Kräfte die inneren, so wird der Ring gesprengt.
Diese kritische Drehzahl nennt man Berstdrehzahl. Man hat versucht durch verschiedene Lösungsvorschläge die Berstdrehzahl von Kupplungsbelägen zu erhöhen. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, die Zugfestigkeit des Strukturträgers (z.B. Garne aus verschiedenen Werkstoffen) zu erhöhen. Dies kann jedoch andere Nachteile mit sich bringen, bçispielsweise schlechtere Herstellbarkeit des Kupplungsbelegs. In vielen Fällen werden die Garne mit Imprägnierung getränkt.
Je höher die zugfestigkeit und häufig damit die Dichte eines Garnes, umso schlechter kann die Bindemittelaufnahme sein. Ein weiterer Nachteil kann die Veränderung von Reibeigenschaften des fertiggestellten Kupplungsbelages sein, da sich beispi elsweise die Wärmeleitfähigkeit ändern karin.
Andere Lösungen, die Berstdrehzahl zu erhöhen, gehen dahin, den Kupplungsbeleag auf der Rückseite mit einem Stahlblech zu bekleben oder ein Drahtnetz einzupressen oder einen Stahlring m Jlnenr'urchmesser des Kuplungsbelages mit ein zup@essen. Alle diese Vorschläge sind relativ unwirtschaftlich und haben eine ganze Reibe von Fertigungsproblemen zur Folge Diese I:cchniscJIen Lösungen, die zum Teil heute reale siert werden (besonders Bekleben eines Kupplun£sbeiages mit einem Stahlblech auf der Rückseite) haben einen ganz entscheidenclen anwendungstechnischen Nachteil: Eine wesentliche Forderung der Kupplungshersteller und der Automibilhersteller ist ein möglichst niedriges spezifisches Gewicht des Kupplungsbelages zu haben. Hohes spezifisches Gewicht erhöht die Schalteiten bei synchronisierten Getrieben. Ein niedriges spezifisches Gewicht des Reibbelages erleichtert somit Synchronisationsvorgänge im Getriebe. Die Forderung an einen Kupp:lungsbelag lautet unter anderem demnach: hohe Berstdrehzahlen bei möglichst niedrigem spezifischen Gewicht.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß z.B. in PKW-Motoren Drehzahlen bis zu 15000 Umdrehungen pro Minute erreicht werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde Kupplungsbeläge zu finden, die ein möglichst niedriges spezifisches Gewicht besitzen und hohe Berstdrehzahlen aufweisen.
Gegenstand der Erfindung sind Kupplungsbeläge aus einem Strukturträger, Bindemittel und Reibstoffen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie 0,1 bis 30 Gew.-% Mikrohohlkügelchen enthalten, deren Oberfläche aufgerauht ist undZoder einen llaftvermittler aufweist.
Grundsätzlich können die handelsüblichen Mikrchohlkügelchen verwendet werden. Es wird dazu lediglich beispielsweise auf die US-PS 2 797 201, 3 030 215, 3 264 073 sowie die DE-PS 2 300 375 und den darin erwähnten Stand der Technik verwiesen.
Die Dichte der Mikrohohlkugeln beträgt zweckmäßig 0,25 -0,35 g/cm3.
Die Mikrohohlkügelchen können aus organischen oder anorgani schem Material be stehen Besonders bevorzugte anorganische Mikrohohlkügl chen sind solche aus Glas oder Aluminiumoxid.
Besonders bevorzugte organische Stoffe sind Kunstharze, insbesondere Phenolharz Melaminharze, ungesättigte Polyester, Polyimide oder Vinylidenchlorid-Acrylinitrilharz.
Der Begriff "Hohlkügelchen" ist naturgemäß nicht streng auf kugelförmige Nohlkörperchen beschränkt, vielmehr können auch andere Mikrohohlkörperchen in gleicher Weise ven*sendet werden.
Mikrohohlkügelchen haben besonders den Vorteil, daß sie verhältnismäßig leicht hergestellt werden können. Beispiele für andere geometrische Figuren sind Kegel, Quader.
Überraschenderweise erreichen die Kupplungsbeläge gemäß der Erfindung außerordentlich hohe Berstdrehzahlen, obwohl die Mikrokügelchen (Mikrohohlkugeln) keine fadenförmige Struktur aufweisen und deshalb als Strukturträger im Sinne der Kupplungsbeläge nicht besonders geeignet sind.
Es sind zwar Bremsbeläge bekannt, die zur Verbesserung der Reibeigenschaften und Lebensdauer Mikrohohlkügelchen enthalten (DE-OS 23 00 375). Die Anforderungen, die an Bremsbeläge gestellt werden, sind jedoch nicht vergleichbar mit denjenigen von Kupplungsbelägen, insbesondere hinsichtlich der Berstdrehzahl Die Bremsbeläge des Standes der Technik enthalten deshalb auch die Mikrohohlkügelchen zur Verbesserung der Reibungseigenschaften und der Lebensdauer, Eigenschaften, die bei den Kupplungsbelägen gemäß der Erfindung im Vergleich zu den sonstigen Verteilen, die erreicht werden, von untergeordneter Bedeutung sein können.
Ein Kuppiungrbelag besteht, wie oben bereits dargelegt, in der Regel aus einerXt Strulurträger (z.B. Asbestgarne, asbestfreie Garne bestehend aus beispielsweise aromatischen Polyamidfasern, Kohlenstoffasern, Zellulosefasern, Glasfasern), anorganischen oder vorzugsweise organischen Bindemitteln und Reibstoffen. Beispiele für Bindemittel sind Kunstharze, Elastomerlösungen, Latices auf wässriger Basis mit entsprechenden Vulkanisations- bzw. Härtemitteln.
Beispiele für Reibstoffe beziehungsweise organische oder meist anorganische Füllstoffe sind Kaolin, Tonerde, Schwerspat, vorzugsweise vermischt mit metallischen Zusätzen (Pulver verschiedenster Metalle, Kupfer, Blei, Bleioxid, Zinnbrcnze, Eisen, Magnesiumoxid usw.) Weitere Reibstoffe werden unter dem Sammelbegriff Füllstoffe zusammengefaßt.
Hierunter fallen unter anderem reibwertanhebende wie reibwertstützende Rohstoffe (Oxyde, Schlackenwolle), Gleitmittel (Graphit, Molybdändisulfid), ausgesprochene Füllstoffe-(Kreide, Tonerde, Schwerspat) und Metalle, überwiegend in der Form von Buntmetallen zur Abführung der Reibwärme (Eisen, Kupfer, Blei, Bleioxid, Aluminium). Der Strukturträger kann auch loses faseriges Material sein. Es müssen keine zu Garnen gesponnenen Faserstränge sein. Die Art der Herstellung eines Kupplungsbelazes richtet sich nach der Art der Strukturgarne oder faserigen Rohstoffe. Bei Vorliegen von Strukturgarnen werden diese mit einer Imprägnierung versehen, anschließend getrocknet und in bestimmten Wickelverfahren (Spiralwickel, Scattenfoundwickel) zu ringförmigen Kupplungsbel agrohlingen gewickelt. Durch Pressens Härten und mechanische Bearbeitung entsteht ein fertiger Kupplungsbe lag Die Herstellung der Kupplungsbeläge gemäß der Erfindung erfolgt in dieser aii sich bekannten Weise, wobei jedoch Mikrohohlkügelchen entsprechend der obigen Definition zuge fügt werden.
Bevorzugt werden die Mikrohohlkügelchen in einer Menge von mindestens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 2 Gewichts-%, zugegeben. Die obere Grenze liegt vorzugsweise bei 25 Gew.-%, brjsondcrs bevorzugt bei 20 Gew.-%. Die geeigneten Mengen hängen iii gewissem Umfang auch vom spezifischen Gewicht der Mikrohohlkugeln ab. Mikrohohlkugeln aus Kunstharzen, z.B. Phenolharz besitzen ein relativ niedriges spezifisches Gewicht und können Z.B in Mengen von 1 bis 20 Gew.-%, von zugsweise 2 b:s 12 Gewich@ ;?, in besonders vorteilhafter Weise eingeseizt werden. Bei Mikrohohlkügelchen aus schwereren Stoffen wie Glas oder Aluminivmoxid haben sich Mengen von 1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 15 Gew.-%, als besonders geeignet erwiesen.
Der Durchmesser der Mikrohohlkügelchen liegt zweckmäßig im Bereich von 0,01 bis 0,5 mm, vorzugsweise von 0,05 bis 0,3 mm.
Ein entscheidendes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die Oberfläche der Mikrohohlkügelchen aufgerauht ist und/ oder einen Haftvermittler aufweist. An sich müssen Mikrohohlkügelchen bei Kupplungsbelägen als eingebaute Schwachstellen in bezug auf die Berstdrehzahl (innere Festigkeit) wirken.
Es ist überraschend, daß die Mikrohohlkügelchen nicht als Schwachstellen wirken, sondern sogar die Berstdrehzahl erhöhen, wenn sie gemäß der Erfindung eine aufgerauhte Oberfläche oder einen Haftvermittler aufweisen.
Als Haftvermittler sind alle Stoffe geeignet, die für die jeweiligen Materialien, aus denen die Mikrohohlkügelchen bestehen, als Haftzermittler bekannt sind. Besondere technische Bedeutung besitzen auf diesem Gebiet Silane, wie sie von verschiedenen Firmen als Haftvermittler angeboten werden. In an sich bekannter Weise werden die jeweils am besten geeigneten Haftvermittler dem Jeweiligen Werkstoff aaepzQL, aus dem die Mikrohohlkügelchen bestehen. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der organofunktionellen Gruppen der Silanen Die Auswahl der hyd:rolysierbaren Gruppen der Silane ist nicht besonders kritische Es wird dazu auf den umfangreichen' Stand der Techrwik ver?n;'iesen. Als Beispiel für ein geeignetes Silan wird genannt Ami noäthylaminopropyltrimethoxysil an.
Die Imprägnierung der Oberfläche der Mikrohohlkügelchcn mit Silanen kann dadurch erfolgen, daß die Mikrohohlkügelchen mit den Silanen, zweckmäßig in einer Lösung, behandelt werden, wodurch die Oberflächen imprägniert werden. Es ist aber auch möglich, die Silane den Massen zuzufügen (der sogenannten Imprägnierung), aus der die Kupplungsbeläge gepresst werden.
Die erhöhte Haftung der Mikrohohlkügelchen im Kupplungsbelag kann auch durch eine aufgerauhte Oberfläche erzielt werden.
Die Aufrauhung kann durch eine mechanische Bearbeitung erfolgen. Auch eine chemische Aufrauhung der Oberfläche durch beispielsweise Ätzen ist möglich. Eine weitere Möglichkeit zum Aufrauhen der Oberfläche von Mikrohohlkügelchen aus Kunstharzen besteht darin, daß diese mit Lösungsmitteln oder lösungsmittelhaltigen Imprägniersubstanzen angequollen werden. Ein besonders guter Effekt wird erzielt, wenn die Kupplungsbeläge gemäß der Erfindung Mikrohohlkügelchen enthalten, deren Oberfläche aufgerauht ist und außerdem einen Haftvermittler aufweist.
Die gemäß der Erfindung in den Kupplungsbelägen verwendeten Mikrohohlkügelchen können beispielsweise beim Knetprozeß während der Herstellung der Kupplungsbeläge zugegeben werden.
Um sie besonders schonend zu behandeln, können sie auch nach dem Löseprozeß in die Imprägnierlösung eingemischt werden.
Das gleiche gilt für wässrige Bindemittelsysteme.
Kupplungsbeläge werden in der Regel nach dem Pressen und Härten an ihrer Oberfläche mechanisch durch Schleifen bearbeitete Wird nun ein Kupplungsbelag, der Mikrohohlkugeln enthält, abgeschliffen, so werden eine bestimmte Anzahl von Kugeln (abgängig von der zugegebenen Menge an Mikrohohlkugeln) geöffnet.
Kupplungsbeläge werden ebenfalls in der Regel vor der Auslie ferung an den Kupplungsbersteller korrosionsschutzimprägniert.
Dies geschicht beispielsweise durch Tauchen in wässrige Lösungen mit Natriumnitrit, auch polymere wässrige Lösungen bestehend aus Wasser und Polyvinylalkohol sind bekannt. In all diesen Fällen wird die hohle geöffnete Kugel an der Oberfläche und in ihrem Innern Ko rro s ions 5 chut zimp rägni e rung verstärkt aufnehmen und festhalten Im Einsatzfall im Kraftfahrzeug wird diese festgshaltene Korrosionsschutzimprägnierung verstärkt dazu beitragen, den Kupplungsbelag am korrosiven Festkleben mit der Druckplatte bzw. Schwungscheibe zu verhindern. Dies ist demnach ein weiterer Vorteil für den Einsatz von Mikrohohlkugeln. Der Korrosionsschutz wird dadurch verbessert.
Kupplungsbeläge werden in vielen Fällen mit Nuten, die radial angeordnet sind, versehen. Der Zweck der Nuten ist folgender: Der Kupplungsbelag wird durch radial durchströmende Luft verstärkt gekühlt, der Kupplungsbelag wird durch das Eindringen der Nuten flexibler und damit anpassungsfähiger; der Schleifstaub, der beim Eingriff des Kupplungsbelages als Verschleiß entsteht, kann über die Nuten radial nach außen (ursächlich Zentrifugalkraft) abgeführt werden. Schleifstaub, der auf dem Kupplungsbelag bleibt, neigt bekanntermaßen dazu, den Gegenmaterialangriff zu erhöhen. Verwendet man nun Mikrohohlkugeln in der beschriebenen Art, so hat man beim Betrieb eines Kupplungsbelages ständig eine bestimmte Anzahl von Mikrohohlkugeln, die infolge des Verschleißes an der Oberfläche zum Teil oder ganz geöffnet sind. In diese offenen Mikrohohlkugeln kann Schleifstaub der Umgebung abgelagert werden und somit sofort auf kurzem Wege von der Reiboberfläche entfernt werden. Somit dienen die offenen Mikrohohlkugeln als Staubspeicher. Wird nach dem Einkuppelvorgang die Kupplung wieder gelöst, fällt der Staub heraus und wird durch die Zentrifugalkraft mit der Luft nach außen abgeführt. Man erreicht somit mit den Mikrohohlkugeln ein erhöhtes Volumen zur Staubaufnabjne, vor allem Jedoch ein freies Volumen am Ort der Staubentstohung. Ein Kupplungsbelag hat im Normalfall 10, maximal 30 Nuten. Der Abstand zwischen den einzelnen Nuten beträgt je nach Größe des Kupplungsbelages im Mittel um 20 bis 30 mm. Wendet man Mikrohohlkugeln in entsprechender Menge an, so kann man den Abstand auf wenige Millimeter reduzieren.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert: Beispiel 1 Gew.-% a) Strukturträger Asbestgarn (enthält 20 % Baumwolle) 50 (560 tex x 3* + 1 Ms 0,16) b) Imprägnierung SBR 10 Schwefel 0,5 Zinkoxyd 0,25 Beschleuniger 0,25 aminofunktionelles Silan (z.B GF 91 der Fa. Wacker, München) 0,5 Phenolharz 8 Gew.-% Bleioxid 2,0 Schwerspat 11 Graphit 3,5 Mikrohohlkugeln 0,010 bis 0,070 aus Phenolharz 14 100 * x3 bzw. x2 = Zwirn besteht aus 3 bzw. 2 Garnen Jedes Garn wiegt auf 1000 m 560 g bzw. 200 g Beispiel 2 Gew.-% a) Strukturträger Garn, bestehend aus 40 aromatische Polyamidfaser, 15 % Zellwolle, 40 % Poiyacrylnitrilfaser, 5 % Glasfaser (200 tex x 2* + 1 Cu 0,20) 40 b) Imprägnierung carboxilierter Nitrilbutadiengummi mit Vulkanisationsmittel 21 wässriges Phenolharz 23 Schwerspat 8 Graphit 2 Mikrohohlkugeln 6 0 0,06 bis 0,10 mm aus Glas, mit Methyltriäthoxysilan, z.B. Silan M1-Triäthoxy Fa. Wacker,München aus wässriger Lösung mit anschließender Trocknung vorbehandelt ~~~~~~~~~~ 100

Claims

Kupplungsbeläge P a t e n t a n s p r ü c h e: 1. Kupplungsbeläge aus einem Strukturträger, Bindemitteln und Reibstoffen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß sie 0,1 bis 30 Gew.-% Mikrohohlkügelchen enthalten1 deren Oberflache aufgerauht ist und/oder einen Haftvermittler aufweist.
2. Kupplungsbeläge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 1 vorzugsweise mindestens 2 Gew. -%, Mikrohohlkügelchen enthalten.
3. Kupplungsbeläge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeiclme'., daß sie höchstens 25, vorzugsweise höchstens 20 Gew.-%, Mikrohohlkügelchen enthalten.
4. Kupplungsbeläge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrohohlkügelehen einen Durchnesser von 0,01 bis 0,5 mm aufweisen.
5. Kupplungsbeläge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrohohlkügelchen eine mechanisch aufgerauhte Oberfläche aufweisen.
6. Kupplungsbeläge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrohohlkügelchen eine durch chemische Behandlung aufgerauhte Oberfläche aufweisen.
7. Kupplungsbeläge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrohohlkügelchen eine durch Anquellen aufgerauhte Oberfläche aufweisen.