DE69532812T2

DE69532812T2 - Gewebeanordnung und verfahren zur kontrolle von flüssigkeitsfluss

Info

Publication number: DE69532812T2
Application number: DE69532812T
Authority: DE
Inventors: Terry E. Nels
Original assignee: Euroflamm Select Inc
Current assignee: Oerlikon Friction Systems US Inc
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2015-09-30
Also published as: DE69532812D1; EP0783638A4; US5842551A; JPH10506977A; EP0783638A1; US5615758A; MX9702288A; EP0783638B1; WO1996010701A1; US6439363B1; US5998311A

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gewebeanordnung und ein Verfahren zur Strömungssteuerung und insbesondere, auf eine Gewebeanordnung und ein Verfahren zur Strömungssteuerung, die bei Reibungselementen benutzt werden können.
Beschreibung verwandter Ausführungen
In Kupplungen, Bremsen, Automatikgetrieben, Sperrdifferenzialen, Hebezeugen und ähnlichen reibungsenergieübertragenden und energieaufnehmenden Vorrichtungen sind im Allgemeinen eine oder mehrere Anordnungen kooperierender Bauteile vorgesehen, in denen ein kooperierendes Bauteil ein anderes antreibt. Es ist für diese kooperierenden Bauteile nicht ungewöhnlich, in einem Kühlmittel oder in einer Flüssigkeit, die in der Regel irgendeine Art Schmieröl ist, bewegt zu werden und oft zirkuliert das Öl unter Druck über und zwischen den angreifenden Oberflächen der kooperierenden Bauteile, um sie fortwährend zu schmieren und zu kühlen. Um die Zirkulation des Kühlmittels zwischen Sperrringen, Kupplungsscheiben, Übertragungsbändern und Ähnlichem zu gewährleisten, sind in früheren Ausführungen Nuten oder Schlitze direkt an den angreifenden Oberflächen eines oder beider kooperierender Bauteile oder dem daran befestigten Reibmaterial vorgesehen. Solch ein Reibmaterial kann beispielsweise eine Messingummantelung oder eine Papierauflage sein, wie im US-Patent 4,269,912 von Bauer u. a., US-Patent 4,878,282 von Bauer und dem US-Patent 4,260,047 von Nels zu sehen ist.
Das Ausbilden von Nuten in dem Reibmaterial kooperierender Bauteile ist nicht nur bei der Herstellung eines solchen Reibmaterials und der Kraftübertragungs- und Aufnahmevorrichtung aufwendig, sondern ist auch in seiner Fähigkeit, Kühlmittel durch diese zirkulieren zu lassen, eingeschränkt. Um die hydrodynamische Reibung zu verringern oder zu eliminieren, die aufgrund der Anstauung des Öls oder Kühlmittels, das auf der Oberfläche des Reibmaterials liegend das Antriebsteil angreift, wird ein verbessertes Reibmaterial für das Zirkulieren des Ölkühlmittels benötigt, speziell eines, das den gewünschten Parametern entsprechend variiert werden kann.
Frühere Ausführungen des Reibmaterials beinhalten auch bestimmte pyrolytische Kohlenstoff-Reibmaterialien, wie in dem US-Patent 4,700,823 von Winckler und dem US-Patent 4,297,794 von Bauer zu sehen ist. In solchen Reibmaterialien ist ein netzförmiger Gewebeträger, der aus Kohlefasern gebildet ist, mit einer Beschichtung aus Karbon oder anderen Materialien, die mit Hilfe des CVD-Verfahrens auf die Fasern aufgetragen werden, vorgesehen. Diese Art Reibmaterial hat die Charakteristik eines relativ offenen Netzes, was eine betriebsbereite Durchdringung durch ein Klebemittel erlaubt, um dadurch sowohl die Bindung zu verbessern als auch einen bestimmten Grad an Porosität zu gewährleisten. Dennoch, wie in dem US-Patent 4,291,794 hingewiesen wird, ist das Einfurchen eines solchen Materials nach wie vor vorgesehen, um den Fluss des Kühlmittels zwischen den Reibflächen der kooperierenden Bauteile der Kraftübertragungs- oder Energieaufnahmeanordnung zu ermöglichen. Diese Art Reibmaterial bildet weder nicht einfach fest zu verbindende Fasern an einer Reibfläche, noch wird eine hoch kontrollierte Textur, wie benötigt, erreicht. Überdies hat sich herausgestellt, dass solch ein Reibmaterial schwer zu einer gewünschten Dicke komprimiert werden kann, wie z. B. während des Anbindungsprozesses an ein Bauteil. Es ist außerdem zu sehen, dass ein solches pyrolytisches Reibmaterial als Substrat eine flache Webbindung des in 6 dargestellten Typs nutzt, wobei sowohl die Schussfäden als auch die Kettenfäden des Materials das kooperierende Bauteil berühren. Solch eine Anordnung führt zu einer wachsenden Abnutzung des Reibmaterials aufgrund des Einflusses auf die Fäden, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der kooperierenden Bauteile orientiert sind. Hierzu ist eine zusätzlich gewünschte Eigenschaft, die in früheren Ausführungen nicht gefunden wird, eine Reibflächentextur, die den Verschleiß am Reibmaterial reduziert.
Zweck der Erfindung ist es, ein Reibbelag-Material bereitzustellen, wie es z. B. im US-A-4,291,794 offenbart ist und ein Verfahren zur Herstellung eines Reibungs-Bauteils, das solch ein Reibbelag-Material einsetzt, bereitzustellen, wobei das Reibbelag-Material leicht in die Gestalt des Reibungsbauteils gebracht werden kann.
Der Zweck wird durch ein Reibbelag-Material mit den in Anspruch 1 definierten Merkmalen und einem Verfahren zur Herstellung eines Reibungsbauteils, das die Merkmale einschließt, wie sie in Anspruch 8 definiert sind, erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Unteransprüchen definiert.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Material vorgeschlagen, das eine Vielzahl erster Fäden und eine Vielzahl zweiter Fäden, die mit einer Vielzahl erster Fäden verwebt sind, besitzt, um eine vorgegebene Anordnung zur Steuerung der Strömung zu bilden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform beinhaltet eine Reibungskraft-Aufnahme- oder Kraftübertragungsanordnung der Art, die Mittel zum Wechseln der relativen Position zwischen einem Reibmaterial und einem Material einer gegenüberliegenden Fläche von einer Position der vollständigen Bindung zu einer Position der vollständigen Abkopplung aufweist, wobei die Anordnung ein erstes Bauteil, ein zweites gegenüberliegendes Bauteil, ein Reibbelag-Material, das an einem von erstem und zweitem Bauteil angebracht ist und einen gewebten Materialaufbau, der eine Vielzahl erster Fäden, die im Wesentlichen einer parallelen Anordnung zueinander positioniert sind und einer Vielzahl zweiter Fäden, die in gewundener Art und Weise über und unter die ersten Fäden gewebt sind, um eine Textur zu bilden, die eine Vielzahl von Höhen und Tälern besitzt, wobei nur die Höhen des gewebten Materialaufbaus das andere Bauteil angreifen und Mittel zum Einführen eines flüssigen Kühlmittels zwischen erstem und zweitem Bauteil aufweist.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelag-Materials zum Einsatz in einer Kraft-Aufnahme-Übertragungs-Anordnung offenbart, das die Schritte des Webens einer Vielzahl von Fäden in eine vorbestimmte Struktur, um z. B. eine gewebte Materialanordnung zu bilden, die eine Textur mit einer Vielzahl von Höhen und Tiefen aufweist, das Befestigen der Fäden der gewebten Materialanordnung in der Position und das Anbringen eines Klebemittels an die gewebte Materialanordnung beinhaltet.
Dementsprechend ist ein Reibbelag-Material zum Einsatz bei kooperierenden Bauteilen einer Kraft-Übertragungs-Aufnahme-Vorrichtung, die in der Lage ist, ein Kühlmittel dadurch zirkulieren zu lassen, ohne zusätzliche Nuten oder Schlitze einarbeiten zu müssen, vorgesehen.
Des Weiteren ist ein Reibbelag-Material zum Einsatz bei kooperierenden Bauteilen einer Kraft-Übertraguncis-Aufnahme-Einrichtung, das hinsichtlich der Bewegungsrichtung zwischen den koopenerenden Bauteilen orientiert sein kann, um an ihnen Abnutzung und Spin-Verlust zu reduzieren, vorgesehen.
Bevorzugt ist ein Reibbelag-Material zum Einsatz bei kooperierenden Bauteilen einer Kraft-Übertraguncis-Aufnahme-Einrichtung, das so gewebt werden kann, dass es Strömungskanäle einer gewünschten Größe und Orientierung beinhaltet, vorgesehen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Während die Beschreibung mit den Ansprüchen, die insbesondere die vorliegende Erfindung darlegen und vornehmlich beanspruchen, abschließt, wird angenommen, dass dieselbe besser durch die folgende Beschreibung, die anhand der beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, verstanden wird, in denen ist
1 eine Vorderansicht eines Sperrrings mit einem darauf angebrachtem Reibbelag-Material entsprechend der vorliegenden Erfindung,
2 eine vergrößerte, teilweise Querschnittsansicht des Sperrrings in 1,
3 eine perspektivische Explosionsansicht des in den 1 und 2 dargestellten Sperrrings mit seinen kooperierenden Bauteilen in einer typischen Kraft-Übertragungs-Aufnahme-Anordnunc,
4a, die auf demselben Blatt wie 2 gezeigt wird, eine vergrößerte, schematische Seitenansicht des Reibbelag-Materials der 1 bis 3 vor dem Auftragen ist,
4b, die auf demselben Blatt wie 2 gezeigt wird, eine sehr stark vergrößerte Teilansicht eines einzelnen Fadens des Reibbelag-Materials von 4a ist,
4c, die auf demselben Blatt wie 2 wird, eine teilweise schematische Seitenansicht der Kanäle, die in dem Reibbelag-Material aus 4a gebildet werden, wobei die Höhen und Tiefpunkte in ihrem Zustand nach dem Auftragen dargestellt sind,
5 eine Fotographie des in 4a dargestellten Reibbelag-Materials,
6 eine Fotographie einer früheren Ausführung des Reibbelag-Materials, das eine ebene Webung aufweist,
7 eine schematische Darstellung verschiedener beispielhafter Webarten, die in dem Reibbelag-Material der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können,
8 eine schematische Darstellung eines Reibbelag-Materials entsprechend früheren Ausführungen, das umlaufend als nicht eingreifende bogenförmige Segmente an einer Kupplungsscheibe angeordnet ist,
9 eine schematische Darstellung eines Reibbelag-Materials gemäß einer früheren Ausführung, das umlaufend als ein greifende bogenförmige Segmente an einer Kupplungsscheibe angeordnet ist,
10 eine schematische Darstellung eines Reibbelag-Materials gemäß einer früheren Ausführung, das als flachgeschnittener Vollring an einer Kupplungsscheibe angeordnet ist,
11 eine schematische Darstellung eines Reibbelag-Materials gemäß einer früheren Ausführung, das als ein um den Rand gewickelter Vollring an einer Kupplungsscheibe angeordnet ist,
12a eine schematische Darstellung eines Streifens aus dem Reibbelag-Material der vorliegenden Erfindung, wobei darin eine Vielzahl von Kerben geformt sind,
12b eine schematische Darstellung des in 12a gezeigten Streifens aus Reibbelag-Material, angeordnet an einer Kupplungsscheibe,
13a eine schematische Darstellung eines Streifens aus dem Reibbelag-Material der vorliegenden Erfindung, wobei darin eine Vielzahl von Einschnitten geformt sind,
13b eine schematische Darstellung des in 13a gezeigten Streifens aus Reibbelag-Material, angeordnet an einer Kupplungsscheibe,
14 eine schematische Darstellung des Reibbelag-Materials mit verschiedenen Webmustern, wobei einige Lagen verschiedene Webmuster beinhalten, das umlaufend als nicht ineinandergreifende Segmente an einer Kupplungsscheibe ist,
15 eine vergrößerte schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des Reibbelag-Materials der vorliegenden Erfindung darstellt,
16 eine vergrößerte schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des Reibbelag-Materials der vorliegenden Erfindung und
17 eine vergrößerte schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform des Reibbelag-Materials der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Auf die Zeichnung nun im Detail bezugnehmend, worin identische Nummern in den Figuren immer die gleichen Elemente bedeuten, stellt 1 einen Sperrring 10, der ein Reibbelag-Material 15 beinhaltet, das an dessen innerer, kranzförmiger Wand 12 angebracht ist, in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung dar. Es sollte verständlich sein, dass der Sperrring 10 ein Bauteil einer Kraft-Übertragungs- oder – Aufnahme-Anordnung ist, solch einer, wie sie in Kupplungen, Bremsen, Automatikgetrieben, Sperrdifferenzialen, Hebezeugen und anderen ähnlichen Reibungskraft-Übertragungs- und Energieaufnahme-Vorrichtungen gebraucht werden. Ein Beispiel für das Umfeld, in der der Sperrring 10 eingesetzt werden kann, ist in dem US-Patent 4,732,247 von Frost offengelegt. Obwohl der hier diskutierte Sperrrng 10 und das Reibbelag-Material 15 in solchen Kraft-Übertragungs- und Energie-Aufnahme-Vorrichtungen eingesetzt werden können, sollte verständlich sein, dass das Reibbelag-Material 15 der vorliegenden Erfindung nicht auf solche speziellen Vorrichtungen begrenzt ist. Zum Beispiel kann das Reibbelag-Material 15 in anderen Reibungs-Bauteilen, solchen wie Kupplungsscheiben, Überbrückungskupplungen und Übertragungsbändern, eingesetzt werden. Überdies ist vorgesehen, dass das Material der vorliegenden Erfindung in anderen Vorrichtungen, in denen eine Steuerung der Strömung erforderlich ist, wie z. B. in Dichtungen, Filtern, Düsen und Ähnlichem eingesetzt werden kann.
Wie in 1 zu sehen ist, beinhaltet der Sperrring 10 drei erhöhte Nasen 14, die in Intervallen von 120° gleichmäßig um den Sperrring 10 herum angeordnet sind. Die Nasen 14 können in zugehörige Anlagenuten eines anderen Bauteils 17 der Anordnung (nicht dargestellt) eingebettet sein. Wie in 3 am besten zu sehen ist, hat der Sperrring 10 auch eine gezahnte oder kerbverzahnte Fläche 16, die an dessen äußeren Umfang ausgebildet ist und angreifbar an einem Bauteil 17 der Kraft-Übertragungs-Aufnahme-Anordnung ist und dadurch fähig ist, das Bauteil 17 in Übereinstimmung mit einem kooperierenden Reibungs-Bauteil 18, das eine Bewegung entlang einer inneren, ringförmigen Wand 12 bewirkt, zu stoppen und zu drehen. Wie am besten in den 1 und 2 zu sehen ist, ist das Reibbelag-Material 15 der vorliegenden Erfindung an der inneren, ringförmigen Wand 12 des Spernings 10 durch einen Belag eines Klebemittels 20, wie z. B. Nitril-Phenol-Klebemittel befestigt. Es ist verständlich, dass das kooperierende Reibungs-Bauteil 18 (siehe 3) beweglich entlang einer Längsachse 19 ist, um in den Sperrring 10 einzurücken oder auszukuppeln.
4a stellt eine schematische Seitenansicht des Reibbelag-Materials 15 in seinem Anfangszustand dar, welches eine Vielzahl von im Wesentlichen linearen Schussfäden 25, die im Wesentlichen parallel zu einander angeordnet sind, beinhaltet. Eine Vielzahl von im Wesentlichen parallelen Kettenfäden 30, die in 4a bogenförmig in einer Seitenansicht gezeigt werden, sind mit den Schussfäden 25 in einer gewunde nen Art und Weise (d. h., über und unter benachbarten Schussfäden 25) verwebt, um eine Folge von Hochpunkten 32 (bekannt als „Höhen") und eine Folge von Tiefpunkten 34 (bekannt als „Anbindungspunkte") zu bilden. Zwischen jedem Kettenfaden 30 ist ein zweiter Satz Kettenfäden 31 angeordnet, die ebenfalls in gewundener Art und Weise mit den Schussfäden 25 verwoben sind, um eine Folge von Höhen 33 und eine Folge von Anbindungspunkten 35 zu bilden. Um den Aufbau des Reibbelag-Materials 15 zu erhalten, sind die Kettenfäden 31 jedoch gegenphasig zu den Kettenfäden 30, so dass die Höhen 32 der Kettenfäden 30 den Anbindungspunkten 35 der Kettenfäden 31 und die Anbindungspunkte 34 der Kettenfäden 30 den Höhen 33 der Kettenfäden 31 gegenüberliegen. Durch Verweben der Kettenfäden 30 und 31 mit den Schussfäden 25 in dieser Art und Weise, wird eine Vielzahl von oberen Kanälen 36 und 37 (bekannt als „Täler") zwischen benachbarten Höhen 32 und benachbarten Höhen 33 entsprechend gebildet. Ähnlich kann eine Vielzahl unterer Kanäle 38 und 39 zwischen benachbarten Anbindungspunkten 34 und Anbindungspunkten 35 gebildet werden.
Des Weiteren, wie am besten in 5 zu sehen ist, können die Schussfäden 25 stärker als die Kettenfäden 30 und 31 verspannt werden, was auch die Gestaltung der Ausbildung der oberen Kanäle 36 und 37 in einem vorbestimmten oder gewünschten Webmuster erleichtert. Da sich die Höhen 32 und 33 der Kettenfäden 30 und 31 über den Schussfäden 25 verlaufen, ist ersichtlich, dass nur Kettenfadenoberflächen 30a an Höhen 32 und Kettenfadenoberflächen 31a an Höhen 33 (siehe 4a) des Reibbelag-Materials 15 das kooperierende Reibungs-Bauteil 18 angreifen. Um den Verschleiß des Reibbelag-Materials 15 zu reduzieren, wird es bevorzugt, die Kettenfäden 30 und 31 so zu positionieren, dass sie im Wesentlichen parallel zur Längsachse 19 ausgerichtet sind (siehe 3 und 4a), was auch die Richtung der Relativbewegung zwischen dem Sperrring 10 und dem kooperierenden Reibungs-Bauteil 18 ist, um den Verschleiß des Reibbelag-Materials 15 zu reduzieren. Es ist zu be achten, dass in einigen Materialien des Stands der Technik Kettenfäden und Schussfäden mit angreifenden Oberflächen auf der' gleichen Ebene vorgesehen sind (siehe 6). Folglich sind zumindest einige Fäden im Wesentlichen normal zur Bewegungsrichtung zwischen den kooperierenden Reibungsbauteilen orientiert. Dies wiederum verursacht einen wachsenden Verschleiß des Materials und/oder des kooperierenden Reibungsbauteils. Es ist außerdem zu beachten, dass, obwohl die Kettenfäden 30 und 31 mit im Wesentlichen linearen Schussfäden 25 verwoben sind, die Kettenfäden im Wesentlichen linear sein können und zwei Sätze von Schussfäden mit ihnen verwebt sein können.
Es ist auch zu beachten, dass eine Schicht eines Klebemittels 20 bevorzugt vorgesehen ist, so dass diese jeweils nur die Anbindungspunkte 34 und 35 der Kettenfäden 30 und 31 berührt. Auf diese Weise sind sowohl die oberen Kanäle 36 und 37 als auch die unteren Kanäle 38 und 39 (siehe 4a) in der Lage, Strömungswege für ein Kühlmittel, wie z. B. Öl, in der Kraft-Übertragungs-Aufnahme-Anordnung zu bilden.
Wie in der Seitenansicht in 4c dargestellt, wird ersichtlich, dass sowohl die oberen Kanäle 36 und 37 als auch die unteren Kanäle 38 und 39 bevorzugt Wände 41 und 42 aufweisen, die sich verjüngen. Es gibt einen Winkel Φ zwischen den Seitenwänden 41 und 42 und den zugehörigen Höhen und Anbindungspunkten der Kettenfäden 30 und 31, wobei der Winkel Φ im Bereich von 20° bis 70° liegt und bevorzugt etwa 45° beträgt. Durch Gestaltung der Kanäle 36 bis 39 in dieser Weise, wird ihr Durchströmen aufgrund der Theorie nach Bernoulli erleichtert.
Des Weiteren hat das Anbinden des Reibbelags 15 an das Reibungsbauteil, wie in 4c zu sehen ist, einen abflachenden Effekt sowohl auf die Höhen 32 und 33 der Kettenfäden 30 und 31 als auch auf deren Tiefpunkte 34 und 35.
Die Schussfäden 25 und die Kettenfäden 30 und 31 werden beide bevorzugt vor und nach dem Weben karbonisiert, wobei das Reibbelag-Material 15 bevorzugt mit Harz getränkt und ausgehärtet wird, um ferner die Schussfäden 25 und die Kettenfäden 30 und 31 in dem vorbestimmten oder gewünschten Webmuster zu befestigen. Geradeso wird das Reibbelag-Material 15 die Querverbindung zwischen den oberen Kanälen 36 und den unteren Kanälen 37 bei Aufrechterhaltung der gewünschten Festigkeitsmerkmale überhaupt beibehalten, falls das aufgetragene Harz einen Anteil von etwa 35 bis 50 % des Reibbelag-Materials 15 ausmacht.
Bezüglich der Gestaltung der Schussfäden 25 und der Kettenfäden 30 und 31 hat sich herausgestellt, dass zumindest neun (9) Garnumdrehungen pro Zoll eine geeignete Texturbeschaffenheit des Reibbelag-Materials 15 liefern. Auf diese Weise werden deren obere Kanäle 36 und 37 und untere Kanäle 38 und 39 ausgeprägter, wodurch die Durchströmfähigkeit des Kühlmittels anwächst. Um bei den Schussfäden 25 und den Kettenfäden 30 und 31 neun Garnumdrehungen pro Zoll zu erreichen, ist es ersichtlich, dass ein Winkel θ, der zwischen jeder Fasern 26 und einer Längsachse 28 besteht (siehe 4b) von ungefähr 27° für ein Garn mit einem Durchmesser von 0,018 Zoll besteht. Da eine direkte Beziehung zwischen dem Winkel 0 und den Garnumdrehungen pro Zoll besteht, ist es ersichtlich, dass der Winkel 0 anwächst, wenn die Garnumdrehungen pro Zoll wachsen. Somit liefert ein Winkel von 27° oder mehr für die Fasern eines jeden Fadens folglich den gewünschten Texturaufbau für das Reibbelag-Material 15, als auch eine Strangstärke, die wünschenswerter weise vor Drucklasten schützt.
Es ist ebenfalls ersichtlich, dass die Fasern 26 der Kettenfäden 30 und 31 während der Fadenherstellung aufgrund ihrer Streckung in karbonisierten Zustand an verschiedenen Stellen brechen werden. Entsprechend haben diese Fasern 26 einen Abstand von etwa ¼ bis zu ½ Zoll zwi schen den Bruchstellen 27 (siehe 4c). Diese Gestaltung ermöglicht es, dass Wärme durch die Länge des Fadens über die Fasern 26 zu den Bruchstellen 27 geleitet wird, woraufhin die Wärme an das Kühlmittel, das in den unteren Kanälen 38 und 39 enthalten ist, überführt werden kann.
Ein anderer Vorzug der hier beschriebenen Ausführung ist es, Kettenfäden 30 und 31 mit Schussfäden 25 so zu verweben, dass die Höhen 32 und 33 der Kettenfäden 30 und 31 einen größtmöglichen Oberflächenbereich über dem Reibbelag-Material 15 einnehmen. Eine Möglichkeit solche Oberflächenbereiche zu vergrößern ist es, die Kettenfäden 30 und 31 über mehr aneinander liegende Schussfäden 25 zu weben, als die Anzahl der aneinander liegenden Schussfäden unter die sie gewebt sind. Beispielsweise können die Kettenfäden 30 und 31 über wenigstens zwei aneinander liegende Schussfäden 25 und unter wenigstens einen weniger angrenzenden Schussfaden 25 gewebt werden, um ein satingewebtes Gewebe (siehe zum Beispiel die Krähenfuss-Satinwebung der 7, in der die dunkleren Abschnitte die Höhen 32 und die weißen Abschnitte die Täler 36 und 37 repräsentieren). Dieser Webtyp schafft rechteckige Höhen eines vergrößerten Oberflächengebiets zum Kontaktieren eines kooperierenden Reibungsbauteils, was besonders nützlich bei einem Trockenreibungsbauteil wie Brems- und Kupplungsscheiben ist, wobei eine Verbesserung sowohl der Verschleißfestigkeit als auch der Wärmeleitfähigkeit erreicht wird.
Es ist aber ersichtlich, dass jede Anzahl von Webarten für das Reibbelag-Material 15 genutzt oder vorgesehen werden kann, einschließlich der beispielhaften Webarten, die in 7 dargestellt sind (z. B. Taft, Krähenfuss-Satin, 2 * 2 Basket, 5 HS, 8 HS, Dreher, 2/2 Twill, 2/1 Twill, ungekräuselt, +/- 45° Taft, +/- 45° 8 HS und +/- 45° Krähenfuss-Satin). In der Tat können solche Webarten ausgewählt, gestaltet und eingesetzt werden, um die Größe, Anzahl und Ausrichtung der oberen Kanäle 36 und 37 sowie der unteren Kanäle 38 und 39 und folglich die Strömungswege über dem Reibbelag-Matertal 15 zu steuern. Entsprechend kann die Menge und Geschwindigkeit von Öl und anderen Kühlmitteln, die über das Reibbelag-Material 15 geführt werden, gesteuert werden.
Obwohl Karbon ein bevorzugtes Reibbelag-Material 15 ist, ist ersichtlich, dass Fiberglas, Siliziumkarbid, Kupfer, Keramik, Kevlar, Asbest oder ähnliche Materialien mit der erforderlichen Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Reibungscharakteristik und Verarbeitbarkeit für die geplante Anwendung eingesetzt werden können.
Es ist aus den 15 und 16 außerdem ersichtlich, dass das Reibbelag-Material der vorliegenden Erfindung verschiedene Lagen der Schuss- und Kettenfäden aufweisen kann. Solch eine Mehrlagen-Anordnung verbessert nicht nur die Haltbarkeit des Reibbelag-Materials 15, sondern kann auch innere Kühlungsöffnungen einschließen, die den Durchfluss von Kühlöl oder Luft darin weiter bessern. Insbesondere, wie in 15 zu sehen ist, beinhaltet das Reibbelag-Material 115 Schussfäden in einer sich abwechselnden Anordnung von zwei Lagen – einer Lage – zwei Lagen. Ein erster Satz von Kettenfäden 45 ist über zwei Lagen von Schussfäden 47a und 47b gewebt und unter eine Lage von Schussfäden 50 in gewundener Form gewebt, um so eine Vielzahl von Hochpunkten oder Höhen 52 und Tiefpunkten 54 zu bilden. Ein zweiter Satz von Kettenfäden 55, der zwischen aneinandergrenzenden ersten Kettenfäden 45 positioniert ist, ist in gewundener Form unter zwei Lagen Schussfäden 47a und 47b und über eine Lage Schussfäden 50 (d. h., im Wesentlichen um 90° versetzt zu den ersten Kettenfäden 45) verwebt, um die Hochpunkte oder Höhen 56 und die Tief- oder Anbindungspunkte 58, die bezüglich den Tiefpunkten 54 und Höhen 52 gegenüberliegen, zu bilden. Ein dritter Satz von Kettenfäden 60 ist zwischen zwei Lagen Schussfäden 47a und 47b und abwechselnd über und unter einer Lage von Schussfäden 50 gewebt und bevorzugt zwischen jedem an einander liegenden ersten und zweiten Kettenfäden 45 und 55 angeordnet. Dementsprechend wird eine große Anzahl von oberen Kühlkanälen 65 und unteren Kühlkanälen 70 in dem Reibbelag-Material 115 gebildet. So sind nicht nur obere Kanäle 46 zwischen aneinander liegenden Höhen 52 der ersten Kettenfäden 45 und untere Kanäle 48 zwischen aneinander liegenden Anbindungspunkten 58 der zweiten Kettenfäden 55 zum Ableiten des Ölflusses über sie vorhanden, sondern es können auch innere Kühlöffnungen 65 und 70 zum Durchfluss von Kühlöl oder Luft genutzt werden.
Eine andere Ausführung des Reibbelag-Materials (ausgewiesen mit der Nr. 215) ist in der 16 dargestellt, wobei deren Mehrlagen-Material eingesetzt oder gewebt werden kann, um innere Kühlöffnungen 75 einer vorbestimmten Größe und Gestalt zu beinhalten. Wie hier zu sehen ist, sind viele Lagen von im Wesentlichen linearen Schussfäden 77 in einer im Wesentlichen parallelen Anordnung vorgesehen. Es ist ersichtlich, dass zwei Sätze von Kettenfäden 78 und 80 für jede Lage von Schussfäden 77 vorgesehen sind, wobei die ersten Kettenfäden 78 und die zweiten Kettenfäden 80 in gewundener Form mit den Schussfäden 77 verwebt sind, aber in Juxtaposition zueinander gestellt, so dass ihre Höhen 82 und 84 und Täler 86 und 88 um ungefähr 90° gegenläufig sind. Um relativ weite innere Kühl- oder Flüssigkeitsöffnungen oder Kanäle 75 zu bilden, sind genau festgelegte Stränge (solche, wie 77A und 77B als Phantomzeichnung in 16 dargestellt) von verschiedenen Stellen und Lagen ausgelassen, um die Schaffung von Kühlöffnungen oder Kanälen 75, die eine vorbestimmte Konfiguration aufweisen, zu erleichtern. Dementsprechend können die ersten Kettenfäden 78A, 78B und zweiten Kettenfäden 80A und 80B, die normalerweise mit solchen ausgelassenen Schussfäden 77A und 77B verwebt sind, mit Schussfäden 77 mit einer anderen Lage verwebt werden (z. B. den oberen und unteren Schussfadenlagen L₁ und L₄, wie sie in 16 gezeigt werden). Obwohl die Kettenfäden 78A, 78B, 80A und 80B verwebt mit den oberen und unteren Lagen L₁ und L₄ der Schussfäden 77 gezeigt werden, wobei sie die größtmögliche Höhenausdehnung h der inneren Kühlöffnungen 75 hervorrufen, ist es verständlich, dass Schussfäden 77 jeder vorhandenen Lage ausgelassen werden können, um innere Kühlöffnungen 75 einer mehr oder weniger großen Höhe h zu bilden, so lange wenigstens zwei Lagen von Schuss-Strängen 77 zu Webzwecken verbleiben. Ferner kann jeder Anzahl von aneinander liegenden Schussfäden 77 ausgelassen werden, um der Kühlöffnung 75 eine mehr oder weniger große Breite zu geben. Um das Weben zu vereinfachen, ist es bevorzugt, dass innere Kühlöffnungen oder Kanäle 75 die gleiche Größe und Gestalt aufweisen und sich in symmetrischer Form wiederholen; aber, entsprechend den Anforderungen von besonderen Anordnungen, können sie auch unterschiedlich und asymmetrisch sein.
Noch eine alternative Ausführung für das Reibbelag-Material der vorliegenden Erfindung, die mit der Nummer 315 bezeichnet ist, wird in 17 dargestellt, in der nur eine Vielzahl von im Wesentlichen parallelen Fäden jangezeigt als Schussfäden 25, die aber auch Kettenfäden sein können) in Verbindung mit einer Lage Baumwollgewebe 21 auf dem Sperrring 10 vorgesehen ist. In dieser Anordnung ist es bevorzugt, dass das Baumwollgewebe 21 mit Klebemittel oder Harz getränkt wird (obwohl separate Klebelagen 20a und 20b eingesetzt werden können), wodurch die Fäden 25 hierauf befestigt werden können und das Baumwollgewebe 21 an der inneren, kranzförmigen Wand 12 des Sperrrings 10 befestigt werden kann. Es ist verständlich, dass eine Vielzahl von im Wesentlichen linearen Kanälen 23 zwischen aneinander liegenden Schussfäden 25 geformt wird, die zum Einleiten von Schmier/Kühlflüssigkeit über das Reibbelag-Material 315 eingesetzt werden. Je nach Anwendungsfall ist es verständlich, dass die Kanäle 23 auf einem Reibungsbauteil dergestalt angeordnet sein können, dass sie einen Winkel zwischen 0° und 90° zu der Gleitfläche des Reibungsbauteils aufweisen.
Obwohl das Reibbelag-Material 15 an einer inneren kranzförmigen Wand 12 angeordnet dargestellt ist, hätte es eben so leicht an einer äußeren kranzförmigen Wand 22 eines kooperierenden Reibungsbauteils 18 (siehe 3) angeordnet sein. Überdies, wie in den 8 bis 11 (Stand der Technik), 12B, 13B und 14, kann das Reibbelag-Material 15 mit anderen Typen von Reibungspartnern wie eine Kupplungsscheibe 90, wo es umfänglich um eine Front- oder Rückseite 92 angeordnet ist, eingesetzt werden. Neben der vorliegenden Erfindung gibt es verschiedene Möglichkeiten, ein Reibbelag-Material 15 auf der Oberfläche einer Kupplungsscheibe 92 anzuordnen, wie nicht ineinander greifende Winkelsegmente 94 (siehe 8 Stand der Technik). Diese Anordnung bildet Kanäle 95 zwischen jedem Winkelsegment 94, die, abhängig von der Breite der Kanäle 95, einen größeren Durchfluss des Kühlöls als die Kanäle 36 und 37 ermöglichen können. Alternativ kann das Reibbelag-Material 15 ineinander greifende Winkelsegmente 96 beinhalten, um einen vollständigen Ring rund um die Oberfläche der Kupplungsscheibe 92 zu bilden, wie in der 9 des Stands der Technik zu sehen ist und in dem US-Patent 4,260,047 von Nels offenbart ist. Wie darin zu sehen ist, beinhaltet jedes der ineinander greifenden Segmenten 96 eine Flanscherweiterung 98 an einem ersten Ende und eine Flanschaufnahme 99 an einem zweiten Ende, die miteinander gekoppelt werden können. Die Vorteile des Einsatzes von Winkelsegmenten 94 oder 96 für ein ringförmiges Bauteil wie eine Kupplungsscheibenoberfläche 92 sind, dass es das Material während des Stanzens schützt und es dem Garn ermöglicht, mit der Gegenfläche zu kooperieren, um annähernd parallel zur Eingriffs- und Trennrichtung der Reibungsbauteile zu verbleiben. Dennoch kann das Reibbelag-Material 15 als vollständiger Ring 100 geschnitten (oder gestanzt) werden (siehe 10 Stand der Technik).
Alternativ kann ein Streifen des Reibbelag-Materials 15 als Flachreifen 102 ausgebildet sein, so dass er hochkant auf einer Kupplungsschei benoberfläche 92 abgewickelt werden kann, wie in 11 (Stand der Technik) zu sehen ist. Solch ein Streifen aus Reibbelag-Materials 15 beinhaltet vorzugsweise eine einzelne Flanscherweiterung 104 an einem Ende und eine einzelne Flanschaufnahme 105 an seinem anderen Ende, so dass die Enden des Reifens 102 genau zueinander passen.
Dennoch, gemäß der vorliegenden Erfindung und wie in den 12A und 13A dargestellt, weisen die Streifen 106 und 107 des Reibbelag-Materials 15 darin ausgebildete Kerben 108 oder Einschnitte 109 auf. Dann werden die Streifen 106 und 107, wie in den 12B und 13B zu sehen sind, auf der Kupplungsscheibenoberfläche 92 angeordnet, wodurch die Kerbflächen 108 zusammengefügt oder die Einschnittflächen 109 voneinander getrennt werden. In jedem Fall bilden die Streifen 106 und 107 eine mehreckige Form, die so dimensioniert ist, dass sie auf die Kupplungsscheibenoberfläche 92 passt.
Wie in 14 gezeigt, ist es ersichtlich, dass das Reibbelag-Material mit unterschiedlichen Webbindungen zusammen eingesetzt werden kann. Dort sind Reibbelag-Materialien 110, 111 und 112 mit verschiedenen Webbindungen an eine Oberfläche 92 einer Kupplungsscheibe 90 in Form von nicht ineinander greifenden Winkelsegmenten angebunden. Es ist ersichtlich, dass das Reibbelag-Material 110 die größte Anzahl von Durchflusswegen, die durch die oberen Kanäle 36 und 37 gebildet werden (gekennzeichnet durch die weißen Flächen 116) aufweist und dadurch den größten Kühlmitteldurchfluss zulässt. Das Reibbelag-Material 111 hat einige Durchflusswege, aber weniger als das Reibbelag-Material 110. Schließlich besitzt das Reibbelag-Material 112 keine Ausströmwege. Somit kann das Reibbelag-Material auf das gewünschte Ausmaß des Kühlmittelsdurch- und -abfluss für ein bestimmtes Gebiet zugeschnitten werden. Dies kann noch einen Schritt weiter geführt werden, indem die Reibbelag-Materialien 110, 111 und 112 mit verschiedenen Webbindungen in verschiedenen Lagen radial ausgerichtet wer den, wie in 14 gezeigt ist. Auf diese Weise kann die komplette Steuerung der Fließmerkmale einer vorgegebenen Anmeldung allein durch die Webart und die Anordnung des Reibbelag-Materials gesteuert werden.
Bezugnehmend auf das Herstellungsverfahren des Reibbelag-Materials 15 ist ersichtlich, dass die Schussfäden 25 und die Kettenfäden 30 und 31 bevorzugt zunächst in einem Hochtemperaturofen karbonisiert werden. Danach werden die Schussfäden 25 und die Kettenfäden 30 und 31 in dem für die jeweilige Anwendung vorgesehenen Muster gewebt, so dass die Kanäle 36, 37, 38 und 39 und eventuelle Kühlungsdurchlässe 65, 70 oder 75 gebildet werden, um die notwendigen Durchflusswege zu bilden. Um die gewebten Muster der Schussfäden 25 und Kettenfäden 30 und 31 zu befestigen oder festzulegen, wird das Reibbelag-Material 15 bevorzugt noch einmal in einem Hochtemperaturofen karbonisiert. Zur weiteren Steigerung des Befestigungsprozesses, wird das Reibbelag-Material 15 mit Harz, wie z. B. Phenolharz, getränkt und in einem geeignetem Ausmaß zunächst in einem Ofen und nachfolgend in einem geeigneten Ausmaß während des nachfolgend beschriebenen Bindungsprozesses ausgehärtet.
Wenn die oben beschriebenen Schritte abgeschlossen worden sind, wird, wie bei der Lamination, ein Klebemittel 20 auf die Oberfläche des getränkten Gewebes aufgetragen. Das Reibbelag-Material ist daraufhin zum Ausstanzen bereit, wobei die Streifen aus den Materialrollen ausgeschnitten werden. Zuletzt wird das Reibbelag-Material 15 an ein gewünschtes Reibungsbauteil angebunden, wie z. B. an einem Sperrring 10 oder an einer Kupplungsscheibe 90. Es hat sich herausgestellt, dass eine Stempelmatrize gut geeignet ist, das Reibbelag-Material 15 in seine Position am Sperrring 10 einzudrücken. Beispielsweise kann der Stempel einen Druck in einem Bereich von 50 bis 800 lbs./square inch für annähernd 40 bis 100 Sekunden liefern. Um das Klebemittel 20 und das Phenolharz während dieses Prozesses davor zu schützen, das Reibbelag-Material 15 zu durchfeuchten, da das Klebemittel 2O dazu neigt, zu dem Element, das eine höhere Temperatur aufweist, angezogen zu werden, wird bevorzugt eine Temperaturdifferenz zwischen dem Stempel und dem Gesenk festgelegt (z. B. weist das Gesenk bevorzugt eine Temperatur von ungefähr 550° F auf und der Stempel besitzt eine anfängliche Temperatur von ungefähr 250° F, die zu annähernd 400° F während des Klebezyklus ansteigt, da die Wärme von dem Gesenk durch die Klebstoffschicht und das Reibbelag-Material in den Stempel geleitet wird).
Nachdem die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, wobei darin ein erfinderisches Reibbelag-Material, das Verfahren zur Herstellung des Reibbelag-Materials und ein Reibungsbauteil, das das Reibbelag-Material darauf beinhaltet dargelegt worden sind, ist ersichtlich, dass weitere Adaptionen davon durch entsprechende Modifikationen durch einen Fachmann ausgeführt werden können, ohne von dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Insbesondere ist, obwohl die beschriebenen Ausführungsformen des erfinderischen Reibbelag-Materials bevorzugt Kettenfäden, die mit einer Vielzahl von im Wesentlichen linearen Schussfäden verwebt sind, beinhalten, das Gegenteil hiervon auch in Erwägung gezogen (d. h., dass Schussfäden mit einer Vielzahl von im Wesentlichen linearen Kettenfäden verwoben werden können). Des Weiteren sind die spezifischen Webarten und Materialien, die hier offengelegt wurden, bevorzugte Ausführungsformen, da die Garne auch umsponnen sein können, aber sollten nicht als Einschränkung des Zwecks der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
Es sollte ferner verstanden werden, dass die Erfindung in einer feuchten und trockenen Umgebung angewendet werden kann, wo eine Steuerung eines Flüssigkeitsstroms erforderlich ist und die Kanäle, die durch die vorgegebene Fadenanordnung definiert werden, zum Leiten von Wärme oder Kühlflüssigkeiten verwendet werden können, was Gase und Flüssigkeiten beinhaltet.

Claims

Reibbelag-Material zum Anhaften an ein Reibungsbauteil (10, 92), das die Form eines Streifens (106, 107) aufweist, hergestellt aus einer Vielzahl von verwebten Fäden und angeordnet in einem vorgegebenen Muster, um ein Material auszubilden, welches eine Textur mit einer Vielzahl von Höhen und Tiefpunkten aufweist, wobei das Material mit einem Klebemittel beschichtet bzw. laminiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen eine Vielzahl von Kerben (108) oder Einschnitten (109) aufweist, um den Streifen (106, 107) auf dem Reibungsbauteil (10, 92) anzuformen und anzupassen bzw. zu befestigen.
Reibbelag-Material nach Anspruch 1, wobei der Streifen im Wesentlichen geradlinig ist.
Reibbelag-Material nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kerben (108) so angeordnet sind, dass sie zusammengefügt werden können, um den Streifen (106) auf dem Reibungsbauteil (10, 92) anzuformen und anzupassen bzw. zu befestigen.
Das Reibbelag-Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kerben (108) eine dreieckige Form aufweisen.
Reibbelag-Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Kerben (108) im Allgemeinen eine Sägezahn-Anordnung bildet.
Das Reibbelag-Material nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einschnitte (109) so angeordnet sind, dass sie auseinander gezogen werden können, um den Streifen (107) auf dem Reibungsbauteil (10, 92) anzuformen und anzupassen bzw. zu befestigen.
Reibbelag-Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kerben (108) oder Einschnitte (109) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Verfahren zur Herstellung eines Reibungsbauteils (10, 92), wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: – Bereitstellen eines Reibungsbauteils (10, 92), – Herstellen eines Reibbelag-Materials durch Verweben einer Vielzahl von Fäden in einem bestimmten Muster um so ein Material zu formen, das eine Textur mit einer Vielzahl von Höhen und Tiefpunkten aufweist, – Befestigen der Fäden in der Position, – Beschichten bzw. Laminieren des Materials mit einem Klebemittel, Ausstanzen des Reibbelag-Materials in der Form eines Streifens (106, 107), welcher eine Vielzahl von Kerben (108) oder Einschnitten (109) aufweist, – Biegen des Streifens (106, 107), um den Streifen (106, 107) aus Reibbelag-Material auf dem Reibungsbauteil (10, 92) anzupassen bzw. zu befestigen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Reibbelag-Material in die Streifen (106, 107) gestanzt wird, welcher die Kerben (108) oder die Einschnitte (109) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Streifen (106) so gebogen wird, dass ein erstes Ende des Streifens (106) zu einem zweiten Ende des Streifens (106) gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte beinhaltet: – Anordnen des Reibbelag-Materials (106, 107) auf einem Gesenkt – Pressen des Reibbelag-Materials auf das Reibungsbauteil mit einem Stempel.
Verfahren nach Anspruch 1 1, wobei das Verfahren des Weiteren den Schritt des Erzeugens einer Temperaturdifferenz zwischen dem Gesenk und dem Stempel beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei eine Vielzahl von Kerben (108) eine generelle Sägezahn-Anordnung bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Vielzahl von Kerben (108) jeweils eine dreieckige Form aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Kerben (108) durch Biegen des Streifens (106) zusammengefügt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Einschnitte (109) durch Biegen des Streifens (107) auseinander gezogen werden. – .
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei die Kerben (108) oder Einschnitte (109) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, wobei das Reibungsbauteil eine Kupplungsscheibe (92) beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, wobei das Reibungsbauteil einen Sperrring (10) beinhaltet.