DE2340464C2 - Reibelement für Öllauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Reibelement für öllauf tür Kraftübertragung zwischen beweglichen Teilen, Ivie in Kupplungen oder automatischen Getrieben, ias aus Trägermaterial und darauf aufgebrachter Reibschicht aus organisch gebundenem Fasermaterial kesteht.

Es ist bekannt, Kupplungselemente, zum Beispiel lür automatische Getriebe aus einem Metallträger Und einer darauf fixierten Reibschicht aufzubauen. Der Metallträger kann dabei aus Stahl, die Reibtchicht aus einem Asbestpapier, das mit einem Phe-Bolformaldehydharz getränkt wurde, bestehen, und In der Regel ist die Reibschicht mit einem Kleber ♦uf dem Trägermaterial befestigt. Derartige Reibtlemente zeigen unter Normalbelastung ausreichende Betriebseigenschaften, lassen jedoch ein Nachlassen <Ier Leistung bei höheren Belastungen erkennen. Die Ursache liegt in den in der Reibfläche auftretenden Spitzentemperaturen, insbesondere während starker Beanspruchung. Es findet hier eine thermische Zertetzung der organischen Bestandteile des Reibmaterials statt, die sich durch einen erhöhten Verschleiß Sowie eine Änderung des Reibverhaltens über der Laufstrecke äußert. Man hat versucht, diese Ver-Gchleißerscheinungen dadurch zu verringern, daß man in die Reibbelagmassen festen Kohlenstoff eingearbeitet hat. So ist zum Beispiel aus der deutschen Patentschrift 1 525 334 ein Reibbelag bekannt, der aus Kohlenstoff in einer Menge von über 50 Gewichtsprozent, zum Beispiel in Form von Graphit Oder Petrolkoks, gebunden mit einem organischen teindestoff, wie beispielsweise einem Furfurolharz, Oder einem Phenolformaldehydharz oder einem sonstigen durch Wärme aushärtbaren Harz, besteht, eine poröse Struktur hat und auf einem Metallträger aufgeklebt ist. Ein Nachteil dieses bekannten, nur für Druckschmierung bestimmten Reibbelags besteht darin, daß infolge des ständigen unter Druck erfolgenden Öldurchsatzes durch das poröse Material· Qucllerscheinungen bei dem ausgehärteten Bindeharz auftreten können, wodurch der Bindestoff erweichen und der feste Verbund der Kohlenstoff-Teilchen gelockert werden kann, was zum Auseinanderfallen und zur Zerstörung des Belags führen kann. Gute thermische Stabilität und Verschleißfestigkeit besitzt der aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 144 367 der Anmelderin bekannte Reibwerkstoff, für dessen Herstellung ein anorganisches, plastisch verformbares Bindemittel mit Kohlenstoffasern und gegebenenfalls Zusätzen von für Reibwerkstoff übliehen, das Reibverhalten modifizierenden Füllstoffen verarbeitet wird, so daß in dem fertigen Reibelement die Kohlefasern in einer Matrix aus anorganischem Material gebunden sind; infolge seines relativ hohen Anteils an anorganischen Bestandteilen, ins-

besondere auch Metallpulvern, ist das spezifische Gewicht dieser bekannten Reibelemente relativ hoch, was für manche Einsatzzwecke unerwünscht ist. Außerdem ist dieses Reibmaterial für Trockenlauf ausgelegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reibelement für öllauf herzustellen, das auch bei starker Beanspruchung und den dabei auftretenden Spitzentemperaturen keinen erhöhten Verschleiß und keine Änderung des Reibverhaltens über der Laufstrecke zeigt.

Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Reibelements der eingangs beschriebenen Art, bestehend aus Trägermaterial und darauf aufgebrachter Reibschicht aus organisch gebundenem Fasermaterial,

das e.-findungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß als Reibschicht ein mit organischem Bindeharz getränktes Kohlenstoff-Fasergeflecht vorhanden ist. Überraschend hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Reibelement eine wesentlich höhere thermi-

sehe Belastbarkeit der Reibschicht besitzt als die bisher bekannten organischen Bindemittel in der Reibschicht aufweisenden Reibbeläge. Dies führt die Anmelderin nicht nur darauf zurück, daß die die Reibung tragenden Kohlenfasern in dem erfindungsge-

mäßen Reibelement eine wesentlich größere Thermos'abilität als die in bekannten faserverstärkten Reibbelägen verwendeten Cellulosefaser^ die sich bereits bei Temperaturen um 200° C zersetzen, und Asbestfasern, die bereits bei Temperaturen um 500° C zu dehydratisieren beginnen, aufweisen; sie nimmt vielmehr an, daß diese überraschend hohe thermische Belastbarkeit ihre Ursache in der besseren Wärmeleitfähigkeit der Kohlefasern hat, so daß es wahrscheinlich durch die Anwesenheit der wärmeleitfähigen Kohlefasergewebe gelingt, während des Betriebes eine so schnelle Wärmeableitung zu erzielen, daß das Auftreten von Spitzentemperaturen vermieden wird. Wenn — wie dies Stand der Technik ist — als Fasermaterix für Cellulosefasern Phenolharz verwendet wird, so hat bekanntermaßen die Cellulosefaser ihre mechanische Festigkeit vollständig eingebüßt, wenn Temperaturen erreicht werden, bei denen die mechanischen Eigenschaften des Phenolharzes als Matrix nicht mehr ausreichen. Auch mit Phenolharz als Matrix gebundene Asbestfasern erleiden Festigkeitseinbuße bei Temperaturen, bei denen die Phenolharz-Matrix instabil wird. Überraschend wurde gefunden, daß bei dem erfindungsgemäßen Reibelement die mechanische Festigkeit der darin vorhandenen Kohlefasern bei Temperaturen, bei denen sich normalerweise das Phenolharz zersetzt, noch keinerlei Verluste erleidet. Überraschenderweise hat sich auch gezeigt, daß die Phenolhiimnatrix selbst im erfindungsgemaßen Reibelement, in dem als Substrat Kohlenstofffasern vorhanden sind, höhere Temperaturen der Reibfläche zu ertragen vermag. Auch dies hat wahrscheinlich seine Ursache in der besonders guten Wärmeleitfä-

higkeit und Wärmeabführung der Kohlefaser-Gewebe, mit deren Hilfe es gelingt, Spitzentemperaturen durch Wärmeableitung zu vermeiden.

Als Trägermaterial kann im erfindungsgemäßen Reibelement jedes für diese Zwecke gebräuchliche Flächenmaterial eingesetzt werden. Das Trägermaterial kann ein Metall sein, wie z. B. Muntmetall oder Leichtmetall; es kann aucn aus keramischem Material bestehen; oder es kann sich um Folienmaterial aus einem organischen Polymer, um Leder oder Pappe-Material, gegebenenfalls mit einem Imprägniermittel getränkt und gehärtet, handeln.

Erfindungsgemäß verwendbare Kohlenstoffasergeflechte sind Handclsprodukte. Es kann sich dabei um ein orientiertes Gewebe oder um ein nicht orientiertes, filzartiges Material handelr.. Vorzugsweise wird ein relativ engmaschiges Gewebe eingesetzt, das als solches einen guten Zusammenhalt und eine gewisse Dimensionsstabilität aufweist.

Als Bindemittel können die für Reibbelag-Zwecke bekannten Materialien, in der Regel organische Polymere oder Polymer-Gemische verwendet werden. Es eignen sich insbesondere Duroplaste, wie Phenol-Formaldehyd-Harze, Harnstoffharze, Melaminharze, Epoxidharze, Polyurethane, Polyester oder PoIyfluorcarbone.

Das Bindemittel zur Fixierung des Kohlenstofffaser-Geflechts kann, sofern das eingesetzte Gewebe relativ weitmaschig ist, gleichzeitig als Matrix zum Zusammenhalt des Kohlenstoffaser-Gcwebes dienen.

Für bestimmte Anwendungszwecke hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Kohlenstoffaser-Reibschicht über eine Zwischenschicht aus sonstigem Fasermaterial auf das Trägermaterial aufzubringen. Eine derartige Zwischenschicht kann z. B. aus mit Phenolharz gebundenem Asbestpapier bestehen. Man erhält dann ein erfindungsgemäßes Reibelement, bei dem zwischen dem Kohlenstoff-Fascrgeflecht und dem Trägermaterial eine solche Zwischenschicht aus sonstigem Fasermaterial, wie Asbestpapier, angeordnet ist.

Für einige Anwendungsfälle empfiehlt es sich ferner, die Kohlenstoffasern-Reibschicht nicht über die gesamte Fläche des Trägermaterials zu verteilen, sondern nur Teilflächen des Trägermaterials, vorzugsweise symmetrisch angeordnete Flächen, mit dem Kohlenstoff-Fasergeflecht zu belegen.

In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Reibelementen veranschaulicht. Es zeigt.

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Reibelement, im Schnitt,

F i g. 2 eine abgeänderte Form eines erfindungsgemäßen Reibelements, im Schnitt,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Ausführungsform der Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine abgeänderte Form eines erfindungsgemäßen Reibelemcnts, und

F i g. 5 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reibelements.

In Fig. 1 besteht der Träger 1 aus einem ringförmigen Stahlblech, und dieses ist über seine gesamte Fläche beidseitig mit einer mit Phenolharz getränkten Kohlenstoff-Fasergewebe-Schicht 2 beklebt. In Fig. 2 erkennt man eine Ausführungsform, die aus einem ringförmigen Stahlträger 3, diesen vollständig bedeckende beidseitig aufgeklebte Schichten aus mit Phenolharz getränktem Asbestpapier 4 und auf diese aufgebrachte Kohlenstoff-Fasergowebe-Schichten 5, besteht. Eine Draufsicht auf diese Ausführungsform ist in Fig. 3 veranschaulicht.
In den F i g. 4 und 5 sind Ausführungsformen gezeigt, bei denen die Kohlenstoff-Fasergewebe-Schicht nicht über die gesamte Fläche des Trägermaterials verteilt ist, sondern diese nur teilweise bedeckt. F i g. 4 zeigt auf dem aus Stahlblech bestehenden

ίο ringförmigen Träger 6 symmetrisch angeordnete kreisförmige Kohlenstoffasergewebe-Segmente 7, und F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Kohlenstoff-Fasergewebe in Form von symmetrisch verteilten Ringsegmenten 9 auf dem ringförmigen Trägerblech 8 aufsitzt.

B ei s pi e J 1

Aus einem im Handel erhältlichen Kohlenstoff-Fasergeflecht (Hersteller Firma Carborundum Ltd.)

wurde ein Ring gestanzt, der einen Innendurchmesser von 105 mm und einen Außendurchmesser von 145 mm hatte. Dieser Kohlenstoffasergewebering wurde mit einer Phenolharz-Lösung (Harzgehalt 60%, Viskosität bei 25" C 46OcP, Dichte 1,09) getränkt. In noch feuchter Form wurde das getränkte Geflecht auf einen aus Stahlblech bestehenden ringförmigen Träger mit einem Außendurchmesser von 145 mm und einem Innendurchmesser von 105 mm, der gereinigt und mit Kleber imprägniert war, beid-

seilig aufgebracht. Diese Anordnung wurde zur Entfernung des Lösungsmittels 60 Minuten lang bei 80° C getrocknet und anschließend mit 101 bei 165 C 10 Minuten lang heißgepreßt.

Beispiel 2

Es wurde eine Stahllamelle mit einem Außendurchmesser von 145 mm und einem Innendurchmesser von 125 mm gereinigt und mit Kleber imprägniert. Aus einem im Handel erhältlichen Asbestpapier wurde ein Ring gestanzt mit dem gleichen Innen- und Außendurchmesser wie das Trägermaterial. Aus einem im Handel erhältlichen Kohlenstoffasergewebe wurden 20 mm Durchmesser aufweisende Kreisflächen gestanzt. Alsdann wurde zunächst das Asbestpapier mit Phenolharzlösung getränkt und noch feucht auf das Trägermaterial aufgelegt. Anschließend wurden die Kohlenstoffaser-Geflechtstückchen mit Phenolharzlösung getränkt und noch feucht auf die ebenfalls noch feuchte Asbestpapierschicht aufgelegt. Auf die gleiche Weise wurde die andere Seite des Trägermaterials beschichtet. Die gesamte Anordnung wurde 60 Minuten lang bei 8O⁰C getrocknet und anschließend bei 165° C

H) Minuten lang mit 10 t verpreßt.

Die so hergestellten erfindungsgemäßen Reibelemente besaßen Reibschichten, die praktisch frei von thermischer Zersetzung waren und trotzdem gute mechanische Eigenschaften, wie z. B. gutes Reibwertniveau und schonendes Verhalten gegenüber dem Gegenreibmaterial aufwiesen und ein ausgezeichnetes Ölaufnahmevermögen hatten.

Es wurde gefunden, daß der Rcibwertverlauf bei einem Reibwert von etwa 0,11 sich nsch 2000 Schaltungen nicht wesentlich geändert hatte, und kein sichtbarer Verschleiß zu erkennen war, wenn ein Reibelement, wie in Beispiel 2 beschrieben, eingesetzt wurde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Reibelement für Öllauf zur Kraftübertragung zwischen beweglichen Teilen, bestehend aus Trägermaterial und darauf aufgebrachter Reib- »chicht aus organisch gebundenen» Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß als Reibschicht ein mit organischem Bindeharz getränktes Kohlenstoffasergeflecht vorhanden ist.

2. Reibelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kohlenstofflasergeflecht und dem Trägermaterial eine Zwischenzeit aus sonstigem Fasermaterial, wie Asbestpapier, angeordnet ist.