DE102009030506A1

DE102009030506A1 - Reibungsmaterialien

Info

Publication number: DE102009030506A1
Application number: DE102009030506A
Authority: DE
Inventors: Herschel L. Longview McCord; Robert A. Des Plaines Denes; Benjamin S. Marshall Lambers; Paul M. Pontyclun Prickett
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2009-12-31
Also published as: US20090324887A1; US9939036B2

Abstract

Eine beispielhafte Ausführungsform kann ein Reibungsmaterial mit einer Basisschicht und einer sekundären Schicht über der Basisschicht enthalten. Die sekundäre Schicht kann Kohlenstoffpartikel mit einer eng gesteuerten Partikelgrößenverteilung enthalten.

Description

RÜCKVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/133 632, eingereicht am 30. Juni 2008, deren Offenbarung durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Das technische Gebiet bezieht sich im Allgemeinen auf Reibungsmaterialien mit Kohlenstoffpartikeln.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Von der Automobilindustrie werden neue und fortschrittliche stufenlose Drehmomentübertragungssysteme, die Drehmomentwandler mit kontinuierlichem Schlupf und Schaltkupplungssysteme enthalten können, entwickelt. Diese neuen Systeme beinhalten häufig hohe Energieanforderungen und möglicherweise eine begrenzte Schmiermittelverfügbarkeit infolge von Energieeffizienzgewinnen, die durch Verringerungen von Ölpumpengrößen verwirklicht werden. Es ist beispielsweise nicht unüblich, dass Reibungsmaterialien, die sich innerhalb dieser neueren Systeme befinden, hohe Oberflächengeschwindigkeiten von bis zu etwa 65 m/Sekunde und hohe Auskleidungsbelagdrücke von bis zu etwa 1500 psi erfahren. Andere Probleme in Bezug auf die Reibungsmaterialwirksamkeit enthalten, sind jedoch nicht begrenzt auf (1) die Wärmebeständigkeit und Fähigkeit des Reibungsmaterials, Wärme in Anwendungen mit wenig Schmiermittel abzuführen, (2) die Anfälligkeit für Veränderungen des Oberflächenreibungskoeffizienten, (3) die Glättungsbeständigkeit, (4) die Kompatibilität mit Ölen oder Schmiermitteln, die vorhanden sein können, und (5) die Fähig keit, einen relativ schnellen Drehmomentanstieg beim Eingriff aufzuzeigen.
ZUSAMMENFASSUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine beispielhafte Ausführungsform enthält ein Produkt mit einem Reibungsmaterial mit einer Basisschicht und einer sekundären Schicht über der Basisschicht. Die sekundäre Schicht kann Kohlenstoffpartikel mit einer eng gesteuerten Partikelgrößenverteilung enthalten, wobei etwa 30 bis etwa 60 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben und etwa 20 bis etwa 30 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform enthält ein Produkt mit einem Reibungsmaterial mit einer Basisschicht und einer sekundären Schicht über der Basisschicht. Die sekundäre Schicht kann im Wesentlichen aus einer Haftschicht und Kohlenstoffpartikeln bestehen. Die Kohlenstoffpartikel können eine eng gesteuerte Partikelgrößenverteilung aufweisen, wobei etwa 30 bis etwa 60 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben und etwa 20 bis etwa 30 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben.
Noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform enthält ein Verfahren, enthaltend das Schaffen einer Basisschicht und das Aufbringen einer sekundären Schicht über der Basisschicht. Die sekundäre Schicht kann Kohlenstoffpartikel mit einer eng gesteuerten Partikelgrößenverteilung enthalten, wobei etwa 30 bis etwa 60 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben und etwa 20 bis etwa 30 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben.
Weitere beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung, die folgt, ersichtlich. Es sollte selbstverständlich sein, dass die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele, obwohl sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbaren, nur für Erläuterungszwecke bestimmt sind und nicht den Schutzbereich der Erfindung, wie durch die Ansprüche definiert, begrenzen sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Reibungsmaterials gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist ein Graph, der den Leistungsvorteil eines erhöhten Drehmomentanstiegs mit verbesserter Reibungsleistung eines Reibungsmaterials gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 ist ein Graph, der die Kombination eines angemessenen Drehmomentanstiegs und der Reibungscharakteristiken eines Reibungsmaterials gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 ist ein Graph, der die Ergebnisse von an einem tatsächlichen Getriebe getesteten Teilen, an die ein herkömmliches Reibungsmaterial geklebt ist, zeigt.
5 ist eine verallgemeinerte und erläuternde Querschnittsansicht eines Synchronrings, der ein Reibungsmaterial gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthalten kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Reibungsmaterialien können in einer Anzahl von Anwendungen überall in einem Fahrzeug verwendet werden. In Abhängigkeit von der speziellen Anwendung können solche Reibungsmaterialien gewisse Leistungs- und Haltbarkeitscharakteristiken erfüllen müssen. Folglich wurde ein Reibungsmaterial entwickelt, das über einen robusten Bereich von Fahrzeuganwendungen zufrieden stellend funktionieren kann. Das Reibungsmaterial kann eine Basisschicht und eine sekundäre Schicht über der Basisschicht enthalten. Die sekundäre Schicht kann Kohlenstoffpartikel mit einer eng gesteuerten Partikelgrößenverteilung enthalten. Die Größe der in der sekundären Schicht verwendeten Kohlenstoffpartikel kann jene von körnigem oder grobem partikelförmigem Kohlenstoff, feinem partikelförmigen Kohlenstoff und sogar kolloidalem partikelförmigem Kohlenstoff, falls erwünscht, sein. Diese Konstruktion des Reibungsmaterials kann vollständig oder zumindest teilweise für die verbesserte Glättungs- und Wärmebeständigkeit des Reibungsmaterials, die verbesserte Kompatibilität mit Schmiermitteln und die Fähigkeit, einen schnellen Drehmomentanstieg aufzuzeigen, wenn es anfänglich mit einer anderen Kontaktoberfläche in Eingriff gebracht wird, verantwortlich sein.

Mit Bezug nun auf 1 kann ein Reibungsmaterial 10 in einer beispielhaften Ausführungsform eine Basisschicht 12 und eine sekundäre Schicht 14 über der Basisschicht 12 enthalten. Die sekundäre Schicht 14 kann Kohlenstoffpartikel 16 mit einer eng gesteuerten Partikelgrößenverteilung enthalten, wobei etwa 30 bis etwa 60 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel 16 eine Größe im Bereich von etwa 105 und etwa 210 Mikrometer haben und etwa 20 bis etwa 30 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben. Der Rest der Kohlenstoffpartikel 16 in der sekundären Schicht 14 kann eine Größe von weniger als etwa 74 Mikrometer haben. Eine kleine Menge der Kohlenstoffpartikel 16 bis zu etwa 0,20 Gew.-% kann auch eine Größe im Bereich von etwa 210 Mikrometer bis etwa 500 Mikrometer haben, ohne sich nachteilig auf die Funktionalität der sekundären Schicht 14 auszuwirken. Obwohl nur einige Partikelgrößen in 1 gezeigt sind, sollten Fachleute verstehen, dass 1 nur schematischer Natur ist und nicht die tatsächlichen relativen Größen der Kohlenstoffpartikel 16 darstellen soll oder vermitteln soll, dass die Kohlenstoffpartikel 16 nur in drei Größen vorhanden sind. Die tatsächlichen Kohlenstoffpartikel 16 in der sekundären Schicht 14 können viele verschiedene Größen aufweisen, während die gerade aufgelistete Kohlenstoffpartikel-Größenverteilung immer noch erfüllt wird. In einer weiteren Ausführungsform kann die sekundäre Schicht 14 eine Kohlenstoffpartikel-Größenverteilung aufweisen, wobei etwa 40 bis etwa 50 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel 16 eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben und etwa 20 bis etwa 25 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben. Der Rest der Kohlenstoffpartikel 16 in der sekundären Schicht 14 kann eine Größe von weniger als etwa 74 Mikrometer haben. Eine kleine Menge der Kohlenstoffpartikel bis zu etwa 0,20 Gew.-% kann auch eine Größe im Bereich von etwa 210 Mikrometer bis etwa 500 Mikrometer haben, ohne sich nachteilig auf die Funktionalität der sekundären Schicht 14 auszuwirken. In einer nochmals weiteren Ausführungsform kann die sekundäre Schicht 14 eine Kohlenstoffpartikel-Größenverteilung aufweisen, wobei etwa 0,10 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel 16 eine Größe im Bereich von etwa 210 Mikrometer bis etwa 500 Mikrometer haben, etwa 46 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben, etwa 24 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben und der Rest eine Größe von weniger als etwa 74 Mikrometer hat. Eine Siebanalyse einer gemäß dieser letzten Ausführungsform ausgebildeten sekundären Schicht ist nachstehend in Tabelle 1 gezeigt. TABELLE 1

	Siebanalyse der Partikelgröße
Festgehalten an:	35 Mesh	70 Mesh	140 Mesh	200 Mesh	Schale
Partikelgröße Mikrometer	500	210	105	74	Feiner als 74
Partikelgröße Inch	0,0197	0,0083	0,0041	0,0029	0,0029
Gewichtsanteil	0,00%	0,09%	46,35%	24%	Rest

Die Kohlenstoffpartikel 16 der sekundären Schicht 14 können jene einer beliebigen geeigneten allotropen Form von Kohlenstoff, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf amorphen Kohlenstoff und Graphit, sein. Beispiele von amorphem Kohlenstoff enthalten Koks, Kohlenschwarz und Ruß. Koks ist ein Material mit hohem Kohlenstoffgehalt, das im Allgemeinen durch Pyrolyse eines organischen Materials hergestellt wird, das zumindest teilweise einen flüssigen oder flüssig-kristallinen Zustand während eines Verkohlungsprozesses durchlaufen haben kann. Kohlenschwarz ist ein weiteres Material mit hohem Kohlenstoffgehalt und wird im Allgemeinen durch thermische Zersetzung, einschließlich Verpuffung, oder durch die unvollständige Verbrennung von Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindungen hergestellt. Ruß ist ein zufällig gebildetes Material auf Kohlenstoffbasis – im Allgemeinen ein Nebenprodukt der Pyrolyse oder der unvollständigen Kohlenstoffverbrennung – das variable Mengen an kohlenstoffhaltigen und anorganischen Feststoffen zusammen mit absorbierten und eingeschlossenen Harzen und Teeren enthalten kann. Graphit ist andererseits eine kristalline allotrope Form von Kohlenstoff, die natürlich vorkommt oder durch Erhitzen von geeigneten Graphitmaterialien auf Temperaturen, die gewöhnlich höher sind als etwa 2500°K, synthetisch hergestellt werden kann. Ein spezielles und kommerziell erhältliches Kohlenstoffprodukt, aus dem die Kohlenstoffpartikel 16 der sekundären Schicht 14 gebildet sein können, ist als Asbury 4099 bekannt, das ein metallurgischer Hartkohlekoks ist, der von Asbury Carbons in Asbury, New Jersey, erhältlich ist.
Die sekundäre Schicht 14 kann beliebig von etwa 50% bis 100% der oberen Oberfläche der Basisschicht 12 bedecken. Die sekundäre Schicht 14 kann ferner eine Dicke aufweisen, die im Bereich von etwa 35 μm bis etwa 200 μm und spezifischer von etwa 60 μm bis etwa 100 μm liegt. Die Kohlenstoffpartikel 16 können die Gesamtheit der sekundären Schicht 14 bilden oder mit anderen Materialien kombiniert sein, falls erwünscht. In einigen Fällen kann es auch erwünscht sein, dass alle Kohlenstoffpartikel 16 in der sekundären Schicht 14 dieselbe allgemeine Form und/oder dieselbe allotrope Kohlenstoffzusammensetzung aufweisen.
Die Basisschicht 12 kann aus einem beliebigen bekannten oder herkömmlichen Material oder einer Kombination von Materialien bestehen, die für Nassreibungsanwendungen geeignet sind. Solche Materialien können im Allgemeinen beispielsweise eine Vielfalt von Fasern und Füllstoffen enthalten, die innerhalb einer Harzmatrix dispergiert sind. Die Fasern können gewebt oder ungewebt sein und können eine organische oder anorganische Zusammensetzung aufweisen. Beachtenswerte organische Fasern, die verwendet werden können, um die Basisschicht 12 herzustellen, enthalten fibrillierte und/oder weniger fibrillierte Aramidfasern, Acrylfasern, Polyesterfasern, Nylonfasern, Polyamidfasern, Kohlenstofffasern, Baumwollfasern und Cellulosefasern, um nur einige zu nennen. Die Füllstoffe können Siliciumdioxidpartikel wie z. B. Diatomeenerde (Celite^® und Celatom^®) und Siliciumdioxid enthalten. Andere beispielhafte Füllstoffe können Kohlenstoffpartikel, Aluminiumoxidpartikel und Cashewstaub enthalten. Die Kohlenstoffpartikel, die als Füllstoffe in der Basisschicht 12 verwendet werden können, können dieselbe Partikelgrößenverteilung wie jene der sekundären Schicht 14 aufweisen, sind jedoch im Allgemeinen nicht an eine solche Partikelgrößeneinschränkung gebunden. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass die gerade beschriebenen Materialien nicht die einzigen Materialien sind, aus denen die Basisschicht 12 abgeleitet werden kann. Fachleute sind sich der riesigen Sammlung von verfügbaren Materialien und Zusammensetzungen bewusst, die verwendet werden können, um die Basisschicht 12 für die Verbindungsverwendung mit der sekundären Schicht 14 herzustellen. Sie wissen ferner, wie und wann das geeignete Material oder Gemisch von Materialien unter einem gegebenen Satz von Umständen zu wählen ist.
Die spezielle Kombination von Fasern und Füllstoffen kann gewählt werden, um zumindest teilweise die physikalischen Eigenschaften der Basisschicht 12 zu definieren. Der Umfang der Fibrillierung der Aramidfasern und die verwendete Menge von Füllstoffen können beispielsweise helfen, die Porosität der Basisschicht 12 sowie ihre Wärmeleitfähigkeit und mechanische Kompressibilität festzulegen. Die Anwesenheit von Kohlenstofffasern kann die Wärmeleitung und die Wärmebeständigkeit der Basisschicht 12 verbessern. Baumwollfasern können das Basismaterial 12 mit Scherfestigkeit versehen, um die Delaminierungsbeständigkeit und die Konsistenz des Reibungskoeffizienten der Basisschicht 12 zu verbessern.
In einer speziellen Ausführungsform können die innerhalb der Harzmatrix zum Bilden der Basisschicht 12 dispergierten Materialien etwa 10% Gewichts-% bis etwa 50 Gewichts-% einer weniger fibrillierten Aramidfaser (Canadian Standard Freeness zwischen 450 und 650), etwa 10 Gewichts-% bis etwa 35 Gewichts-% Aktivkohleparti kel, etwa 5 Gewichts-% bis etwa 20 Gewichts-% Baumwollfasern, etwa 2 Gewichts-% bis etwa 15 Gewichts-% Kohlenstofffasern und etwa 10 Gewichts-% bis etwa 35 Gewichts-% Füllstoffe enthalten.
In einer weiteren speziellen Ausführungsform können die innerhalb der Harzmatrix zum Bilden der Basisschicht 12 dispergierten Materialien etwa 60 Gewichts-% bis 75 Gewichts-% fibrillierte Aramidfasern (Canadian Standard Freeness von weniger als 350), etwa 10 Gewichts-% bis etwa 15 Gewichts-% Baumwollfasern, etwa 10 Gewichts-% bis etwa 20 Gewichts-% Cellulosefasern, etwa 5 Gewichts-% bis etwa 15 Gewichts-% Kohlenstofffasern und im Wesentlichen keine Füllstoffe enthalten.
In noch einer weiteren speziellen Ausführungsform können die innerhalb der Harzmatrix zum Bilden der Basisschicht 12 dispergierten Materialien etwa 40 Gewichts-% bis etwa 50 Gewichts-% Aramidfasern (Canadian Standard Freeness von weniger als 350), etwa 15 Gewichts-% bis etwa 25 Gewichts-% Baumwollfasern, etwa 10 Gewichts-% bis etwa 20 Gewichts-% Kohlenstofffasern, Reibungsmodifikationspartikel mit etwa 5 Gewichts-% bis etwa 15 Gewichts-% Celite und wahlweise etwa 1 bis etwa 3 Gewichts-% Latexzusatz enthalten.
In noch einer weiteren speziellen Ausführungsform können die innerhalb der Harzmatrix zum Bilden der Basisschicht 12 dispergierten Materialien etwa 75 Gewichts-% bis etwa 85 Gewichts-% einer weniger fibrillierten Aramidfaser (Canadian Standard Freeness zwischen 450 und 650) und etwa 15 Gewichts-% bis etwa 25 Gewichts-% Füllstoffe enthalten.
Die Harzmatrix kann gebildet werden, indem zuerst die anderen Materialien, die die Basisschicht 12 bilden, mit irgendeinem von einer Vielfalt von härtbaren Harzsystemen imprägniert werden. Beispiele von solchen Harzsystemen können innerhalb eines geeigneten Lösungsmittels oder eines anderen Trägermediums ein Phenolharz, ein modifiziertes Harz auf Phenolbasis, ein Silikonharz, ein modifiziertes Harz auf Silikonbasis, ein Epoxidharz, ein modifiziertes Harz auf Epoxidbasis und Kombinationen davon enthalten. Ein solches Harzsystem, das eine Kombination von Harzen enthält, ist ein Silikonharz, das mit einem Phenolharz durch kompatible Lösungsmittel vermengt oder vermischt ist. Ein Phenol-Silikon-Harzgemisch kann beispielsweise etwa 5 Gewichts-% bis etwa 80 Gewichts-%, etwa 15 Gewichts-% bis etwa 55 Gewichts-% oder etwa 15 Gewichts-% bis etwa 25 Gewichts-% eines Silikonharzes auf der Basis des Gewichts des Phenol-Silikon-Harzgemisches (ausschließlich Lösungsmitteln und anderer Verarbeitungshilfen) enthalten. Die modifizierten Harze können Bestandteile wie z. B. Epoxide, Butadien, Silikon, Tungöl, Benzol und Cashewnussöl enthalten. Der Prozentsatz der Harzaufnahme durch die Basisschicht 12 – der sich auf die Gewichtsprozent der Harzmatrix auf der Basis des Gewichts des Reibungsmaterials 10 bezieht – kann im Bereich von etwa 40% bis etwa 80% liegen. In einer Ausführungsform kann die Harzaufnahme durch die Basisschicht 12 etwa 65% sein.
Das Harzsystem kann dann für einen vorbestimmten Zeitraum auf eine gewünschte Temperatur erhitzt werden, um das Lösungsmittel/Trägermedium zu entfernen und das (die) restliche(n) Harzmaterial(ien) zu der Harzmatrix der Basisschicht 12 zu härten. Die anwendbaren Zeit- und Temperaturparameter können in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Harzsystems variieren, liegen jedoch im Allgemeinen im Bereich von etwa 15–60 Minuten bzw. von etwa 150°C bis etwa 400°C. Es sollte selbstverständlich sein, dass das verwendete spezielle Harzsystem, seine genaue Zusammensetzung und seine Einarbeitung in die Basisschicht 12 als Harzmatrix alle Fachleuten bekannt und für diese verständlich sind, so dass eine vollständigere Erörterung hier nicht erforderlich ist. Zusätzliche Informationen in Bezug auf geeignete Harzsysteme und ihre Herstellung sind jedoch in dieser nicht erschöpfenden Liste von anderen zugehörigen BorgWarner-Patenten zu finden: US-Pat. Nr. 5 998 307 , US-Pat. Nr. 6 001 750 , US-Pat. Nr. 6 875 711 und US-Pat. Nr. 7 429 418 .
Die sekundäre Schicht 14 kann über der Basisschicht 12 in einem von mehreren bekannten Verfahren aufgebracht werden. In einer Ausführungsform kann beispielsweise eine Latexhaftschicht 18 die Kohlenstoffpartikel 16 der sekundären Schicht 14 aneinander und an der oberen Oberfläche der Basisschicht 12 während der Herstellung der Basisschicht 12 halten und daran binden. Die Kohlenstoffpartikel 16 können auch auf eine ähnliche Latexschicht – oder irgendeine andere geeignete Haftschicht – die vorher auf die obere Oberfläche der Basisschicht 12 entweder vor oder nach der Harzimprägnierung aufgebracht wurde, aufgebracht werden. Die Kohlenstoffpartikel 16 können auch als Teil des Harzimprägnierungsprozesses aufgebracht werden, wobei die resultierende Harzmatrix die Kohlenstoffpartikel 16 zumindest teilweise an die obere Oberfläche der Basisschicht 12 bindet. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die sekundäre Schicht 14 über der Basisschicht 12 gemäß den Verfahren aufgebracht werden, die im gemeinsam erteilten US-Pat. Nr. 6 001 750 offenbart sind. Es kann unter einigen Umständen auch erwünscht sein, eine zusätzliche Schicht zwischen der Basisschicht 12 und der sekundären Schicht 14 vorzusehen, um eine verbesserte Bindung zwischen den zwei Schichten 12, 14 zu fördern oder eine gewisse andere Funktionseigenschaft zu schaffen. Fachleute, die mit der Herstellung von geschichteten Substraten und Verbundmaterialien vertraut sind, kennen und verstehen andere Verfahren, die gleichwohl in der Lage sind, die sekundäre Schicht 14 über der Basisschicht 12 aufzubringen.
Es wurde gezeigt, dass das in den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung beschriebene Reibungsmaterial 10 eine verbesserte Glättungsbeständigkeit, eine bessere Kompatibilität mit Schmiermitteln und anderen üblichen Ölen und die Fähigkeit, einen schnellen Drehmomentanstieg zu erfahren, wenn es anfänglich mit einer anderen Kontaktoberfläche in Eingriff gebracht wird, aufweist. Die verbesserte Glättungsbeständigkeit des Reibungsmaterials 10 kann der Tendenz der sekundären Schicht 14, die Zersetzungsprodukte von Schmiermittelfluiden von benachbarten Eingriffsoberflächen abzureiben, bevor diese Produkte auf das Reibungsmaterial 10 übertragen werden können, zugeschrieben werden. Die verbesserte Kompatibilität des Reibungsmaterials 10 mit Schmiermitteln und Öl liegt wahrscheinlich an der Inaktivität der Kohlenstoffpartikel 16 in der sekundären Schicht 14. Die Fähigkeit des Reibungsmaterials 10, einen schnellen Drehmomentanstieg zu erfahren, kann den relativ harten Kohlenstoffpartikeln 16 mit verschiedenen Größen der sekundären Schicht 14, die den Oberflächenschmiermittelfluidfilm auf einer benachbarten Eingriffsoberfläche durchbrechen und den Hydroplaningeffekt minimieren, der manchmal während der anfänglichen Eingriffsphase auftritt, zugeschrieben werden.
Das Reibungsmaterial 10 kann daher bei einer Vielfalt von Fahrzeugkomponenten verwendet werden. In einer Ausführungsform kann das Reibungsmaterial 10 beispielsweise in einer Getriebesynchronisieranordnung zumindest teilweise auf Grund seiner Fähigkeiten zum schnellen Drehmomentanstieg verwendet werden. Solche Synchronisieranordnungen können in Schaltgetrieben, automatisierten Schaltgetrieben und Doppelkupplungsgetrieben zu finden sein und enthalten im Allgemeinen einen Synchronring 40 (auch als Blockierring bezeichnet), wie im Allgemeinen und schematisch in 5 dargestellt. Der Synchronring 40 kann sich zwischen einer Schiebeschalt muffe und einem Zahnrad (beide nicht gezeigt) befinden. Der Synchronring 40 kann, wie in dieser Ausführungsform gezeigt, eine Kegelkupplungsoberfläche 42 an einer inneren ringförmigen Wand aufweisen, die das Reibungsmaterial 10 zum Eingriff mit einem zugehörigen Reaktionskegel am Zahnrad enthält. Der Synchronring 40 kann auch eine Anzahl von spitzigen Zähnen 46 um seinen Umfang aufweisen, die so orientiert sein können, dass sie entweder auf die Zähne der Schiebeschaltmuffe ausrichten oder eine Störung dieser verursachen.
Während der Synchronisation können die Zähne 46 des Synchronrings 40 so orientiert sein, dass sie eine Vorwärtsbewegung der Schaltmuffe stören und verhindern, während eine Differentialgeschwindigkeit zwischen den zwei Komponenten vorhanden ist. Dies wird häufig als Hemmen bezeichnet. Damit das Hemmen stattfindet, kann der Synchronring 40 während des Schaltvorgangs in seiner Hemmposition getaktet werden müssen. Damit der Synchronring 40 in seiner Hemmposition getaktet bleibt, kann der Betrag des zwischen dem Reibungsmaterial 10 auf der Kegelkupplungsoberfläche 42 und einem Reaktionskegel am Zahnrad erzeugten Reibungsmoments größer sein müssen als das Rastmoment, das sich aus dem Kontakt zwischen den spitzigen Zähnen 46 am Synchronring 40 und der Schaltmuffe ergibt. Wenn jedoch an irgendeinem Punkt während der Synchronisation ein unangemessener Betrag des Reibungsmoments erzeugt wird oder wenn der Synchronring 40 nicht schnell in seine Hemmposition orientiert wird, kann die Schaltmuffe mit dem Zahnrad in Eingriff kommen, während immer noch eine Differentialgeschwindigkeit vorhanden ist. Dies kann zu etwas führen, das als Zahnradknirschen bekannt ist, was zum Fahrzeugfahrer als ein unangenehmes Geräusch und/oder eine unvorteilhafte Schwingung des Getriebes oder seines Schaltknüppels übertragen werden kann.
Die Fähigkeiten des Reibungsmaterials 10 auf der Kegelkupplungsoberfläche 42 zum schnellen Drehmomentanstieg können somit beim schnellen Takten oder Einstellen des Synchronrings 40 in seine geeignete Hemmposition hilfreich sein, um schnell Reibungspegel herzustellen, die ein Kegeldrehmoment erzeugen, das höher ist als das Rastmoment, das unter der Last erzeugt wird, die durch die Schiebeschaltmuffe aufgebracht wird. Die verbesserten Drehmomentanstiegsfähigkeiten des Reibungsmaterials 10 wurden unter simulierten Synchronisierbedingungen beobachtet und sind in 2 und 3 im Vergleich zu anderen herkömmlicheren Reibungsmaterialien gezeigt. 2 trägt beispielsweise gegen die Zeit eine Anwendungskraft 2A und das durch drei verschiedene Reibungsmaterialien erfahrene Drehmoment auf: ein Reibungsmaterial, wie in den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, 2C, ein Reibungsmaterial des Standes der Technik mit im Wesentlichen einziger Zusammensetzung, 2D, und ein Verbundreibungsmaterial des Standes der Technik, 2B. Unter ähnlichen Umständen trägt 3 gegen die Zeit eine Anwendungskraft 3A und das nur durch ein Reibungsmaterial, wie in den verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben, erfahrene Drehmoment, 3C, auf. 4 trägt andererseits gegen die Zeit eine Anwendungskraft 4E und das nur durch einen tatsächlichen Getriebeteil mit einem herkömmlichen Reibungsmaterial darauf erfahrene Drehmoment, 4F, auf. Wie zu sehen ist, erfährt das Reibungsmaterial 10 dieser Offenbarung im Allgemeinen einen schnelleren Drehmomentanstieg mit einer geringen Drehmomentverzögerung im Vergleich zu anderen herkömmlicheren Reibungsmaterialien.
Das Reibungsmaterial 10 kann, obwohl gerade als an einem Synchronring einer Getriebesynchronisieranordnung nützlich beschrieben, auch in anderen Komponenten verwendet werden, z. B., jedoch nicht begrenzt auf Kupp lungsplatten, Getriebebänder, Reibscheiben und Systemplatten.
Die obige Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und folglich sollen Veränderungen davon nicht als Abweichung vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung betrachtet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5998307 [0024]
- US 6001750 [0024, 0025]
- US 6875711 [0024]
- US 7429418 [0024]

Claims

Reibungsmaterial mit einer Basisschicht und einer sekundären Schicht über der Basisschicht, wobei die sekundäre Schicht Kohlenstoffpartikel mit einer eng gesteuerten Partikelgrößenverteilung enthält, wobei etwa 30 bis etwa 60 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben und etwa 20 bis etwa 30 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben.
Reibungsmaterial nach Anspruch 1, wobei bis zu etwa 0,20 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 210 bis etwa 500 Mikrometer haben und der Rest eine Größe von weniger als etwa 74 Mikrometer hat.
Reibungsmaterial nach Anspruch 1, wobei die Kohlenstoffpartikel eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, wobei etwa 40 bis etwa 50 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben, etwa 20 bis etwa 25 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben und der Rest eine Größe von weniger als etwa 74 Mikrometer hat.
Reibungsmaterial nach Anspruch 1, wobei die Kohlenstoffpartikel eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, wobei bis zu etwa 0,20 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 210 bis etwa 500 Mikrometer haben, etwa 46 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben, etwa 24 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben und der Rest eine Größe von weniger als etwa 74 Mikrometer hat.
Reibungsmaterial nach Anspruch 1, wobei die Kohlenstoffpartikel amorphe Kohlenstoffpartikel oder Graphit enthalten.
Reibungsmaterial nach Anspruch 5, wobei die amorphen Kohlenstoffpartikel mindestens eines von Koks, Kohlenschwarz und Ruß enthalten.
Reibungsmaterial nach Anspruch 1, wobei die sekundäre Schicht eine Dicke aufweist, die im Bereich von etwa 35 μm bis etwa 200 μm liegt.
Reibungsmaterial nach Anspruch 1, wobei die sekundäre Schicht eine Dicke aufweist, die im Bereich von etwa 60 μm bis etwa 100 μm liegt.
Reibungsmaterial nach Anspruch 1, wobei die Basisschicht eine obere Oberfläche enthält und die sekundäre Schicht etwa 50% bis 100% der oberen Oberfläche bedeckt.
Reibungsmaterial nach Anspruch 1, wobei die Basisschicht in einer Harzmatrix dispergierte Fasern enthält.
Reibungsmaterial nach Anspruch 10, wobei die Fasern mindestens eine von fibrillierten Aramidfasern, weniger fibrillierten Aramidfasern, Acrylfasern, Polyesterfasern, Nylonfasern, Polyamidfasern, Kohlenstofffasern, Baumwollfasern und Cellulosefasern oder Kombinationen davon enthalten.
Reibungsmaterial nach Anspruch 10, wobei die Harzmatrix mindestens eines von einem Phenolharz, einem modifizierten Harz auf Phenolbasis, einem Silikonharz, einem modifizierten Harz auf Silikonbasis, einem Epoxidharz, einem modifizierten Harz auf Epoxidbasis oder Kombinationen davon enthält.
Produkt mit einem Reibungsmaterial mit einer Basisschicht und einer sekundären Schicht über der Basisschicht, wobei die sekundäre Schicht im Wesentlichen aus einer Haftschicht und Kohlenstoffpartikeln besteht, wobei die Kohlenstoffpartikel eine eng gesteuerte Partikelgrößenverteilung aufweisen, wobei etwa 30 bis etwa 60 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben und etwa 20 bis etwa 30 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben.
Produkt nach Anspruch 13, wobei bis zu etwa 0,20 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 210 bis etwa 500 Mikrometer haben und der Rest eine Größe von weniger als etwa 74 Mikrometer hat.
Produkt nach Anspruch 13, wobei die Kohlenstoffpartikel eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, wobei etwa 40 bis etwa 50 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben, etwa 20 bis etwa 25 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 und etwa 105 Mikrometer haben und der Rest eine Größe von weniger als etwa 74 Mikrometer hat.
Produkt nach Anspruch 13, wobei die Kohlenstoffpartikel eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, wobei etwa 0,01 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 210 bis etwa 500 Mikrometer haben, etwa 46 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 105 und etwa 210 Mikrometer haben, etwa 24 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben und der Rest eine Größe von weniger als etwa 74 Mikrometer hat.
Produkt nach Anspruch 13, wobei die Kohlenstoffpartikel amorphe Kohlenstoffpartikel oder Graphit enthalten.
Produkt nach Anspruch 13, wobei das Produkt einen Synchronring mit einer Kegelkupplungsoberfläche enthält, die das Reibungsmaterial enthält.
Verfahren, enthaltend: Schaffen einer Basisschicht, die zumindest Fasern enthält, die in einer Harzmatrix dispergiert sind; Aufbringen einer sekundären Schicht über der Basisschicht, die Kohlenstoffpartikel mit einer eng gesteuerten Partikelgrößenverteilung enthält, wobei etwa 30 bis etwa 60 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben und etwa 20 bis etwa 30 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Aufbringen einer sekundären Schicht über der Basisschicht das Aufbringen einer sekundären Schicht enthält, wobei bis zu etwa 0,20 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 210 bis etwa 500 Mikrometer haben, etwa 30 bis etwa 60 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben, etwa 20 bis etwa 30 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben und der Rest eine Größe von weniger als etwa 74 Mikrometer hat.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Aufbringen einer sekundären Schicht über der Basisschicht das Aufbringen einer sekundären Schicht enthält, die Kohlenstoffpartikel mit einer eng gesteuerten Partikelgrößenverteilung enthält, wobei etwa 40 bis etwa 50 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben, etwa 20 bis etwa 25 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben und der Rest eine Größe von weniger als etwa 74 Mikrometer hat.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Aufbringen einer sekundären Schicht über der Basisschicht das Aufbringen einer sekundären Schicht enthält, die Kohlenstoffpartikel mit einer eng gesteuerten Partikelgrößenverteilung enthält, wobei etwa 0,10 Gew.-% der Kohlenstoffpartikel eine Größe im Bereich von etwa 210 und 500 Mikrometer haben, etwa 46 Gew.-% eine Größe im Bereich von als etwa 105 bis etwa 210 Mikrometer haben, etwa 24 Gew.-% eine Größe im Bereich von etwa 74 bis etwa 105 Mikrometer haben und der Rest eine Größe von weniger als etwa 74 Mikrometer hat.