WO2013156244A2 - Gegenfläche einer reibpaarung - Google Patents

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WO2013156244A2
WO2013156244A2 PCT/EP2013/055944 EP2013055944W WO2013156244A2 WO 2013156244 A2 WO2013156244 A2 WO 2013156244A2 EP 2013055944 W EP2013055944 W EP 2013055944W WO 2013156244 A2 WO2013156244 A2 WO 2013156244A2
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Stefan Steinmetz
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
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    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D2069/003—Selection of coacting friction materials

Definitions

  • the invention relates to a mating surface of a friction mating, which comprises a friction surface which is frictionally connected to the mating surface during operation of the friction mating for torque transmission or is connected.
  • German Offenlegungsschrift DE 29 23 051 A1 discloses a heat-curable adhesive for bonding brake linings containing graphite. From the translation DE 697 29 939 T2 of the European patent specification EP 0 892 896 B1 friction materials with structured surfaces for use in clutch plate elements, brake linings, transmissions and the like are known. From the German patent application DE 196 26 686 A1 a clutch disc with friction elements is known, which are designed as so-called pads and adhered to a carrier.
  • the object of the invention is to reduce an undesired occurrence of local temperature maxima in the operation of a friction pairing, which comprises a friction surface which is frictionally connectable to a counter surface for torque transmission.
  • a mating surface of a friction pairing which comprises a friction surface which is frictionally connected to the counter surface or connected during operation of the friction pair, achieved in that the counter surface is provided with a heat dissipation coating having a much greater thermal conductivity than a Carrier material, on which the heat-removal coating is applied.
  • the friction surface is formed for example on a clutch disc and preferably provided with an organic friction lining.
  • the counter surface is formed, for example, of metal.
  • the heat conduction in frictional contact can be significantly accelerated by the heat dissipation coating. As a result, the life of the friction pair can be extended. About the heat removal coating occurring at local friction heat energy can be dissipated as quickly as possible. As a result, an undesirable increase in the surface temperature can be stopped or reduced. This prevents damage to the surface and significantly expands the thermal limits of the system.
  • the friction process can be understood as a heat pulse which is highly dynamic and, in the case of unfavorable heat technical characteristics of the friction partners causes a heat accumulation, which in turn leads to the undesirably high temperatures.
  • the undesirable increase in temperatures can be avoided or reduced according to an essential aspect of the invention, if with the same dynamics with which the thermal energy is introduced, the heat energy is dissipated via the heat-removal coating in areas with high heat capacity.
  • the high conductivity heat removal coating can significantly increase the dynamic local heat dissipation at the mating surface.
  • the available heat exchange volume or the available heat exchange surface can be increased on the part of the friction partner with the counter surface, whereby the heat transfer per unit time is increased.
  • a preferred embodiment of the mating surface is characterized in that the carrier material is formed from a metallic material.
  • the carrier material is formed, for example, from steel or cast iron.
  • steel has a thermal conductivity of 48 to 58 watts per meter times Kelvin.
  • the thermal conductivity of the heat-removal coating according to the invention is preferably a multiple of the thermal conductivity of steel.
  • an aluminum nitride heat sink coating has a thermal conductivity of 180 watts per meter times Kelvin.
  • a heat transfer coating made of carbon (graphite) has a thermal conductivity of 1 19 to 165 watts per meter times Kelvin.
  • a DLC (diamond-like-carbon) coating has a thermal conductivity of 1,100 watts per meter times Kelvin.
  • a heat dissipation coating with a thermal conductivity of 6,000 watts per meter times Kelvin can be represented.
  • a further preferred embodiment of the mating surface is characterized in that the heat-removal coating comprises a nitride layer and / or a carbon-like layer, such as a DLC (Diamond Like Carbon) layer.
  • a disengaging device for a shift disconnect clutch with a sliding element and an annular flange which is provided with a DLC coating.
  • a coupling arrangement with a cover bearing is known which comprises a bearing body which is provided with a wear-inhibiting DLC coating.
  • the heat-removal coating according to the invention is used to reduce the surface temperature during frictional contact.
  • a further preferred exemplary embodiment of the mating surface is characterized in that the heat-removal coating comprises a metallic coating material which has a significantly greater thermal conductivity than the carrier material to which the heat-removal coating is applied.
  • the metallic coating material has a thermal conductivity that is about three to six times greater than the thermal conductivity of steel.
  • a further preferred embodiment of the mating surface is characterized in that the metallic coating material contains aluminum and / or copper.
  • the aluminum and / or copper is preferably in the form of an alloy.
  • aluminum has a thermal conductivity of 236 watts per meter times Kelvin.
  • copper has a thermal conductivity of 240 to 280 watts per meter times Kelvin.
  • a further preferred exemplary embodiment of the mating surface is characterized in that the heat-removal coating comprises a coating material which can absorb heat energy by phase transitions and release it with a time delay.
  • a coating material may also be referred to as latent heat storage (phase-changed material).
  • phase-changed material phase-changed material
  • the heat-removal coating has a thickness of at least 10 microns, preferably about 20 microns. These values have proven to be particularly advantageous in the context of the present invention.
  • a further preferred embodiment of the mating surface is characterized in that the mating surface is provided with the heat dissipation coating on a counter-blade of a wet-running clutch system or on a pressure plate, a central plate and / or a secondary flywheel of a dry-running clutch system.
  • the heat-removal coating according to the invention has proven to be advantageous both in dry-running and in wet-running coupling systems.
  • a further preferred embodiment of the mating surface is characterized in that the mating surface and / or the heat-removal coating has an enlarged surface have / has. Due to the enlarged surface, the available heat exchange surface is increased.
  • the heat exchange surface can be increased, for example, by the morphology of the layer structure itself.
  • the heat exchange surface can also be increased by an appropriate pre-treatment, such as sandblasting.
  • the invention further relates to a Kupplungsreibpartner with a counter surface described above.
  • Figure 1 is a Cartesian coordinate diagram in which a frictional power curve
  • Figure 2 is a simplified sectional view of a counter-blade with a heat dissipation coating according to the invention.
  • the invention generally relates to clutches, in particular starting clutches, which can be designed both dry and wet running.
  • a transmission side and a motor side are basically synchronized to allow a torque transmission from the engine side, which is also referred to as the drive side, to an output side.
  • the clutch comprises two friction partners, which constitute a friction pairing.
  • One of the friction partners is equipped with a friction surface, which can be represented by preferably organic friction linings.
  • the other friction partner is formed, for example, of a metallic material and provided with a mating surface which is frictionally connected with the friction surface for torque transmission.
  • the friction surface and the counter surface are pressed together by contact forces.
  • FIG. 1 shows a Cartesian coordinate diagram of an x-axis 1 and a y-axis 2.
  • the time is plotted in a suitable unit of time.
  • a speed in turns per unit time is plotted.
  • the course of a differential speed between the transmission side and the engine side is indicated by a dashed line 4.
  • a friction power in a suitable power unit is plotted on the y-axis 2.
  • the course of the friction over time is indicated by a curve 5.
  • the differential speed 4 drops from a maximum value at the beginning of the synchronization to zero at the end of the synchronization.
  • a dash 6 the time is indicated at which the synchronization is completed.
  • the engine speed corresponds to the transmission speed, that is, the differential speed is zero.
  • Frictional power also quickly reaches a maximum value.
  • the friction is largely converted into heat and is discharged depending on the thermal behavior of the friction partners on this.
  • the dynamics of this heat dissipation or the thermal-physical data of the friction partners determine, in addition to the available friction surface or the direct, true contact surface between the friction surface and the counter surface, the surface temperature which is reached during a switching operation.
  • the efficiency of a friction system is essentially limited by the load-dependent temperature in frictional contact.
  • the friction lining material is the limiting component in both dry and wet-running systems.
  • high surface friction caused by high friction can, for example, cause thermal decomposition of a binder that may be part of the friction linings. Such thermal decomposition of the binder can lead to a spontaneous decrease in the coefficient of friction.
  • a high friction loss leads among other things to a so-called glazing (glazing) of a wet running surface.
  • glazing glazing
  • the comfort properties, in particular the friction properties, of the wet running lining deteriorate irreversibly.
  • a high friction loss can lead to a disproportionate increase in wear and thus to a reduction in cooling groove depths. This in turn can lead to a complete destruction of the lining and thus to a system failure.
  • a basic idea of the invention is to dissipate the heat energy occurring at local friction points as quickly as possible. This is to a too strong, harmful increase in the surface temperature can be reduced. Thus, the thermal limits of the system can be significantly expanded.
  • the rubbing process is understood as a heat pulse which is highly dynamic and, in the case of unfavorable thermal characteristics of the friction partners, causes heat build-up, which in turn generates high temperatures.
  • the increase in temperature is avoided or reduced according to an essential aspect of the invention by dissipating the heat energy into regions of high heat capacity with the same dynamics with which the heat energy is introduced.
  • a counter-blade 10 is shown simplified with a mating surface 12 in section.
  • the counter-blade 10 comprises a metallic carrier material 15.
  • a heat-dissipating coating 20 is applied to the metallic carrier material 15.
  • the heat-removal coating 20 has a thickness of twenty microns.
  • the heat-removal coating 20 has a very high thermal conductivity.
  • the thermal conductivity is a thermal parameter that influences the dynamics of heat dissipation.
  • the heat capacity of a material describes the storable in a material
  • the heat-dissipating coating 20 can keep the oil film thickness constant through better heat dissipation. As a result, a constant friction behavior can be achieved.
  • the higher local dynamic heat dissipation is realized by the heat dissipation coating 20.
  • the heat-removal coating 20 has a significantly higher thermal conductivity than steel or cast iron.
  • the letters DLC stand for Diamond-Like-Carbon.
  • the coatings known from other applications are used selectively in accordance with an essential aspect of the invention in order to increase the thermal conductivity at the mating surface 12 and to reduce the surface temperatures during frictional contact.
  • the heat-removal coating 20 can also be designed as a metallic coating.
  • metallic coating preferably aluminum or copper or their alloys are used.
  • Support material 15 are disposed below the heat-removal coating 20. It is indicated by the rectangles 31 to 33 that larger volume elements with higher heat capacity can be represented by the heat removal coating 20 according to the invention in relation to the local friction points 21 to 23.
  • the substrate 15 is In the example shown, this is steel. Alternatively, a casting material can also be used as carrier material 15.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gegenfläche einer Reibpaarung, die eine Reibfläche umfasst, die im Betrieb der Reibpaarung zur Drehmomentübertragung reibschlüssig mit der Gegenfläche verbindbar ist beziehungsweise verbunden wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Gegenfläche mit einer Wärmeabfuhrbeschichtung versehen ist, die eine deutlich größere Wärmeleitfähigkeit als ein Trägermaterial aufweist, auf das die Wärmeabfuhrbeschichtung aufgebracht ist.

Description

Gegenfläche einer Reibpaarung
Die Erfindung betrifft eine Gegenfläche einer Reibpaarung, die eine Reibfläche umfasst, die im Betrieb der Reibpaarung zur Drehmomentübertragung reibschlüssig mit der Gegenfläche verbindbar ist beziehungsweise verbunden wird.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 29 23 051 A1 ist ein hitzeerhärtbares Klebemittel zur Verklebung von Bremsbelägen bekannt, die Graphit enthalten. Aus der Übersetzung DE 697 29 939 T2 der europäischen Patentschrift EP 0 892 896 B1 sind Reibungsmaterialien mit strukturierten Oberflächen zur Verwendung in Kupplungsplattenelementen, Bremsbelägen, Getrieben und dergleichen bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 26 686 A1 ist eine Kupplungsscheibe mit Reibelementen bekannt, die als so genannte Pads ausgeführt und auf einen Träger aufgeklebt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein unerwünschtes Auftreten von lokalen Temperaturmaxima im Betrieb einer Reibpaarung, die eine Reibfläche umfasst, die zur Drehmomentübertragung reibschlüssig mit einer Gegenfläche verbindbar ist, zu reduzieren.
Die Aufgabe ist bei einer Gegenfläche einer Reibpaarung, die eine Reibfläche umfasst, die im Betrieb der Reibpaarung zur Drehmomentübertragung reibschlüssig mit der Gegenfläche verbindbar ist beziehungsweise verbunden wird, dadurch gelöst, dass die Gegenfläche mit einer Wärmeabfuhrbeschichtung versehen ist, die eine deutlich größere Wärmeleitfähigkeit als ein Trägermaterial aufweist, auf das die Wärmeabfuhrbeschichtung aufgebracht ist. Die Reibfläche ist zum Beispiel an einer Kupplungsscheibe ausgebildet und vorzugsweise mit einem organischen Reibbelag versehen. Die Gegenfläche ist zum Beispiel aus Metall gebildet. Durch die erfindungsgemäße Wärmeabfuhrbeschichtung mit der großen Wärmeleitfähigkeit kann die Oberflächentemperatur beim Herstellen des Reibschlusses abgesenkt werden, weil die beim Herstellen des Reibschlusses auftretende Wärme schneller abgeführt wird. Die Wärmeleitung im Reibkontakt kann durch die Wärmeabfuhrbeschichtung signifikant beschleunigt werden. Dadurch kann die Lebensdauer der Reibpaarung verlängert werden. Über die Wärmeabfuhrbeschichtung kann die an lokalen Reibstellen auftretende Wärmeenergie schnellstmöglich abgeführt werden. Dadurch kann ein unerwünschter Anstieg der Oberflächentemperatur gestoppt oder vermindert werden. Dadurch können Beschädigungen der Oberfläche vermieden und die thermischen Grenzen des Systems deutlich erweitert werden. Der Reibvorgang kann als Wärmeimpuls verstanden werden, der hochdynamisch ist und im Fall ungünstiger wärme- technischer Kennwerte der Reibpartner einen Wärmestau verursacht, der wiederum zu den unerwünscht hohen Temperaturen führt. Der unerwünschte Anstieg der Temperaturen kann gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung vermieden oder reduziert werden, wenn mit der gleichen Dynamik, mit der die Wärmeenergie eingetragen wird, die Wärmeenergie über die Wärmeabfuhrbeschichtung in Bereiche mit hoher Wärmekapazität abgeführt wird. Durch die Wärmeabfuhrbeschichtung mit der hohen Leitfähigkeit kann die dynamische lokale Wärmeableitung an der Gegenfläche merklich erhöht werden. Darüber hinaus kann das zur Verfügung stehende Wärmeaustauschvolumen beziehungsweise die zur Verfügung stehende Wärmeaustauschfläche auf Seiten des Reibpartners mit der Gegenfläche erhöht werden, wodurch der Wärmetransport pro Zeiteinheit gesteigert wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gegenfläche ist dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist. Das Trägermaterial ist zum Beispiel aus Stahl oder aus Guss gebildet. Stahl hat beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit von 48 bis 58 Watt pro Meter mal Kelvin. Die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäßen Wärmeabfuhrbeschichtung beträgt vorzugsweise ein Vielfaches der Wärmeleitfähigkeit von Stahl. Eine Wärmeabfuhrbeschichtung aus Aluminiumnitrid hat zum Beispiel eine Wärmeleitfähigkeit von 180 Watt pro Meter mal Kelvin. Eine Wärmeabfuhrbeschichtung aus Kohlenstoff (Graphit) hat eine Wärmeleitfähigkeit von 1 19 bis 165 Watt pro Meter mal Kelvin. Eine DLC(Diamond- Like-Carbon)-Beschichtung hat zum Beispiel eine Wärmeleitfähigkeit von 1.100 Watt pro Meter mal Kelvin. Mit Kohlenstoffnanoröhren kann zum Beispiel eine Wärmeabfuhrbeschichtung mit einer Wärmeleitfähigkeit von 6.000 Watt pro Meter mal Kelvin dargestellt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gegenfläche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhrbeschichtung eine Nitridschicht und/oder eine kohlenstoffähnliche Schicht, wie eine DLC(Diamond-Like-Carbon)-Schicht, umfasst. Die Verwendung derartiger Beschichtungen zur Reibungsreduzierung oder zum Verschleißschutz in Zusammenhang mit Lagerelementen oder Gleitelementen ist an sich bekannt. So ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 062 586 A1 eine Ausrückvorrichtung für eine Schalttrennkupplung mit einem Gleitelement und einem Ringflansch bekannt, der mit einer DLC-Beschichtung versehen ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 201 1 016 996 A1 ist eine Kupplungsanordnung mit einem Deckellager bekannt, das einen Lagerkörper umfasst, der mit einer verschleißhemmenden DLC-Beschichtung versehen ist. Im Unterschied dazu wird die erfindungsgemäße Wärmeabfuhrbeschichtung zur Reduzierung der Oberflächentemperatur beim Reibkontakt genutzt. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gegenfläche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhrbeschichtung ein metallisches Beschichtungsmaterial umfasst, das eine deutlich größere Wärmeleitfähigkeit als das Trägermaterial aufweist, auf das die Wärmeabfuhrbeschichtung aufgebracht ist. Das metallische Beschichtungsmaterial hat zum Beispiel eine Wärmeleitfähigkeit, die etwa drei bis sechsmal so groß wie die Wärmeleitfähigkeit von Stahl ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gegenfläche ist dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Beschichtungsmaterial Aluminium und/oder Kupfer enthält. Das Aluminium und/oder Kupfer liegt vorzugsweise in Form einer Legierung vor. Aluminium hat zum Beispiel eine Wärmeleitfähigkeit von 236 Watt pro Meter mal Kelvin. Kupfer hat zum Beispiel eine Wärmeleitfähigkeit von 240 bis 280 Watt pro Meter mal Kelvin.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gegenfläche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhrbeschichtung ein Beschichtungsmaterial umfasst, das durch Phasenumwandlungen Wärmeenergie aufnehmen und zeitverzögert abgeben kann. Ein derartiges Beschichtungsmaterial kann auch als Latentwärmespeicher (Phase-changed-Material) bezeichnet werden. Bei der Verwendung eines derartigen Beschichtungsmaterials wird der physikalische Effekt ausgenutzt, dass die Temperatur während einer Phasenumwandlung konstant bleibt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gegenfläche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhrbeschichtung eine Dicke von mindestens 10 Mikrometer umfasst, vorzugsweise etwa 20 Mikrometer. Diese Werte haben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gegenfläche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche mit der Wärmeabfuhrbeschichtung an einer Gegenlamelle eines nasslaufenden Kupplungssystems oder an einer Anpressplatte, einer Zentralplatte und/oder einer Sekundärschwungscheibe eines trockenlaufenden Kupplungssystems vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Wärmeabfuhrbeschichtung hat sich sowohl in trockenlaufenden als auch in nasslaufenden Kupplungssystemen als vorteilhaft erwiesen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gegenfläche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche und/oder die Wärmeabfuhrbeschichtung eine vergrößerte Oberfläche aufweisen/aufweist. Durch die vergrößerte Oberfläche wird die zur Verfügung stehende Wärmeaustauschfläche erhöht. Die Wärmeaustauschfläche kann zum Beispiel durch die Morphologie der Schichtstruktur selbst erhöht werden. Die Wärmeaustauschfläche kann aber auch durch eine entsprechende Vorbehandlung, wie Sandstrahlen, erhöht werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Kupplungsreibpartner mit einer vorab beschriebenen Gegenfläche.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
Figur 1 ein kartesisches Koordinatendiagramm, in welchem eine Reibleistungskurve
dargestellt ist und
Figur 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Gegenlamelle mit einer erfindungsgemäßen Wärmeabfuhrbeschichtung.
Die Erfindung betrifft allgemein Kupplungen, insbesondere Anfahrkupplungen, die sowohl trocken- als auch nasslaufend ausgeführt sein können. Bei einem Kupplungsvorgang werden grundsätzlich eine Getriebeseite und eine Motorseite synchronisiert, um eine Drehmomentübertragung von der Motorseite, die auch als Antriebsseite bezeichnet wird, auf eine Abtriebsseite zu ermöglichen.
Zu diesem Zweck umfasst die Kupplung zwei Reibpartner, die eine Reibpaarung darstellen. Einer der Reibpartner ist mit einer Reibfläche ausgestattet, die durch vorzugsweise organische Reibbeläge dargestellt werden kann. Der andere Reibpartner ist zum Beispiel aus einem metallischen Material gebildet und mit einer Gegenfläche versehen, die zur Drehmomentübertragung reibschlüssig mit der Reibfläche verbunden wird. Zur Drehmomentübertragung werden die Reibfläche und die Gegenfläche durch Anpresskräfte zusammengedrückt.
Die Synchronisation einer Getriebe- und einer Motordrehzahl wird physikalisch durch einen Reibvorgang erreicht. In Abhängigkeit von Drehzahl und Reibmoment ergibt sich über den Synchronisationsvorgang eine Reibleistungskurve, wie sie in Figur 1 dargestellt ist. ln Figur 1 ist ein kartesisches Koordinatendiagramm einer x-Achse 1 und einer y-Achse 2 dargestellt. Auf der x-Achse 1 ist die Zeit in einer geeigneten Zeiteinheit aufgetragen. Auf der y-Achse 2 ist eine Drehzahl in Umdrehungen pro Zeiteinheit aufgetragen. Der Verlauf einer Differenzdrehzahl zwischen der Getriebeseite und der Motorseite ist durch eine gestrichelte Linie 4 angedeutet. Auf der y-Achse 2 ist des Weiteren eine Reibleistung in einer geeigneten Leistungseinheit aufgetragen. Der Verlauf der Reibleistung über der Zeit ist durch eine Kurve 5 angedeutet.
Die Differenzdrehzahl 4 fällt von einem Maximalwert zu Beginn der Synchronisation auf Null am Ende der Synchronisation ab. Durch einen Strich 6 ist der Zeitpunkt angedeutet, an dem die Synchronisation abgeschlossen ist. Zu dem Zeitpunkt 6 entspricht die Motordrehzahl der Getriebedrehzahl, das heißt, die Differenzdrehzahl ist Null.
Zu Beginn der Synchronisation, also bei maximaler Differenzdrehzahl, erreicht die
Reibleistung ebenfalls schnell einen Maximalwert. Die Reibleistung wird zum großen Teil in Wärme umgewandelt und wird je nach thermischem Verhalten der Reibpartner über diese abgeführt.
Die Dynamik dieser Wärmeabführung beziehungsweise die thermisch-physikalischen Daten der Reibpartner bestimmen neben der zur Verfügung stehenden Reibfläche beziehungsweise der direkten, wahren Kontaktfläche zwischen der Reibfläche und der Gegenfläche die Oberflächentemperatur, die während eines Schaltvorgangs erreicht wird. Die Leistungsfähigkeit eines Reibsystems wird im Wesentlichen von der lastfallabhängigen Temperatur im Reibkontakt begrenzt.
Bei herkömmlichen Reibsystemen stellt das Reibbelagsmaterial sowohl in trockenen als auch in nasslaufenden Systemen die limitierende Komponente dar. Bei trockenlaufenden Systemen kann eine durch hohe Reibleistung verursachte hohe Oberflächentemperatur zum Beispiel zu einer thermischen Zersetzung eines Bindemittels führen, das Bestandteil der Reibbeläge sein kann. Eine solche thermische Zersetzung des Bindemittels kann zu einem spontanen Abfall des Reibwerts führen.
Bei nasslaufenden Systemen führt eine hohe Reibleistung unter anderem zu einem so genannten Verglasen (Glazing) eines Nasslaufbelages. Dadurch verschlechtern sich die Komforteigenschaften, insbesondere die Reibeigenschaften, des Nasslaufbelages irreversibel. Im Extremfall kann eine hohe Reibleistung zu einem überproportionalen Anstieg des Verschleißes und damit zur Reduzierung von Kühlnuttiefen führen. Das wiederum kann zu einer völligen Zerstörung des Belages und damit zu einem Systemausfall führen.
Ein Grundgedanke der Erfindung ist es, die an lokalen Reibstellen auftretende Wärmeenergie schnellstmöglich abzuführen. Dadurch soll ein zu starker, schädlicher Anstieg der Oberflächentemperatur reduziert werden. So können die thermischen Grenzen des Systems wesentlich erweitert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Reibvorgang als Wärmeimpuls verstanden, der hoch dynamisch ist und im Fall ungünstiger wärmetechnischer Kennwerte der Reibpartner einen Wärmestau verursacht, der wiederum hohe Temperaturen erzeugt. Der Anstieg der Temperatur wird gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung vermieden oder reduziert, indem mit der gleichen Dynamik, mit der die Wärmeenergie eingetragen wird, die Wärmeenergie in Bereiche mit hoher Wärmekapazität abgeführt wird.
In Figur 2 ist eine Gegenlamelle 10 mit einer Gegenfläche 12 vereinfacht im Schnitt dargestellt. Die Gegenlamelle 10 umfasst ein metallisches Trägermaterial 15. Auf dem metallischen Trägermaterial 15 ist gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung eine Wärmeab- fuhrbeschichtung 20 aufgebracht. Die Wärmeabfuhrbeschichtung 20 hat eine Dicke von zwanzig Mikrometern.
Durch Pfeile sind lokale Reibstellen 21 , 22, 23 mit einem hohen Wärmeenergieeintrag angedeutet. Zum Abführen der Wärme an den lokalen Reibstellen 21 bis 23 hat die Wärmeabfuhrbeschichtung 20 eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit ist eine thermische Kenngröße, welche die Dynamik der Wärmeableitung beeinflusst.
Die Wärmekapazität eines Materials beschreibt die in einem Material speicherbare
Wärmemenge. Je höher diese ist, umso geringer fällt, bei vergleichbaren Massen, die mit einem Wärmeenergieeintrag verbundene Temperaturerhöhung aus. In der folgenden Tabelle sind die Wärmeleitfähigkeit Lambda in Watt pro Meter mal Kelvin und die Wärmekapazität in Joule pro Kilogramm mal Kelvin bei zwanzig Grad Celsius aufgelistet:
Stahl λ = 48-58 W/m*K460-540 J/kg*K Kohlenstoff (Graphit) λ = 1 19-165 W/m*K 715 J/kg*K
Kohlenstoffnanoröhren λ = 6.000
Aluminiumnitrid λ = 180 W/m*K 700-760 J/kg*K
DLC-Beschichtung λ = 1 .100 W/m*K 500 J/kg*K
Durch die Erhöhung der lokalen dynamischen Wärmeableitung werden so genannte Hot- Spots reduziert. Dadurch können die Reibmaterialien vor zu hohen Temperaturen geschützt werden. Im Fall von nasslaufenden Anwendungen kann durch die Warmeabfuhrbeschichtung 20 die Ölfilmdicke durch bessere Wärmeableitung konstant gehalten werden. Dadurch kann ein konstantes Reibverhalten erreicht werden.
Die höhere lokale dynamische Wärmeableitung wird durch die Wärmeabfuhrbeschichtung 20 realisiert. Die Wärmeabfuhrbeschichtung 20 hat eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als Stahl oder Guss. Für die Wärmeabfuhrbeschichtung 20 kommen Beschichtungen aus dem Bereich der Nitride und kohlenstoffähnliche Beschichtungen, wie DLC-Beschichtungen, in Frage.
Die Buchstaben DLC stehen für Diamond-Like-Carbon. Die aus anderen Anwendungen bekannten Beschichtungen werden gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung gezielt verwendet, um die Wärmeleitfähigkeit an der Gegenfläche 12 zu erhöhen und die Oberflächentemperaturen beim Reibkontakt zu reduzieren.
Die Wärmeabfuhrbeschichtung 20 kann auch als metallische Beschichtung ausgeführt sein. Zur metallischen Beschichtung werden vorzugsweise Aluminium oder Kupfer beziehungsweise deren Legierungen verwendet.
In Figur 2 sind durch gestrichelte Linien Rechtecke 31 , 32, 33 angedeutet, die in dem
Trägermaterial 15 unterhalb der Wärmeabfuhrbeschichtung 20 angeordnet sind. Durch die Rechtecke 31 bis 33 wird angedeutet, dass durch die erfindungsgemäße Wärmeabfuhrbeschichtung 20 im Verhältnis zu den lokalen Reibstellen 21 bis 23 größere Volumenelemente mit höherer Wärmekapazität dargestellt werden können. Bei dem Trägermaterial 15 handelt es sich im dargestellten Beispiel um Stahl. Alternativ kann als Trägermaterial 15 auch ein Gussmaterial verwendet werden.
Bezugszeichenliste x-Achse
y-Achse
gestrichelte Linie
Kurve
Strich
Gegenlamelle
Gegenfläche
Trägermaterial
Wärmeabfuhrbeschichtung
lokale Reibstelle
lokale Reibstelle
lokale Reibstelle
Rechteck
Rechteck
Rechteck

Claims

Patentansprüche
1 . Gegenfläche einer Reibpaarung, die eine Reibfläche umfasst, die im Betrieb der Reibpaarung zur Drehmomentübertragung reibschlüssig mit der Gegenfläche (12) verbindbar ist beziehungsweise verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (12) mit einer Wärmeabfuhrbeschichtung (20) versehen ist, die eine deutlich größere Wärmeleitfähigkeit als ein Trägermaterial (15) aufweist, auf das die Wärmeabfuhrbeschichtung (20) aufgebracht ist.
2. Gegenfläche nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (15) aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist.
3. Gegenfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhrbeschichtung (20) eine Nitridschicht und/oder eine kohlenstoffähnliche Schicht, wie eine DLC(Diamond-Like-Carbon)-Schicht, umfasst.
4. Gegenfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhrbeschichtung (20) ein metallisches Beschichtungsmaterial umfasst, das eine deutlich größere Wärmeleitfähigkeit als das Trägermaterial aufweist, auf das die Wärmeabfuhrbeschichtung (20) aufgebracht ist.
5. Gegenfläche nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Beschichtungsmaterial Aluminium und/oder Kupfer enthält.
6. Gegenfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhrbeschichtung (20) ein Beschichtungsmaterial umfasst, das durch Phasenumwandlungen Wärmeenergie aufnehmen und zeitverzögert abgeben kann.
7. Gegenfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhrbeschichtung (20) eine Dicke von mindestens 10 Mikrometer umfasst, vorzugsweise etwa 20 Mikrometer.
8. Gegenfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (12) mit der Wärmeabfuhrbeschichtung (20) an einer Gegenlamelle (10) eines nasslaufenden Kupplungssystems oder an einer Anpressplatte, einer Zentralplatte und/oder einer Sekundärschwungscheibe eines trockenlaufenden Kupplungssystems vorgesehen ist.
Gegenfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (12) und/oder die Wärmeabfuhrbeschichtung (20) eine vergrößerte Oberfläche aufweisen/aufweist.
Kupplungsreibpartner mit einer Gegenfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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