DE69515938T2

DE69515938T2 - Reibbelagmaterialien

Info

Publication number: DE69515938T2
Application number: DE69515938T
Authority: DE
Inventors: Yih-Fang Chen; Robert Chi-Chiu Lam
Original assignee: Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 1994-08-02
Filing date: 1995-06-19
Publication date: 2001-01-04
Anticipated expiration: 2015-06-20
Also published as: EP0695887B2; JP3676855B2; DE69515938T3; EP0695887B1; EP0695887A1; US5676577A; JPH0861407A; KR960007725A; KR100398546B1; DE69515938D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Material auf Faserbasis mit Zellulosefasern, Aramidfasern und einem Füllermaterial wie z. B. Kieselgur. Die Erfindung betrifft ferner ein Mehrkomponenten-Reibmaterial mit dem oben beschriebenen Material auf Faserbasis, das mit einem Phenolharz oder einem Harz auf Phenolbasis imprägniert ist.
Das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung hat ein besseres Antiratter-Verhalten und eine bessere Dauerfestigkeit als herkömmliche Reibmaterialien. Das Reibmaterial ist besonders vorteilhaft für eine Anwendung in elektronisch gesteuerten Kupplungen.
Neue und verbesserte Getriebesysteme mit Drehmomentwandler kontinuierlichen Schlupfes werden von der Kraftfahrzeugindustrie entwickelt. Diese neuen Systeme unterscheiden sich von herkömmlichen Sperrgetrieben. Die Drehmomentwandler-Kupplung mit kontinuierlichem Schlupf erzeugt einen gesteuerten kontinuierlichen Schlupf bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine. Die Verwendung einer derartigen Kupplung verbessert den Kraftstoffverbrauch und die Kühlung der Brennkraftmaschine.
Der kontinuierliche Eingriff derartiger Kupplungen erzeugt jedoch niederfrequente Schwingungen bzw. ein niederfrequentes "Rattern" in der Brennkraftmaschine. Ein Faktor, der den Ratterwiderstand einer Drehmomentwandler-Kupplung mit kontinuierlichem Schlupf beeinflußt, ist die Eigenschaft der Reibmaterialien, die in der Drehmomentwandler-Kupplung verwendet werden. Die Technologie der Reibmaterialien muß daher ebenfalls weiterentwickelt werden, um die Anforderungen der oben erwähnten neuen Systeme zu erfüllen.
Damit Reibmaterialien bei Einrichtungen mit kontinuierlichem Schlupf nutzbringend eingesetzt werden können, muß das Reibmaterial eine Vielzahl von bestimmten Eigenschaften haben. Das Reibmaterial muß nachgiebig oder elastisch sein, jedoch widerstandsfähig gegenüber Kompression, Verschleiß und Spannungen; es muß eine hohe Wärmebeständigkeit haben und eine rasche Wärmedissipation ermöglichen; außerdem muß es ein dauerfestes, stabiles und gleichförmiges Reibverhalten zeigen.
Wenn irgendeine dieser Eigenschaften nicht erfüllt ist, ist das Reibmaterial in seinem Verhalten nicht optimal.
Das Material auf Faserbasis muß somit eine gute Scherfestigkeit haben, wenn es mit dem nassen Harz während des Reibpapierherstellungs-Imprägnierverfahren gesättigt wird. Das resultierende Reibpapier muß eine gute Scherfestigkeit haben, wenn es von Bremsflüssigkeit oder Getriebeöl im Gebrauch durchdrungen wird. Es ist ferner wichtig, daß das Reibmaterial eine hohe Porosität hat, so daß es bei Gebrauch eine hohe Fluiddurchlässigkeit aufweist. Das vom Reibmaterial absorbierte Fluid muß in der Lage sein, unter dem Druck, der bei der Kupplungsbetätigung aufgebracht wird, rasch aus dem Reibmaterial ausgequetscht bzw. freigegeben zu werden. Wichtig ist ferner, daß das Reibmaterial eine hohe thermische Leitfähigkeit hat, um eine rasche Dissipation der bei Betrieb der Kupplung erzeugten Wärme zu unterstützen.
In der DE-A-42 11 010 ist ein Material auf Faserbasis beschrieben, das zur Verwendung in einem asbestfreien Reibmaterial geeignet ist; es enthält eine Vielzahl von Aramidfasern, Zellulosefasern und mindestens einen Typ Füllermaterial.
Die Literaturstelle "Ingenieurs de l'Automobile" (1989), Dezember, Nr. 653, Seiten 72-77 offenbart die Verwendung von fibrillierten Aramidfasern in Reibmaterialien.
Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Reibmaterial mit zuverlässigen und verbesserten Eigenschaften im Vergleich zu denen des Standes der Technik zu schaffen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, Reibmaterialien mit einem guten Antiratter-Verhalten und niedriger Geräuschentwicklung zu schaffen.
Um die oben erwähnten Anforderungen zu erfüllen, wurden viele Materialien im Hinblick auf ihre Reib- und Wärmewiderstandseigenschaften untersucht, und zwar unter Bedingungen entsprechend denen, die bei Betrieb einer Kupplung mit kontinuierlichem Schlupf anzutreffen sind. Sowohl handelsübliche Bremsbeläge und Getriebematerialien wurden untersucht und stellten sich als nicht geeignet zur Verwendung bei Kupplungen mit kontinuierlichem Schlupf heraus.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Reibmaterial, das besonders vorteilhaft zur Anwendung in Kupplungen mit kontinuierlichem Schlupf ist. Die vorliegende Erfindung schafft ein Material auf Faserbasis mit fibrillierten Aramidfasern, Zellulosefasern, einem Füllermaterial und wahlweise weiteren Bestandteilen. Das Material auf Faserbasis kann entweder mit Phenolharz oder modifiziertem Phenolharz imprägniert werden. Die fibrillierten Aramidfasern haben einen Freiheitsgrad von ungefähr 150 bis 650 auf dem Canadian Standard Freeness Index.
Die Aramidfasern bestehen aus fibrillierten Fasern, die mithelfen, das Filmmaterial an der Oberfläche des Reibpapieres zu halten. Es wird bevorzugt, daß der Anteil an Füllermaterial größer, bezogen auf das Gewicht des Reibmaterials, als bei derzeit üblichen Reibmaterialien ist. Außerdem ist es wünschenswert, daß das Füllermaterial dem Reibmaterial eine glatte Oberfläche verleiht, wenn das Reibmaterial in einer Umgebung mit kontinuierlichem Schlupf kontinuierlich beansprucht wird. Außerdem ist es wünschenswert, daß das Füllermaterial elastische Eigenschaften hat, die für einen Dämpfungseffekt sorgt, wenn Schwingungen bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine auftreten; das Reibmaterial ist hierbei elastisch genug, um Schwingungen zu absorbieren und das Auftreten von Ratterschwingungen oder Geräuschen bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine zu verhindern.
Es wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Fig. 1 ein allgemeines Diagramm ist, das die erwünschte und unerwünschte Beziehung zwischen dem Reibkoeffizienten und der Oberflächengleitgeschwindigkeit für Reibmaterialien darstellt. Wenn die Koeffizienten-Geschwindigkeits-Kurve eine positive Steigung wie im Fall von du/dv≥0 hat, tritt kein Rattern auf. Wenn dagegen die Koeffizienten-Geschwindigkeitskurve eine negative Steigung wie im Fall von du/dv< 0 hat, tritt in einer Drehmomentwandler-Kupplung mit kontinuierlichem Schlupf ein Rattern auf.
Fig. 2 ist eine Schemazeichnung einer Konstantschlupf-Prüfeinrichtung, die zum Untersuchen des Ratterverhaltens bei verschiedenen Reibmaterialien verwendet wird.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das das Ergebnis einer Dynamometerprüfung verschiedener Materialien darstellt, und zwar eines Vergleichsmaterials A mit einem hohen Kompressionsmodul und ein Material B der vorliegenden Erfindung mit einem niedrigeren Kompressionsmodul.
Fig. 4-9 sind Diagramme, die die Beziehung zwischen dem Reibkoeffizienten und der Schlupfgeschwindigkeit für Materialien auf Faserbasis, imprägniert mit Phenolharz oder modifiziertem Phenolharz, in verschiedenen Automatikgetriebe-Flüssigkeiten für die in der Tabelle I und dem Beispiel I gezeigten Ausführungsbeispiele darstellen.
Fig. 10, 11 sind Diagramme, die die Beziehung zwischen Reibkoeffizient und Rutschgeschwindigkeit für Material auf Faserbasis mit verschiedenen Arten von Füllermaterial für die Ausführungsbeispiele in Tabelle II und gemäß Beispiel II darstellen,
Fig. 12 bis 14 sind Diagramme, die die Beziehung zwischen Reibungskoeffizient und Rutschgeschwindigkeit für Material auf Faserbasis, imprägniert mit Phenolharz oder modifiziertem Phenolharz, für die Ausführungsbeispiele der Tabelle III und gemäß Beispiel III darstellen.
Fig. 15 bis 17 sind Diagramme, die die Beziehung zwischen Reibkoeffizient und Rutschgeschwindigkeit für Materialien auf Faserbasis, imprägniert mit einem modifizierten Phenolharz, welches unter verschiedenen Aushärtungs- und Bondingbedingungen erzeugt wurden, für die Ausführungsbeispiele der Tabelle IV und gemäß Beispiel IV darstellen.
Wenngleich der Einsatz von Aramidfasern bei verschiedenen Reibbelagmaterialien offenbart wurde, war es bis zur vorliegenden Erfindung nicht bekannt, ein Reibmaterial mit fibrillierten Aramidfasern (die im allgemeinen viele an einer Kernfaser befestigte Fibrillen haben) und einem erhöhten Anteil an Füllermaterial zu schaffen. Die Länge der fibrillierten Faser reicht von ungefähr 0,5 bis ungefähr 6 mm und hat einen Canadian Standard Freiheitsgrad von mehr als ungefähr 150 bis ungefähr 650. Bei einigen Ausführungsbeispielen werden Fasern bevorzugt, die einen Canadian Standard Freiheitsgrad von ungefähr 150 bis 450 und insbesondere von ungefähr 200 haben. Die "Canadian Standard Freeness" (T227 om-85) bedeutet, daß der Fibrillier grad der Fasern als Maß für den Freiheitsgrad der Fasern beschrieben werden kann. Der Canadian Standard Freeness Test ist ein empirisches Verfahren, das ein beliebiges Maß für die Rate ergibt, mit der eine Suspension von 3 Gramm Fasern in einem Liter Wasser abgeführt werden kann. Die fibrillierten Aramidfasern haben daher einen niedrigeren Freiheitsgrad bzw. eine niedrigere Abführrate als andere weniger fibrillierte Aramidfasern oder Fasermasse.
Je mehr fibrillierte Aramidfasern in dem Faserbasis-Material enthalten sind, umso besser wird das Füllermaterial an der Oberfläche des Faserbasis-Materials gehalten. Es war bis zu der vorliegenden Erfindung nicht bekannt, eine erhöhe Menge an Füllermaterial in einem Faserbasis-Material mit fibrillierten Aramidfasern und Zellulosefasern vorzusehen. Die Verwendung eines erhöhten Fülleranteils in dem Faserbasis- Material sorgt für eine glattere Oberflächenstruktur des Reibmaterials als bei vorbekannten Materialien mit einem niedrigeren Füllermaterialanteil. Der erhöhte Füllermaterialanteil verleiht dem Reibmaterial die Fähigkeit, Schwingungen des Getriebes besser als mit vorbekannten Reibmaterialien zu dämpfen.
Der Dämpfungseffekt des Füllermaterials, das von den fibrillierten Aramidfasern an der Oberfläche des Faserbasis-Materials gehalten wird, verleiht dem Reibmaterial auch bessere elastische Eigenschaften. Wenn Schwingungen auftreten, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, ist das Reibmaterial elastisch genug, um die Schwingungen zu absorbieren bzw. zu dämpfen und ein Rattern zu verhindern. Die Größe des Füllermaterials liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 6 bis ungefähr 38 u im Durchmesser und insbesondere von ungefähr 10 bis 15 u und für bestimmte Ausführungsbeispiele bei ungefähr 12 u. Es wurde festgestellt, daß bei zu großen Abmessungen die Oberfläche des Reibmaterials zu rauh wird. Wenn die Abmessungen der Füllerpartikel zu klein sind, wird das Füllermaterial in dem Faserbasis-Material zu dicht gepackt, und das resultierende Reibmaterial ist nicht porös genug, um die Getriebeflüssigkeit rasch zu absorbieren und für eine Wärmedissipation zu sorgen.
Für das Faserbasis-Material der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Füllermaterialien geeignet. Insbesondere Glasperlen, Siliziumoxidfüller wie z. B. Kieselgur, sphärische Kohlenstoffpartikel und ungleichmäßig geformte Glas- oder Silizi umoxidpartikel sind geeignet. Die am besten geeigneten Füllerpartikel verleihen dem Reibmaterial sowohl Antirattereigenschaften wie auch gute Verschleißeigenschaften. Es kommen jedoch auch andere Füllerarten in Betracht, und wahlweise sind andere Bestandteile zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet, und die Wahl des Füllers hängt von den speziellen Anforderungen des Reibmaterials ab.
Das Faserbasis-Material der vorliegenden Erfindung enthält ferner Zellulosefasern, die für gute Antirattereigenschaften sorgen. Die Zellulosefasern verleihen dem Reibmaterial außerdem Festigkeit und sorgen für einen hohen Anfangsreibkoeffizienten. Ein erhöhter Anteil an Zellulosefasern vergrößert den Reibkoeffizienten, wie in Fig. 1 gezeigt, so daß die Beziehung zwischen dem Reibkoeffizienten und der Oberflächen-Schlupfgeschwindigkeit eine positive Steigung hatte. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weisen die Zellulosefasern Baumwolle, Hanf und ähnliche Materialien auf. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen enthalten die Zellulosefasern sowohl Hanffasern wie auch Baumwollfasern. Die Hanffasern sind flacher als die Baumwollfasern und dürften dabei mithelfen, dem Reibmaterial Oberflächenglätte und Antirattereigenschaften zu verleihen.
Verschiedene Phenolharze oder modifizierte Phenolharze sind als Imprägnierharze bei der vorliegenden Erfindung geeignet. Es kommt weiter in Betracht, daß andere Bestandteile, die sowohl beim Herstellen von Harzmischungen wie auch bei verschiedenen Harzen zum Imprägnieren von Faserbasis-Materialien geeignet sind, in dem Faserbasis-Material und dem resultierenden Reibmaterial vorhanden sein können. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen beträgt der Harzgehalt zwischen ungefähr 35 und ungefähr 65 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Reibmaterials. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der Harzgehalt zwischen ungefähr 40 und ungefähr 60 Gewichtsprozent, und bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann der Harzgehalt ungefähr 45 Gewichtsprozent betragen. Der Harzanteil beeinflußt die Elastizität des Reibmaterials. Zuviel Harz bewirkt, daß das Reibmaterial zu spröde wird und es zu einem Verlust an Elastizität des Reibmaterials kommt. Das Zusammenwirken von Harz und Fasern hilft dabei mit, dem Reibmaterial Festigkeit zu verleihen.
Ein Beispiel für eine Zusammensetzung eines Faserbasis-Materials ist: Ungefähr 10 bis ungefähr 40 Gewichtsprozent fibrillierter Aramidfasern, ungefähr 5 bis ungefähr 30 Gewichtsprozent mindestens einer Sorte Zellulosefasern und ungefähr 30 bis ungefähr 75 Gewichtsprozent eines Füllermaterials. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen wurde eine spezielle Zusammensetzung wie folgt als vorteilhaft gefunden: Ungefähr 15 bis ungefähr 25 Gewichtsprozent fibrillierte Aramidfasern, ungefähr 5 bis ungefähr 30 Gewichtsprozent Zellulosefasern und ungefähr 45 bis 70 Gewichtsprozent Füllermaterial. Eine andere geeignete Zusammensetzung ist: ungefähr 22 bis ungefähr 25 Gewichtsprozent Aramidfasern, ungefähr 13 bis ungefähr 25 Gewichtsprozent Zellulosefasern und ungefähr 50 bis ungefähr 65 Gewichtsprozent Füllermaterial.
Es werden zunächst Prüfeinrichtungen und -verfahren zum Bestimmen des Reibverhaltens verschiedener Reibmaterialien bei Schlupfzuständen niedriger Geschwindigkeit beschrieben. Eine Prüfeinrichtung 10, die dazu verwendet wird, das Ratterverhalten verschiedener Reibmaterialien zu untersuchen, ist in Fig. 2 dargestellt. Eine Antriebseinrichtung 12 besteht aus einem elektrischen Motor 14 mit einer Wirbelstromkupplung 16 zur Drehzahlsteuerung. Der Abtrieb der Wirbelstromkupplung 16 wird dazu benutzt, eine Wellenanordnung 20 anzutreiben, die aus einer Antriebswelle besteht, welche durch zwei Lager 22 und 24 gelagert ist, wobei eine Prüfhaltevorrichtung an einem Ende und eine Antriebsrolle am anderen Ende vorgesehen sind. Die Drehzahl wird durch einen optischen Codierer 28 überwacht. Eine Prüfkammer 30 verwendet einen standardmäßigen Prüfkopf SAE Nr. 2 mit einem daran befestigten Momentenarm (nicht gezeigt). Eine Kupplungsplatte voller Größe wird im nicht zirkulierenden Öl innerhalb der Kammer zu Prüfzwecken (nicht gezeigt) eingetaucht.
Die Öltemperatur der Prüfkammer wird durch Zirkulation von heißem oder kaltem Öl durch die Hohlräume des Prüfkopfes gesteuert. Die Temperatur des umlaufenden Öls wird entweder durch einen elektrischen Tauchheizer erhöht oder durch einen Wärmetauscher, der Wasser als Kühlmittel verwendet, abgesenkt. Die Kupplungsplatte wird mit Luftdruck unter Verwendung eines standardmäßigen SAE Nr. 2 Kolbens beaufschlagt. Die Drehzahl, das Drehmoment, der angelegte Druck und die Öltemperatur werden während der Prüfung aufgezeichnet.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, wurde die in Fig. 2 gezeigte Prüfeinrichtung entwickelt, um die Reibplatte, wie sie tatsächlich verwendet wird, um das Reibverhalten verschiedener Reibmaterialien bei niedriger Schlupfgeschwindigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken zu bestimmen, untersuchen zu können.
Das hier verwendete Prüfverfahren charakterisiert die Beziehung zwischen dem Reibkoeffizienten und dem Schlupf für verschiedene Reibmaterialien bei unterschiedlichen Belagdrücken, Oberflächengeschwindigkeiten und Öltemperaturen vor und nach dem Einlaufen. Verschiedene Werte des kontinuierlichen Schlupfes werden festgehalten. Die Schlupfdauer bei jeder Geschwindigkeit beträgt 5 sec. Die Schlupfgeschwindigkeit (m/sec) erhöht sich von 0,006 auf 3,0 und zurück auf 0,006, wie in den Fign. unten zu sehen ist. Bei den Kurvenwerten A beträgt die Öltemperatur 40ºC und der Belagdruck 980 Mpa, bei den Kurvenwerten B beträgt die Öltemperatur 100ºC und der Belagdruck 980 MPa, bei C beträgt die Temperatur 100ºC und der Belagdruck 980 MPa (C ist der Einlaufpunkt); bei F beträgt die Öltemperatur 40ºC und der Belagdruck 1470 MPa, und bei 1 beträgt die Öltemperatur 100ºC und der Belagdruck 1470 MPa.
Die Kurvenwerte A und B beschreiben das Koeffizienten-Geschwindigkeits- Verhalten verschiedener Reibmaterialien vor dem Einlaufen. Der Kurvenwert C ist die Einlaufdauer, die mit konstanter Geschwindigkeit von 0,6 m/s 5 Minuten lang läuft. Die Kurvenwerte D, F und I beschreiben das Koeffizienten-Geschwindigkeits-Verhalten verschiedener Reibmaterialien nach dem Einlaufen.
Durch Verwenden dieses Verfahrens sind die Kriterien zum Vorhersagen von Rattererscheinungen, bei denen "u" = Reibkoeffizient und "v" = Oberflächenschlupfgeschwindigkeit, wie folgt:
1) du/dv ≥ 0 (0 bis 3 m/s) kein Rattern
2) du/dv < 0 (0 bis 3 m/s/ Rattern.
Die Schlupfgeschwindigkeit von 3 m/s entspricht einer 10" Momentenwandlerdrehung mit einer relativen Drehzahl von 250 u/min.
Das Anfangsrattern bezieht sich auf Rattererscheinungen, die in den Anfangsstufen kontinuierlicher Schlupfvorgänge beobachtet werden, welche durch die Eigenschaften und Strukturen des Reibmaterials beeinflußt werden.
Es gibt eine Beziehung zwischen der Oberflächenstruktur des Reibmaterials und der Absorption des Fluids wie z. B. einem Automatikgetriebefluids (ATF). Eine Scherung des Ölfilms zwischen den Reibmaterialien und der zugehörigen Metallfläche tritt bei niedrigen Schlupfgeschwindigkeiten (0 - 0,3 m/s) auf.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen. Das Vergleichsmaterial A ist ein Faserbasis-Material, welches ungefähr 30% Baumwollfasern, ungefähr 25% weniger fibrillierte Aramidfasern, ungefähr 25% Celitfüller und ungefähr 25% mit Phenolharz imprägnierten Graphit enthält. Das Beispiel B ist ein Faserbasis-Material, das ungefähr 21% Aramidpulp, ungefähr 14% Zellulosefasern und ungefähr 65% mit Phenolharz imprägnierten Celitfüller enthält.
Während kontinuierlicher Schlupfvorgänge kann sich ein Materialfilm an dieser Oberfläche des Reibmaterials bilden. Der Film kann analysiert und bestimmt werden durch Gel-Chromatographie (GC), wie beschrieben in Bunda, T. et al., "Friction Behavior of Clutch-Facing Materials: Friction Characteristics in Low-Velocity Slippage" SAE 720522 (1972). Es ist leichter, einen Film mit einem Material zu bilden, das eine starre Oberfläche hat (hoher Modul), als mit einem Material, das eine kompressible Oberfläche hat (niedriger Modul), und zwar aufgrund der Unterschiede in der Anpassungsfähigkeit. Die Filmbildung an der Oberfläche beeinflußt die Beziehung zwischen Reibkoeffizient und Drehzahl (Antirattern) der Materialien beträchtlich. Das Filmmaterial beeinträchtigt die Adsorptionsfähigkeit und Dämpfungswirkung der Reibmaterialien.
Bei den in Fig. 3 zusammengefaßten Dynamometeruntersuchungen zeigte das Vergleichsmaterial (A) (hoher Kompressionsmodul) einen schmaleren Bereich eines ratterfreien Drucks und einer ratterfreien Schlupfgeschwindigkeit als das Beispiel 13 (niedriger Kompressionsmodul).
Dämpfungseffeke: Die durch die Oberfläche der Reibmaterialien hervorgerufenen Dämpfungseffekte sind wichtig beim Eliminieren des Ratterns bzw. von niederfre quenten Schwingungen in Kupplung mit kontinuierlichem Schlupf. Eine Dämpfung aus Reibmaterialien entsteht dadurch, daß die Kompressibilität der Oberfläche und/oder der Oberflächeninhalt der Dämpfungsmittel in dem Reibmaterial vergrößert werden.
Fasereffekte: Um die Auswirkung der Fasern auf den Ratterwiderstand von Reibmaterialien bei Anwendungen in Kupplungen mit kontinuierlichem Schlupf zu verstehen, wurde eine Reihe von Fasern untersucht. Diese Fasern variieren in Form und Zusammensetzung und haben unterschiedliche Oberflächeneigenschaften und - strukturen.
Zwischenflächentemperatur: Der Degradationsgrad von ATF-Additiven während des kontinuierlichen Schlupfvorgangs wird durch die Temperatur an der Zwischenfläche des Reibmaterials, ATF und zugehöriger Oberfläche beeinflußt. Bei hoher Zwischenflächentemperatur kann das Reibmodifiziermittel in dem ATF zwecks Antiratterwirkung zur Degradation kommen und auf den Reibflächen abgelagert werden, was Langzeit-Ratterphänomene hervorrufen kann. Die Reibmodifiziermittel erfüllen nicht länger den Zwecke eines Antiratterverhaltens wegen der chemischen Degradation. Eine Möglichkeit zum Reduzieren der Zwischenflächentemperatur besteht im Erhöhen der thermischen Leitfähigkeit der Reibmaterialien.
Die Reibmaterial-Oberflächenstrukturen können durch unterschiedliche Zwischenflächentemperaturen signifikant geändert werden. Bei einer hohen Zwischenflächentemperatur kommt es bei den meisten ATF-Reibmodifiziermitteln zu einer Degradation und zu einer Beeinflussung durch die Reibmaterialoberflächen. Außerdem ist die Karbonisationsrate der Bestandteile der Reibmaterialien bei höheren Zwischenflächentemperaturen höher. Der Verschleiß der Reibmaterialien hängt unmittelbar mit der Karbonisationsrate der Materialien zusammen.
Der anfängliche Ratterwiderstand der Reibmaterialien wird beeinflußt durch die ATF-Reibmodifiziermittel-Oberflächenadsorptionsfähigkeit der Reibmaterialien, die Elastizität der Reibmaterialien, die Dämpfungseffekte der Reibmaterialien, die Öltemperatur und die Schlupfgeschwindigkeiten. Die Langzeit-Dauerfestigkeit und der Ratterwiderstand werden durch die Wärmeübertragungsfähigkeit der Reibmaterialien, die Zwischenflächentemperaturen und die Oberflächenbehandlung der Reibmaterialien beeinflußt.
Das Antirattermaterial der vorliegenden Erfindung zeigt Eigenschaften wie hohe ATF-Adsorptionsfähigkeit, hohe Elastizität, hohe Dämpfungseffekte, hohe Wärmeübertragungsfähigkeit, niedrige Zwischenflächentemperatur und eine einwandfreie Oberflächenbehandlung.
Die folgenden Beispiele stellen einen weiteren Beweis dafür dar, daß das Faserbasis-Material und Reibmaterial der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung gegenüber den herkömmlichen Reibmaterialien darstellen. Verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Beispiele beschrieben, welche jedoch nicht den Schutzbereich der Erfindung einschränken sollen.

Beispiel I

Die Reibmaterialien der vorliegenden Erfindung wurden in verschiedenen Automatikgetriebefluiden untersucht. Die untenstehende Tabelle I zeigt die Beispiele, den Prozentsatz an Harzaufnahme und den Typ des in den Versuchen verwendeten Automatikgetriebefluides.
Das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung zeigt ein ausgezeichnetes Verhalten in verschiedenen Arten von Automatikgetriebefluiden. Wie am besten in den Fign.
4-8 zu sehen ist, ist die Anfangsneigung des Testes bei kontinuierlichem Schlupf positiv. Tabelle I
Fig. 4-9 zeigen die Ergebnisse eines Testes bei kontinuierlichem Schlupf, und zwar die Spitzen-Reibkoeffizienten für Materialien der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Automatik-Getriebefluiden (ATF). Die Fig. 4 und 7 zeigen die Tests für das Faserbasismaterial (Es-168-93) mit ungefähr 13% Zellulusefasern, ungefähr 22% Kevlar-Aramid-Faserpulp und ungefähr 65% Kieselgur-Füllermaterial, das mit einem Phenolharz mit ungefähr 57% Harzaufnahme (% P.U.) imprägniert ist.
Die Fig. 5 und 6 zeigen einen Test mit Spitzen-Reibkoeffizienten für das Faserbasismaterial (Es-15-94) mit ungefähr 14% Zellulosefasern, ungefähr 21% Kevlar-Aramid-Faserpulp und ungefähr 65% Celit-Kieselgur-Füllermaterial, das mit einem Phenolharz von ungefähr 50 bis 51% Harz P.U. imprägniert ist.
Fig. 8 zeigt einen Test mit Spitzen-Reibkoeffizienten für das Faserbasismaterial (HS-149-93) mit ungefähr 14% Zellulosefasern, ungefähr 21% Kevlar-Aramid-Faserpulup und ungefähr 65% Kieselgur Füllermaterial, das mit einem modifizierten Phenolharz von ungefähr 59,1% Harz P.U. imprägniert ist. Das modifizierte Phenolharz ist ein Phenolharz niedriger cross-linking-Dichte, das dem Reibmaterial einen hohen Wärmewiderstand verleiht.
Fig. 9 zeigt einen Test mit Spitzenreibkoeffizienten für ein Faserbasismaterial der vorliegenden Erfindung, wie es in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, abgesehen davon, daß es mit dem modifizierten Phenolharz imprägniert ist.

Beispiel II

Ein Vergleich der Spitzen-Reibkoeffizienten für Reibmaterialien mit unterschiedlichen Füllergrößen ist in den Fig. 9-11 dargestellt. Jedes Reibmaterial ist mit T II imprägniert. Die Tabelle II unten zeigt die mittlere Teilchengröße und die Trocken- sowie Naßdichte verschiedener Füllermaterialien, welche in einem Reibmaterial mit ungefähr 14% Zellulosefasern, ungefähr 21% Kevlarpulp und ungefähr 65% Füllermaterial verwendet wurden. Das Faserbasismaterial ist mit einem modifizierten Phenolharz imprägniert. Der Prozentsatz der Harzaufnahme für die Beispiele der Fig. 9 und 10 betrug ungefähr 51,3% P.U. Der Prozentsatz der Harzaufnahme für das in Fig. 11 gezeigte Beispiel betrug ungefähr 50,5% P.U. Bei den in den Fig. 9, 10 und 11 gezeigten Beispielen ergibt sich eine positive Neigung der Koeffizienten-Drehzahl- Kurve, was anzeigt, daß die Materialien ein gutes anfängliches "Antiratter-Verhalten" haben.

Tabelle II

Fign. Mittlere Teilchengröße (uum)

9 12
10 22,3
11 36,2

Beispiel III

Faserbasismaterialien mit ungefähr 25% Zellulosefasern, die sich aus ungefähr 10% Hanffasern und ungefähr 15% Baumwollfasern zusammensetzen, ungefähr 25% Kevlar-Aramid-Faserpulp und ungefähr 50% Kieselgurfüllermaterial wurden mit Phenolharz oder Epoxydphenolharz imprägniert, wie in der untenstehenden Tabelle III gezeigt.
Die Fig. 12 zeigt die Spitzenreibkoeffizienten für ein Phenolharz. Die Fig. 13 zeigt die Spitzenreibkoeffizienten für das modifizierte Phenolharz. Die Fig. 14 zeigt die Spitzenreibkoeffizienten für ein Epoxidmodifiziertes Phenolharz. Tabelle III

Beispiel IV

Faserbasismaterialien mit ungefähr 25% Zellulosematerial, ungefähr 25% Kevlar-Aramid-Faserpulp und ungefähr 50% Kieselgurfüllermaterial wurden jeweils mit T II ATF imprägniert. Diese Fasermaterialien wurden mit dem modifizierten Phenolharz imprägniert und aufbereitet, um eine unterschiedliche Oberflächenrauhigkeit zu erhalten, wie in der untenstehenden Tabelle IV dargestellt ist Wie in Fig. 15, 16, 17 und 7 gezeigt, hat die rauhe Oberfläche (Ra > l105u in.) der Fig. 7 eine weniger po sitive u-v-Form als die der Fig. 15, 16 und 17, welche eine relativ glatte Oberfläche (Ra < 98u in., vorzugsweise Ra < 80u in.) haben.

Tabelle IV

Fign. Oberflächenglätte (Min.) Ra (u in.)

15 97,7
16 78,3
17 75,3
7 105,5
Die vorliegende Erfindung ist geeignet als Reibmaterial zur Verwendung bei elektrisch gesteuerten kontinuierlichen Kupplungssystemen zum Ausschalten des "Ratterns".
Die obige Beschreibung der bevorzugten und alternativen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dient Veranschaulichungszwecken und soll in keiner Weise den Schutzbereich und Inhalt der folgenden Ansprüche einschränken.

Übersetzung der Zeichnungsbeschriftungen

COEFFICIENT OF FRICTION = Reibkoeffizient
SURFACE SLIDING SPPED = Oberflächen-Gleitgeschwindigkeit
RELATIVE SLIPPING SPEED (RPM) = relative Schlupfgeschwindigkeit
APPLY PRESSUIRE = Einrückdruck
SHUDDER = Rattern
SLIPPING SPEED = Schlupfgeschwindigkeit

Claims

1. Material auf Faserbasis zur Verwendung in einem asbestfreien Reibmaterial mit mehreren fibrillierten Aramidfasern, Zellulosefasern und mindestens einem Füllermaterial, bei dem die fibrillierten Aramidfasern einen Freiheitsgrad von ungefähr 150 bis ungefähr 650 auf dem Canadian Standard Freeness Index haben.

2. Material auf Faserbasis nach Anspruch 1, das ungefähr 10 bis 40 Gewichtsprozent fibrillierte Aramidfasern, ungefähr 5 bis 30 Gewichtsprozent Zellulosefasern und ungefähr 30 bis 75 Gewichtsprozent Füllermaterial, bezogen auf das Gewicht des Materials auf Faserbasis, enthält.

3. Material auf Faserbasis nach Anspruch 1, das ungefähr 15 bis 25 Gewichtsprozent fibrillierte Aramidfasern, ungefähr 5 bis 30 Gewichtsprozent Zellulosefasern und ungefähr 45 bis ungefähr 70 Gewichtsprozent Füllermaterial, bezogen auf das Gewicht des Materials auf Faserbasis, enthält.

4. Material auf Faserbasis nach Anspruch 1, das ungefähr 22 bis ungefähr 25 Gewichtsprozent fibrillierte Aramidfasern, ungefähr 13 bis 25 Gewichtsprozent Zellulosefasern und ungefähr 50 bis ungefähr 65 Gewichtsprozent Füllermaterial, bezogen auf das Gewicht des Materials auf Faserbasis, enthält.

5. Material auf Faserbasis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fibrillierten Aramidfasern einen Freiheitsgrad von ungefähr 150 bis ungefähr 450 auf dem Canadian Standard Freeness Index haben.

6. Material auf Faserbasis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosefasern Baumwolle, Hanf oder ein Gemisch aus ihnen enthalten.

7. Material auf Faserbasis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllermaterial Teilchen enthält, wenn die Teilchen einen Durchmesser von ungefähr 6 bis ungefähr 38 um haben.

8. Material auf Faserbasis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllermaterial Teilchen enthält, die aus der Gruppe Siliziumoxid-Füller, Kohlenstoffteilchen und Glasperlen ausgewählt sind.

9. Asbestfreies Reibmaterial mit einem Material auf Faserbasis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das mit einem Phenolharz oder einem modifizierten Phenolharz imprägniert ist.

10. Asbestfreies Reibmaterial mit einem Material auf Faserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das mit einem Epoxydphenol modifizierten Harz imprägniert ist.

11. Asbestfreies Reibmaterial nach Anspruch 10, das ungefähr 35 bis ungefähr 65 Gewichtsprozent Harz enthält.

12. Asbestfreies Reibmaterial nach Anspruch 10, bei dem die Beziehung zwischen dem Reibkoeffizienten (u) und der Schlupfgeschwindigkeit (v) definiert ist als dudv ≥ 0 in dem Geschwindigkeitsbereich von ungefähr 0 bis ungefähr 3 m/sec.