DE4420291B4

DE4420291B4 - Reibbelag für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung

Info

Publication number: DE4420291B4
Application number: DE19944420291
Authority: DE
Inventors: Fernando De La Fuente; Alan E.L. Littell
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2014-06-11
Also published as: DE4420291A1; BR9304400A; FR2711754A1; FR2711754B1

Abstract

Reibbelag für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung mit einem ringscheibenförmigen Belagkörper (3), der, eingebettet in Bindemittel, eine Wicklung aus Strangmaterial enthält, deren Windungen (5) in Umfangsrichtung wellenförmig verlaufen und radial innere (7) und radial äußere (9) Umkehrbereiche haben, die auf konzentrischen Kreisen liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die radial inneren (7) und/oder die radial äußeren (9) Umkehrbereiche jeweils auf mehrere konzentrische Kreise mit unterschiedlichen Durchmessern verteilt sind, wobei sich die Radien dieser Kreise um mehr als die Dicke des Strangmaterials voneinander unterscheiden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibbelag für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung.
Herkömmliche Reibbelage für Kraftfahrzeug-Reibungskupplungen, wie sie beispielsweise aus dem deutschen Patent DE 31 17 823 C2 bekannt sind, haben einen ringscheibenförmigen Belagkörper, der eingebettet in ein Bindmittel, eine Wicklung aus Strangmaterial enthält. Das Strangmaterial kann einb oder mehrere Fäden oder Garne aus systhetischem Material oder Naturmaterial umfassen und gegebenfalls Metaldrähte enthalten. Die Garne können gegebenfalls untereinander verdrillt sein. Das Bindemittel, bei dem es sich um Harze oder dergleichen handeln kann, kann zusätzliche Füllstoffe, wie zum Beispiel Reibzement oder dergleichen, enthalten und verbindet die Windungen des Strangmaterialwickels. Üblichewreise wird das Strangmaterial mit dem Bindemittel imprägniert, bevor es in mehreren flachen Lagen abgelegt wird. Der auf diese Weise herstellte Belagkörper wird unter hohem Druck flachgepreßt und nachträglich auf die gewünschte Scheibendicke sowie gegebenfalls einen gewünschten Innendurchmesser und Außendurchmesser geschliffen.
Das Strangmaterial ist zur Erhöhung der Festigkeit des Belagkörpers in Umfangsrichtung wellenförmig abgelegt. Bei herkömmlichen Reibbelägen liegen die Umkehrbereiche der Wellenberge und Wellentäler sämtlich in der Nähe des Innendurchmessers bzw. des Außendurchmessers der Belagkörper-Ringscheibe mehr oder weniger dicht übereinander, während sie im mittleren Bereich der Ringscheibe größeren Abstand voneinander haben. Um den mittleren Bereich beim Verpressen hinreichend verdichten zu können, müssen die Randbereiche übermäßigen Drücken ausgesetzt werden. Dies kann zu Preßschäden an dem Strangmaterial führen, wodurch die Berstdrehzahl des Reibbelags vermindert wird. Um die Verdickungen, die sich aufgrund der herkömmlichen Wickelweise an den Rändern des Belagkörpers ergeben, zu vermeiden, wird bei herkömmlichen Reibbelägen der Anteil des Strangmaterials in der Gesamtzusammensetzung des Belagkörpermaterials vegleichsweise niedrig gehalten, was aber wiederum die Berstdrehzahl verschlechtert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Reibbelag für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung zu schaffen, der sich einerseits einfach herstellen läßt und andererseits eine hohe Berstdrehzahl hat.

Die Erfindung geht von einem Reibbelag der vorstehend erläuterten Art aus, welcher einen ringscheibenförmigen Belagkörper hat, der, eingebettet in Bindemittel, eine Wicklung aus Strangmaterial enthält, deren Windungen in Umfangsrichtung wellenförmig verlaufen und radial innere und radial äußere Umkehrbereiche haben, die auf konzentrischen Kreisen liegen.

Die erfindungsgemäße Verbesserung besteht darin, daß die radial inneren und/oder die radial äußeren Umkehrbereiche jeweils auf mehrere konzentrische Kreise mit unterschiedlichen Durchmessern verteilt sind, wobei sich die Radien dieser Kreise um mehr als die Dicke des Strangmaterials voneinander unterscheiden.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die Festigkeit des Belagkörpers einerseits durch die Verteilung der Kreuzungspunkte sich überkreuzender Abschnitte des Strangmaterials und andererseits durch die Verteilung des Flächengewichts des Strangmaterials über die Scheibenfläche des Belagkörpers beeinflußt wird. Während herkömmliche Wickelverfahren am inneren Rand und am äußeren Rand des Belagkörpers Wicklungsbereiche bilden, in welchen das Strangmaterial nahezu in Umfangsrichtung in großer Zahl äbereinanderliegender Windungsbereiche verläuft, werden gemäß der Erfindung die Umkehrbereiche eines beachtlichen Anteils der Windungen zur Torusmitte des Belagkörpers hin verlegt. Auf diese Weise wird nicht nur die Kreuzungspunktverteilung verbessert, sondern. auch die Flächengewichtsverteilung des Strangmaterials. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Wellenform und der mittlere Windungsradius der Windungen so gewählt werden, daß die Flächengewichtsverteilung des Strangmaterials sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung des Belagkörpers zumindest näherungsweise konstant ist. Auf diese Weise ergeben sich besonders homogene Eigenschaften des Belagkörpers, wodurch nicht zuletzt die Berstdrehzahl des Belagkörpers beträchtlich erhöht wird.

Die Umkehrpunkte der Wellentäler und Wellenberge der einzelnen Windungen lassen sich auf unterschiedlichste Weise auf mehrere Kreisradien verteilen. In einer erster. Variante kann vorgesehen sein, daß die Wicklung wenigstens zwei Gruppen von Windungen umfaßt, von denen jede mit gleichbleibender, periodisch sich wiederholender Wellenauslenkung, jedoch mit unterschiedlichem mittleren Windungsradius gewickelt ist. Die Größe der Wellenauslenkungen der Windungen, d.h. der radiale Abstand zwischen Wellental und Wellenberg, kann für sämtliche Gruppen gleich sein, er kann sich aber auch zumindest für einen Teil der Gruppen von der Wellenauslenkung anderer Gruppen unterscheiden. Um für eine in axialer Richtung des Belagkörpers möglichst homogene Verteilung des Strangmaterials zu sorgen, wechseln sich Abschnitte mit ein oder mehreren Windungen verschiedener Gruppen bevorzugt untereinander ab. Weiterhin hat es sich in diesem Zusammenhang als günstig erwiesen, wenn Gruppen von Windungen paarweise in Umfangsrichtung gleiche Periodenlänge haben und gegenphasig verlaufen, um eine möglichst hohe Anzahl von Kreuzungspunkten zu erreichen.

In einer zweiten Variante kann vorgesehen sein, daß sich die Größe der Wellenauslenkung der WQindungen und/oder die Größe des mittleren Windungsradius der Windungen in Umfangsrichtung periodisch sich wiederholend ändert. Auch hier ändert sich die Größe der Wellenauslenkung und/oder des mittleren Windungsradius zweckmäßigerweise wellenförmig, insbesondere stetig wellenförmig, um eine möglichst homogene Verteilung des Strangmaterials in dem Belagkörper zu erreichen.

Es versteht sich, daß auch im Rahmen der Erfindung die einzelnen Windungen des Strangmaterials aus mehreren aneinanderliegenden Garnen und/oder Fäden und/oder Drähten bestehen können. Die Garne, Fäden bzw. Drähte können parallel aneinanderliegen oder gegebenenfalls miteinander verdrillt sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 einen Segmentausschnitt eines Reibbelags für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung;
2a bis 2c ein Diagramm zur Erläuterung des Windungsverlaufs von Strangmaterial in dem Reibbelag;
3 eine schematische Darstellung der Abwicklung des Windungsverlaufs nach 1;
4 und 5 schematische Darstellungen von Abwicklungen von Varianten des Windungsverlaufs.
1 zeigt einen Segmentausschnitt eines im übrigen als flache Ringscheibe ausgebildeten, zu einem Zentrum 1 rotationssymmetrischen Belagkörpers 3 eines Reibbelags für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung. Der Belagkörper 3 enthält, in nicht näher dargestelltem Bindemittel eingebettet, einen Wickel aus Strangmaterial, dessen Windungen, wie allgemein durch Linien 5 angedeutet, in Umfangsrichtung wellenförmig verlaufen. Wie für die mit einer dick ausgezogenen Linie der Übersicht halber hervorgehobene Windung 5' stellvertretend für sämtliche anderen Windungen dargestellt ist, hat jede Windung radial innere Umkehrbereiche 7 und radial äußere Umkehrbereiche 9, die in Umfangsrichtung abwechselnd aufeinanderfolgen und "Wellentäler und Wellenberge" bilden. Die radial inneren Umkehrbereiche liegen für das Beispiel der Windung 5' auf einem zugleich die innere Begrenzung des Belagkörpers bildenden inneren Radius r_i, während die radial äußeren Umkehrbereiche 9 auf einem Radius r'_a liegen, der größer ist als der Radius r_i, jedoch kleiner als ein die radial äußere Begrenzung des Belagkörpers 3 definierender Radius r_a ist. Wie am besten die lineare Abwicklung des Wicklungsmusters des Belagkörpers 3 in 3 zeigt, haben die Windungen 5' gleichbleibende Periodenlänge L, die sich jedoch, bezogen auf das Winkelkoordinatensystem der 1 lediglich mit einem Rest ΔL in einen Vollkreis teilen läßt, so daß sich von Windung zu Windung eine dem Rest ΔL entsprechende Phasenverschiebung der Umkehrbereiche 7 bzw. 9 ergibt.
Die Wicklung des Belagkörpers 3 enthält mehrere Gruppen von Windungen 5. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zur Gruppe der Windungen 5' eine zweite Gruppe von Windungen 5'' vorhanden, deren radial innere Umkehrbereiche 7 auf einem Radius r'_i um das Zentrum 1 liegen, der größer ist als der Radius r_i, jedoch kleiner als die Radien r'_a und r_a. Die radial äußeren Umkehrbereiche 9 der Windungen 5'' liegen auf dem Radius r_a. Im dargestellten Ausführungsbeispiel haben beide Gruppen von Windungen 5' und 5'' gleich große Wellenauslenkungen, d.h. die Differenzwerte r_a' – r_i und r_a – r_i' sind gleich groß, doch sind die mittleren Windungsradien r₀₁ der Windungen 5' und r₀₂ der Windungen 5'' unterschiedlich groß und unterscheiden sich um mehr als die Dicke des zum Wickeln benutzten Strangmaterials. Auch die Windungen 5'' haben untereinander gleiche und mit den Windungen 5' übereinstimmende Periodenlänge, so daß sich auch hier von Windung zu Windung eine Phasenverschiebung ergibt, wie dies in 3 zu erkennen ist. Die Windungen 5' und 5'' sind darüber hinaus so angeordnet, daß sie sich gegenphasig radial gegenüberliegen, um auf diese Weise eine besonders hohe Anzahl Überkreuzungen zu erzielen.
Das vorstehend erläuterte Wicklungsschema sorgt dafür, daß die radial inneren Umkehrbereiche 7 der beiden Gruppen von Windungen 5' und 5'' auf konzentrischen Kreisen liegen, deren Radien r_i und r_i' sich um mehr als die Dicke des zum Wickeln benutzten Strangmaterials, insbesondere um mehr als ein Vielfaches dieser Dicke, unter scheiden. Entsprechendes gilt für die radial äußeren Umkehrbereiche 9 der beiden Gruppen von Windungen 5' und 5'', die auf Kreisen mit voneinander um mehr als die Dicke des Strangmaterials sich unterscheidenden Radien r_a' und r_a gelegen sind. Auf diese Weise wird ein Teil der Umkehrbereiche aus dem Bereich der Berandung des Belagkörpers 3 in den mittleren Bereich seines Torus gelegt, was zu einer gleichmäßigeren Flächenverteilung der Kreuzungspunkte von Windungen und insbesondere zu einer gleichmäßigeren Verteilung des Flächengewichts des Strangmaterials sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung des Belagkörpers 3 führt. Die gleichmäßigere Verteilung des Flächengewichts verringert einerseits die Gefahr, daß es beim Verpressen des Belagkörpers 3 während seiner Herstellung zu Schäden am Strangmaterial führt, und außerdem erlaubt diese Art der Wicklungskonfiguration einen höheren Strangmaterialanteil als bisher. Beides führt zu höheren Berstdrehzahlen als bisher.
Wie 2a für eine halbe Periode der Welle einer einzelnen Windung 5 zeigt, verlaufen die Umkehrbereiche 7, 9 nahezu tangential zum inneren Durchmesser r_i bzw. äußeren Durchmesser r_a, während die Windung 5 den mittleren Windungsdurchmesser r₀, wie bei 11 angedeutet, schräg verlaufend kreuzt. Im Bereich des radial inneren Durchmessers r_i durchläuft die Windung 5 mit einer Länge l_i ein radiales Inkrement Δr. Die entsprechenden Windungslängen l_a für den äußeren Radius r_a und den mittleren Windungsradius r₀ sind bei l_a und l₀ erkennbar. Da die Länge l₀ kleiner ist als die Längen l_i und l_a, ergibt sich, wie 2b für die einzelne Windung nach 2a zeigt, in radialer Richtung r des Belagkörpers 3 eine Verteilung des Flächengewichts d des Strangmaterials, die zwischen dem inneren Radius r_i und dem äußeren Radius r_a ein Minimum hat.
2b zeigt schematisiert den Verlauf des Flächengewichts d für eine Wicklung herkömmlicher Art, bei welcher die Umkehrbereiche 7, 9 sämtlich in der Nähe des radial inneren Rands bzw. des radial äußeren Rands des Belagkörpers liegen, so daß im Bereich der Berandung das Flächengewicht des Strangmaterials vergleichsweise hoch ist, was zu den vorstehend erläuterten Verpressungsschäden führen kann. 2c zeigt in einer gleichfalls schematisierten Darstellung, daß durch die Überlagerung der beiden radial gegeneinander versetzten Windungsgruppen das Flächengewicht des Strangmaterials im Bereich des radial inneren Rands und des radial äußeren Rands des Belagkörpers verringert und im Mittelbereich erhöht werden kann. Durch geeignete Bemessung der beiden Windungsgruppen, gegebenenfaslls auch durch noch weitere Windungsgruppen, läßt sich ein im wesentlichen sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung des Belagkörpers 3 annährend konstanter Verlauf des Flächengewichts erzielen.
Es versteht sich, daß die Windungen 5' und 5'' periodisch jeweils nach einer vorbestimmten Anzahl Windungen abwechselnd gewickelt werden, um einen homogenen Aufbau der Wicklung zu erreichen. Jede Windung 5 kann einen einzelnen Faden, ein einzelnes Garn oder auch einen einzelnen Draht umfassen. Ein oder mehrere dieser Fäden, Garne oder Drähte können auch gegebenenfalls miteinander verdrillt sein. Es versteht sich jedoch, daß, wie in 3 bei 13 angedeutet ist, gegebenenfalls auch mehrere solcher einzelnen oder untereinander verdrillten Fäden, Garne oder Drähte eng aneinanderliegend parallel in einem einzigen Arbeitsgang abgelegt werden können, um so gemeinsam eine einzige Windung zu bilden.
Im folgenden werden Varianten von Wicklungsschemata erläutert, die gleichfalls eine gleichmäßigere Verteilung des Flächengewichts des Strangmaterials sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung des Belagkörpers erlauben. Gleichwirkende Komponenten sind mit den Bezugszahlen der vorstehend erläuterten Ausführungsform bezeichnet.
4 zeigt eine Variante eines Belagkörpers 3, bei welchem eine in Umfangsrichtung wellenförmig verlaufende Windung 5 mit konstanter Wellenauslenkung, jedoch entlang eines in Umfangsrichtung wellenförmig verlaufenden mittleren Windungsradius r₀ auf den Wickel abgelegt wird. Die inneren Umkehrbereiche 7 liegen damit auf einem gleichfalls wellenförmig in Umfangsrichtung sich ändernden inneren Radius r_i', während die äußeren Umkehrbereiche einem wellenförmig in Umfangsrichtung verlaufenden äußeren Radius r_a' folgen. Die Differenz r_a' – r_i' bleibt jedoch konstant, wobei der innere Radius r_i' und der äußere Radius r_a' in Umfangsrichtung abwechselnd den Radius r_i der inneren Berandung des Belagkörpers 3 und den Radius r_a der äußeren Berandung des Belagkörpers 3 berühren. Auch in dieser Variante ist die Wellenlänge so gewählt, daß es zwischen aufeinanderfolgenden Windungen zu einem Versatz in Umfangsrichtung kommt.
5 zeigt eine Variante eines Wicklungsschemas, bei welchem die Windungen 5 um einen gleichbleibenden mittleren Windungsradius r₀ herum mit in Umfangsrichtung wellenförmig sich ändernder Wellenauslenkung auf dem Wickel abgelegt sind. Die inneren Umkehrbereiche 7 folgen hierbei der wellenförmig verlaufenden Hüllkurve 15 des inneren Radius r_i', die periodisch den Radius r_i der inneren Berandungn des Belagkörpers 3 berührt. Entsprechendes gilt für die äußeren Umkehrbereiche 9 der Windung 7, die dem gleichfalls eine Hüllkurve der Umkehrbereiche 9 bildenden Verlauf eines äußeren Radius r_a' folgt. Auch diese Hüllkurve berührt periodisch den Radius r_a der äußeren Berandung des Belagkörpers 3. Die Wellenlänge der Windung 5 ist wiederum so gewählt, daß aufeinanderfolgende Windungen in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind.
Es versteht sich, daß auch bei den Varianten der 4 und 5 mehrere Gruppen von Windungen vorgesehen sein können, die sich von Gruppe zu Gruppe durch unterschiedliche mittlere Windungsradien oder unterschiedliche Wellenauslenkungen, aber auch durch unterschiedliche Wellenlängen der wellenförmigen und vorzugsweise in beiden Varianten stetig wellenförmig sich ändernden Verläufe des mittleren Windungsradius oder der Wellenauslenkung unterscheiden können. Auch hier wechseln die Windungen der Wellengruppen bevorzugt periodisch einander ab.
Das Szrangmaterial der vorstehend erläutert Ausführungsformen kann herkömmliche Konfiguration haben und beispielsweise aus kontinuierlich miteinander verzwirnten Fäden oder Garnen und gegebenenfalls Metalldrähten bestehen. Die Fäden oder Garne können aus synthetischem oder aus Naturmaterial, wie zum Beispiel Glas, Acrylfasern oder Viskose-, Aramid-, Polyester-, Baumwolle-, Jute-, Sisal- oder Raminfasern oder dergleichen bestehen. Die Metalldrähte können aus Messing, Kupfer, Zink oder Aluminium bestehen. Anstelle kontinuierlicher Fasern können auch Faserabschnitte verwendet werden. Die Materialien können mit bis zu 120 Windungen pro Meter miteinander verzwirnt sein. Der Durchmesser der einzelnen Garne kann nierbei von 0,5 mm bis 5 mm schwanken. Die miteinander verzwirnten Garne werden zweckmäßigerweise vor dem Wickeln mit einem flüssigen Harz vorbeschichtet und dann mit einer Beschichtung aus gummiartigem Harz und organi schem Füllstoffzement imprägniert.
Das imprägnierte Garn wird zweckmäßigerweise mit einer bezogen auf eine Winkelkoordinate beim Ablegen des Materialstrangs sinusförmigen Querauslenkung schichtförmig auf der Wicklung abgelegt, wobei jede Lage zwischen 2 und 360 "Sinus"-Auslenkungen enthalten kann. Es versteht sich, daß der wellenförmige Verlauf aber auch einem dreieckförmigen Verlauf angenähert sein kann, bei welchem die Windung zwischen ihren Umkehrbereichen im wesentlichen geradlinig verläuft.
Je nach Ausgestaltung des Belagträgers kann dieser 1 bis 20 in der vorstehend erläuterten Weise abgelegte Schichten erfassen. Die Wellen der Windungen können beispielsweise zwischen einem Radius r_i von 30 mm bis zu einem Radius r_a von 250 mm schwanken.

Claims

Reibbelag für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung mit einem ringscheibenförmigen Belagkörper (3), der, eingebettet in Bindemittel, eine Wicklung aus Strangmaterial enthält, deren Windungen (5) in Umfangsrichtung wellenförmig verlaufen und radial innere (7) und radial äußere (9) Umkehrbereiche haben, die auf konzentrischen Kreisen liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die radial inneren (7) und/oder die radial äußeren (9) Umkehrbereiche jeweils auf mehrere konzentrische Kreise mit unterschiedlichen Durchmessern verteilt sind, wobei sich die Radien dieser Kreise um mehr als die Dicke des Strangmaterials voneinander unterscheiden.
Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung wenigstens zwei Gruppen von Windungen (5', 5'') umfaßt, von denen jede mit gleichbleibender, periodisch sich wiederholender Wellenauslenkung, jedoch mit unterschiedlichem mittleren Windungsradius gewickelt ist.
Reibbelag nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich Abschnitte mit ein oder mehreren Windungen verschiedener Gruppen untereinander abwechseln.
Reibbelag nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Gruppen von Windungen (5', 5'') paarweise in Umfangsrichtung gleiche Periodenlänge (L) haben und gegenphasig verlaufen.
Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Größe der Wellenauslenkung der Windungen (5) und/oder die Größe des mittleren Windungsradius (r₀) der Windungen (5) in Umfangsrichtung periodisch sich wiederholend ändert.
Reibbelag nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Größe der Wellenauslenkung und/oder des mittleren Windungsradius (r₀) wellenförmig, insbesondere stetig wellenförmig, ändert.
Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen (5) des Strangmaterials aus mehreren aneinanderliegenden Garnen und/oder Fäden und/oder Drähten bestehen.
Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform und der mittlere Windungsradius der Windungen so gewählt sind, daß die Flächengewichtsverteilung (d) des Strangmaterials sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung des Belagkörpers (3) zumindest näherungsweise konstant ist.