DE3609051A1

DE3609051A1 - Clutch plate of aluminium with abrasion layer

Info

Publication number: DE3609051A1
Application number: DE19863609051
Authority: DE
Inventors: Lars Gunnar Västra Frölunda Andersson; Mats Göteborg Dahlén; Lars-Erik Lerum Larsson; Anders Hisings Kärra Wickberg
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1986-03-18
Publication date: 1986-10-09
Also published as: SE453890B; SE8501334L; SE8501334D0

Abstract

Process for manufacturing clutch plates of the type contained in clutches in which lamellae are pressed against a clutch plate which is constructed on the basis of an aluminium alloy and is provided with an abrasion-resistant surface. The clutch plates are produced by solidifying a melt of the aluminium-based alloy under pressure in a pressure mould for molten metal and applying an abrasion-resistant layer to the clutch plate. This layer comprises a chromium/carbon/iron alloy containing from 10 to 20%, preferably about 15%, of chromium and from 2 to 4% of carbon. The layer has a thickness from 0.3 to 1.0 mm and is preferably applied by a plasma spraying process.

Description

Kupplungsscheibe aus Aluminium mit AbriebschichtClutch disc made of aluminum with an abrasion layer

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ilerstellung einer neuen Art von Kupplungsscheiben, bei welchem die Reibungsoberfläche oder die Abrieboberfläche einen Ueberzug umfasst, der auf einem Teil auf Basis von Aluminium aufgebracht ist und welcher die Reibungsoberfläche oder Abrieboberfläche trägt und gegen welche Kupplungslamellen gedrückt werden können. Die Erfindung betrifft insbesondere Kupplungscheiben, wie Triebräder, Zwischenplatten und Druckplatten.The invention relates to a method for producing a new one Type of clutch disks in which the friction surface or the abrasion surface comprises a coating which is applied to a part based on aluminum and which one carries the friction surface or abrasion surface and against which one Clutch plates can be pressed. The invention relates in particular to clutch disks, such as drive wheels, intermediate plates and pressure plates.

Die Erfindung wird nachfolgend in bezug auf Kupplungsscheiben für Automobile beschrieben, jedoch betrifft sie allgemein ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Teils mit Reibungsfläche, gegen welche Kupplungslamellen gepresst werden. Zur Zeit werden Kupplungsscheiben im allgemeinen aus Gusseisen, Kugelgraphit-Grauguss oder Stahl hergestellt. Dies bedeutet eine verhältnismässig grosse Neigung zur Korrosion, eine verhältnismässig niedrige Abriebbeständigkeit, wodurch die Lebensdauer verkürzt und der Abrieb der Kupplungsscheiben erhöht wird.The invention is hereinafter referred to in relation to clutch disks for Automobiles, but relates generally to a method of manufacture an improved part with a friction surface against which clutch plates are pressed will. At the moment, clutch disks are generally made of cast iron, spheroidal graphite gray cast iron or made of steel. This means a relatively high tendency to corrosion, a relatively low abrasion resistance, which shortens the service life and the wear on the clutch disks is increased.

Weiterhin haben die Eisenlegierungen eine verhältnismässig niedrige Wärmeleitfähigkeit, wodurch Temperaturunterschiede sowie Schwierigkeiten, eine ausreichende Kühlung zu erzielen, auftreten. Furthermore, the iron alloys have a relatively low thermal conductivity, as a result of which temperature differences and difficulties in achieving adequate cooling occur.

Seit langem sucht man nach einer Lösung der sich auf Reibungsflächen von Kupplungsscheiben und damit auf Bremsteile beziehenden Probleme. So wird in der schwedischen Patentanmeldung 7809374-7 eine Bremsoberfläche beschrieben, die aus einer auf eine Metallkomponente auf Basis von Aluminium thermisch aufgebrachten Cermetschicht besteht. Der Keramikteil der Cermetschicht besteht aus Metalloxiden von Metallen, wie beispielsweise Aluminium, Titan, Zirkon oder Chrom. Dabei treten jedoch Schwierigkeiten auf, die Ccrmetschicht an den Teil auf Basis von Aluminium wirksam zu binden. Ausserdem findet man bisher keine Scheibenbremsen dieser Art auf dem Markt. In der DE-PS 825 032 wird eine Leichtmetall-Brems- oder Kupplungsscheibe beschrieben, die mit einer Oberflächenschicht aus Stahl versehen werden kann.For a long time there has been a search for a solution to the problem of friction surfaces of clutch disks and thus related to brake parts Problems. So in the Swedish patent application 7809374-7 describes a braking surface made from one thermally applied to a metal component based on aluminum Cermet layer is made. The ceramic part of the cermet layer consists of metal oxides of metals such as aluminum, titanium, zirconium or chromium. Kick it However, difficulties arise in the Ccrmetschicht to the part based on aluminum to bind effectively. In addition, no disc brakes of this type have been found so far on the market. In DE-PS 825 032 a light metal brake or clutch disc described, which can be provided with a surface layer of steel.

Auch diese Konstruktion ist soweit bekannt nicht auf dem Markt. As far as is known, this construction is also not on the market.

In dem deutschen Zusatzpatent zu der vorerwähnten deutschen Patentschrift 843 634 wird auch erwähnt, dass die Oberflächenschicht aus Chromstahl, Vanadiumstahl, Manganstahl oder ähnlichen Materialien bestehen kann.In the German additional patent to the aforementioned German patent specification 843 634 it is also mentioned that the surface layer of chrome steel, vanadium steel, Manganese steel or similar materials can exist.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine Kupplungsscheibe von der Art aufgetragen, die in der Kupplung enthalten ist, bei welcher Lamellen gegen eine Kupplungsscheibe gedrückt werden, die auf Basis einer Aluminiumlegierung aufgebaut und mit einer abriebbeständigen Oberfläche versehen ist, wobei eine Schmelze aus der Legierung auf Basis von Aluminium unter Druck in einer Druckform für geschmolzenes Metall verfestigt wird und wobei man auf die Kupplungsscheibe eine abriebbeständige Oberfläche aufbringt, welche aus einer Chrom-Kohlenstoff-Eisen-Legierung, enthaltend 10 bis 20%, vorzugsweise etwa 15%, Chrom und 2 bis 4% Kohlenstoff, besteht.According to the present invention, a clutch disc of the Type applied, which is contained in the clutch, in which lamellae against a Clutch disc are pressed, which is built on the basis of an aluminum alloy and is provided with an abrasion-resistant surface, a melt made of the alloy based on aluminum under pressure in a printing forme for molten material Metal is solidified and with one on the clutch disc an abrasion-resistant Applies surface, which contains a chromium-carbon-iron alloy 10 to 20%, preferably about 15%, chromium and 2 to 4% carbon.

Bei der Anwendung von Kuppelvorrichtungen in Form von Scheiben werden übliche Lamellenscheiben gegen die abriebbeständige Aluminiumschicht gepresst. Die Energie, die dabei in Wärmeenergie umgewandelt wird, wird durch das Aluminium zu kälteren Regionen abgeleitet. Da Aluminium eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, wird # die Wärme relativ schnell zu allen Teilen auf Basis von Aluminium geleitet.When using coupling devices in the form of disks Usual flap discs pressed against the abrasion-resistant aluminum layer. the Energy, which is converted into thermal energy, is increased by the aluminum derived from colder regions. Since aluminum has good thermal conductivity, will # The heat is conducted relatively quickly to all aluminum-based parts.

Die verwendete Aluminiumlegierung schmilzt vorzugsweise in einem hohen Bereich und die Gegenwart der Legierungselemente sollte die Wärmeleitfähigkeit der Aluminiumlegierung gegenüber der von reinem Aluminium nicht verschlechtern. Das Merkmal einer guten Wärmeleitfähigkeit soll mit dem einer hohen Temperaturstabilität kombiniert sein. Die jeweilige Auswahl der geeigneten Legierung mit den vorerwähnten Eigenschaften liegt innerhalb des Wissens eines auf diesem Gebict tätigen Fachmannes. Geeignete Legierungen sind beispielsweise AA 2618 AA 2014 und AA 5056, denen man die gewünschte Kombination von Eigenschaften dadurch verleihen kann, dass man sie einem Pressformverfahren oder Pressgussverfahren unterwirft.The aluminum alloy used preferably melts at a high rate The area and the presence of the alloying elements should increase the thermal conductivity of the Aluminum alloy does not deteriorate compared to that of pure aluminum. That Characteristic of good thermal conductivity is said to be that of high temperature stability be combined. The respective selection of the appropriate alloy with the aforementioned Properties is well within the knowledge of a person skilled in the art. Suitable alloys are, for example, AA 2618 AA 2014 and AA 5056, which one can give the desired combination of properties by having them subjected to a press molding process or press casting process.

Es ist in diesem Zusammenhang von Bedeutung, die Oberflächentemperatur der Kupplungsscheiben zu senken, was seinerseits eine niedrigere Temperatur der anliegenden Kupplungslamellen herbei- führt. Die Lebensdauer der Kupplungslamellen bezieht sich stark auf maximale Oberflächentemperaturen> und eine erniedrigte Temperatur in der Reibungsschicht zwischen Lamellen und übrigen Kupplungsscheiben trägt somit dazu bei, die Lebensdauer der Kupplung im ganzen zu verlängern. Weiterhin sinkt der Reibungskoeffizient bei höheren Temperaturen, was zur Folge hat, dass man auf die Gefahr hin, zu hohe Temperaturen in der Reibungsschicht der Kupplung zu erhalten, durch Erhöhung der Reibungsfläche oder des Lamellendruckes gegen die Reibungsfläche die Kupplung überdimensionieren muss.In this context, it is important to lower the surface temperature of the clutch disks, which in turn brings about a lower temperature of the adjacent clutch disks. leads. The service life of the clutch disks is strongly related to maximum surface temperatures> and a reduced temperature in the friction layer between the disks and the other clutch disks thus helps to extend the service life of the clutch as a whole. Furthermore, the coefficient of friction decreases at higher temperatures, which means that at the risk of getting too high temperatures in the friction layer of the clutch, the clutch has to be overdimensioned by increasing the friction surface or the lamellar pressure against the friction surface.

Schliesslich kann hervorgehoben werden, dass man aus konstruktionstechnischen Gründen das Triebrad oft so gross machen muss, dass die Masse grösser als die optimale im Hinblick auf die Masse in Bewegung wird. Die Anwendung von Leichtmetall im Triebrad bedeutet folglich eine Möglichkeit, auch die Masse im Triebrad zu optimieren.Finally, it can be emphasized that one comes from structural engineering Grounds, the drive wheel often has to be so large that the mass is greater than the optimal one in terms of the crowd is in motion. The use of light metal in the drive wheel consequently means a possibility of also optimizing the mass in the drive wheel.

Die abriebbeständige Schicht wird auf die Kupplungsscheibe mittels eines hierfür geeigneten Verfahrens aufgebracht. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wendet man ein Plasmasprühverfahren an, bei dem man das die Oberfläche bildende Metall direkt auf das Grundmetall aufsprüht, wobei man eine gute Bindung zwischen dem Grundmetall und dem die Oberfläche bildenden Metall erzielt Die Teilchengrösse der bei dem Plasmasprühverfahren verwendeten pulverförmigen Legierung hat ebenfalls einen Einfluss auf die Festigkeit der Bindung zwischen den vorerwähnten Metallen. Eine Teilchengrösse von 20 bis 200 µm wird in diesem Zusammenhang als besonders geeignet angesehen und ergibt eine ausserordentlich starke Bindung, wobei man keine spezielle Bindungsschicht zwischen dem Grundmetall und der Abtrieboberfläche anwenden muss. Es können jedoch auch anderc Methoden zum Aufbringen der Schicht aus einer Metallegierung auf das Grundmetall angewendet werden, wobei man jedoch häufig bei der Anwendung solcher anderer Methoden eine Schicht aus einem Bindemittel, welches zwischen der Metallegierung und dem Grundmetall eine Verbindung bewirkt, anwenden muss, um eine ausreichende Bindungsfestigkeit zu erzielen.The abrasion-resistant layer is applied to the clutch disc by means of a process suitable for this purpose. According to a preferred embodiment a plasma spray process is used, in which one forms the surface Metal is sprayed directly onto the base metal, leaving a good bond between the base metal and the metal forming the surface achieve the particle size the powdered alloy used in the plasma spray process also has an influence on the strength of the bond between the aforementioned metals. A particle size of 20 to 200 µm is considered to be special in this context considered suitable and results in an extraordinarily strong bond, whereby one does not have any Apply a special bonding layer between the base metal and the driven surface got to. However, other methods for applying the layer from a Metal alloy can be applied to the base metal, although one often uses using such other methods a layer of a binder, which creates a bond between the metal alloy and the base metal must in order to achieve sufficient bond strength.

Die Abrieboberfläche kann man auch ausbilden, indem man die Metallegierung auf das Grundmetall in feinteiliger Form aufträgt die geschmolzenen feinteiligen Tröpfchen auf das geschmolzene druckverformte Grundmetall auf Basis von Aluminium aufbringt und die aufgetragene Schicht mit hilfe eines Pelle-Strahlverfahrens verdichtet. Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bringt man auf die innere Oberfläche der Druckform für das geschmolzene Metall auf jeder Seite eine Schicht aus der abriebbeständigen Ghrom-Kohlenstoff-Eisen-Legierung in einer Dicke von 0,3 bis 1,0 mm auf und dann wird die Druckverformung in Gegenwart diescr beiden Schichten so durchgeführt, dass man diese Schichten dann an dem Pressteil findet. Bei diesem Verfahren wird eine nachfolgende Behandlung vermieden. Eine extrem gute Bindung kann man auch zwischen der abriebbeständigen Schicht und der Legierung auf Basis von Aluminium als Ergebnis eines Druckformverfahrens erzielen.The abrasion surface can also be formed by using the metal alloy applies to the base metal in finely divided form the melted finely divided droplets based on the melted compression deformed base metal of aluminum and the applied layer with the help of a Pelle blasting process condensed. According to a further preferred embodiment, the inner surface of the printing form for the molten metal one on each side Layer of the abrasion-resistant chromium-carbon-iron alloy in one thickness from 0.3 to 1.0 mm and then the compression set in the presence of these two Layers carried out in such a way that these layers can then be found on the pressed part. This procedure avoids subsequent treatment. An extremely good one A bond can also be established between the abrasion-resistant layer and the alloy Achieve an aluminum base as a result of a compression molding process.

Diese Bindung kann dann noch dadurch verfestigt werden, indem man die abriebbeständige Chrom-Kohlenstoff-Eisen-Legierungsschicht narbt oder aufrauht oder indem man die Schicht mit anderen Oberflächenanhaftungsmassnahmen bezüglich der äussersten Bindungsoberfläche zwiscehn dem Grundmetall und dem abriebbeständigen Metall ausbildet. Die Auswahl der geeigneten Methoden zur Erzielung der vorerwähnten Schicht und die mögliche Notwendigkeit nach einer Verbindungsschicht liegt im Wissens des Fachmannes auf diesem Gebiet. Bei einem weiteren Verfahren kann man beispielsweise die Abriebschicht eingiessen.This bond can then be strengthened by the abrasion-resistant chromium-carbon-iron alloy layer pits or roughened or by covering the layer with other surface adhesion measures the outermost bond surface between the base metal and the abrasion-resistant Metal trains. The selection of the appropriate methods to achieve the aforementioned Layer and the possible need for a connection layer lies in knowledge of those skilled in the art. Another method can be, for example pour in the abrasion layer.

Bei der Anwendung des Plasmasprühverfahrens verwendet man ein pulveriges Spray einer solchen Zusammensetzung, dass die dabei gebildete abriebbeständige Schicht 10 bis 20% Chrom und.2 bis 4; Kohlenstoff, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, enthält. Es ist somit erforderlich, die Tatsache zu berücksichtigen, dass eine gewisse Menge des Kohlenstoffs und des Chroms während des Plasmasprühverfahrens verbrannt werden. In Eisen gelöstes Chrom ist wünschenswert, weil dadurch die Korrosionsbeständigkeit der Bremskomponente erhöht wird. Die Abriebbeständigkeit hängt von der Bildung von Chromcarbiden ab und daher ist das Verhältnis von Chrom zu Kohlenstoff von Bedeutung. Infolgedessen hat die verwendete Legierung einen viel höheren Kohlenstoffgehalt als üblicher Chromstahl.When using the plasma spray method, a powdery one is used Spray such a composition that the resulting abrasion-resistant layer 10 to 20% chromium and 2 to 4; Carbon, the remainder iron and unavoidable impurities, contains. It is therefore necessary to take into account the fact that a certain Amount of carbon and chromium burned during the plasma spray process will. Chromium dissolved in iron is desirable because it increases corrosion resistance the braking component is increased. The abrasion resistance depends on the formation of Chromium carbides and therefore the ratio of chromium to carbon is important. As a result, the alloy used has a much higher carbon content than common chrome steel.

Die abriebbeständige Schicht soll eine Dicke von 0,3 bis 1,0 mm, vorzugsweise von 0,3 bis 0,5 mm, haben, um befriedigende Ergebnisse zu erzielen. Die obere Grenze ist nicht kritisch und gibt lediglich ein Optimum im Hinblick auf die höheren Kosten, die durch eine grössere Schichtdicke entstehen würden, an. Die untere Grenze stellt eine Dicke dar, die ausreicht, um die Kuppelvorrichtung eine längere Zeit anzuwenden, ohne dass dessen Abriebfestigkeit abnimmt und ermöglicht eine übliche Anwendung auf Automobile mit einer mit üblichen Kuppelvorrichtungen vergleichbaren Lebensdauer.The abrasion-resistant layer should have a thickness of 0.3 to 1.0 mm, preferably from 0.3 to 0.5 mm, in order to achieve satisfactory results. The upper limit is not critical and only gives an optimum with regard to the higher costs, that would result from a greater layer thickness. The lower limit is a thickness sufficient to allow the coupling device to be used for a longer period of time, without its abrasion resistance decreasing and enables normal use on automobiles with a service life comparable to that of conventional coupling devices.

Wichtig ist auch, dass die aufgebrachte Schicht nicht zu porös ist, da eine poröse Schicht eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit aufweist, leichter korrodiert und auch weniger abriebbeständig.It is also important that the applied layer is not too porous, since a porous layer has a lower thermal conductivity, it is more likely to corrode and also less abrasion resistant.

ist.is.

Claims

Clutch disc made of aluminum with abrasion layer. PATENT CLAIMS 1. Process for the manufacture of clutch plates of the type used in clutches is included, in which plates are pressed against a clutch disc, which is built on the basis of an aluminum alloy and with an abrasion-resistant Surface is provided, characterized in that a melt from the alloy based on aluminum under pressure in a printing form for molten metal is solidified and an abrasion-resistant layer is applied to the clutch disc, those made of a chromium-carbon-iron alloy containing 10 to 20%. preferably about 15%, chromium and 2 to 4% carbon.

2. The method according to claim 1, characterized in that the applies abrasion-resistant layer by a plasma spray process.

3. The method according to claim 1, characterized in that the abrasion-resistant Layer is given a thickness of 0.3 to 1.0 mm.

4. Clutch disc, manufactured according to one of claims 1 to 3, characterized in that it consists of a pressed base material made of molten Metal and an abrasion-resistant layer adhering thereto, wherein the layer has a thickness of 0.3 to 1.0 mm and is made of a chromium-carbon-iron alloy, containing 10 to 20%, preferably about 15%, chromium and 2 to 4% carbon.