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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf elektrokeramisch beschichtete Aluminiumkomponenten, und insbesondere auf elektrokeramisch beschichtete Aluminiumkomponenten, wie Naben, Gehäuse und Scheiben für Kupplungen und Bremsen und ähnlichen Komponenten, die in Antriebssträngen von Fahrzeugen Anwendung finden, insbesondere in Getrieben.
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HINTERGRUND
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Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, welche die vorliegende Offenbarung betreffen und können den Stand der Technik darstellen oder auch nicht.
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Viele Komponenten von Fahrzeug-Antriebssträngen wurden und werden aus Stahl gefertigt, aufgrund seiner Festigkeit, Formbarkeit und Verfügbarkeit. Es versteht sich von selbst, dass alle seine Konstruktionseigenschaften positiv oder wünschenswert sind. Einer seiner bekanntesten Nachteile ist sein Gewicht, insbesondere im Vergleich mit Werkstoffen, wie Aluminium und Magnesium.
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Ein herkömmliches Automatikgetriebe für ein Motorfahrzeug kann eine oder mehrere Reibungskupplungs- und Planetengetriebe-Baugruppen, Bandbremsen, Speicher, Keilverzahnungen, Ventilkörper und Verschleißflächen enthalten, die durch Buchsen, Dichtungen, Federn und andere Elemente betätigt werden. Eine herkömmliche Reibungskupplung enthält eine Reibungskupplung mit alternierenden Reibscheiben und Reaktionsscheiben, beide normalerweise aus Stahl gefertigt, angeordnet zwischen einer Druckplatte und einer Halteplatte, gegen die die Reibungskupplung gepresst wird. Beim Zusammenpressen wird Drehmoment über das Reibungskupplungspaket zwischen einer inneren Nabe und einem äußeren Gehäuse übertragen. Bandbremsen umfassen ein umlaufendes Band mit Reibungsmaterial, das einen rotierenden zylinderförmigen Körper teilweise einkreist, der ein Gehäuse oder ein ähnliches Bauteil sein kann. Ein Ende des Bremsbandes ist fest, und das andere Ende ist mit einem Aktuator gekoppelt, der das Band um den zylinderförmigen Körper strafft.
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Zwischen der Kupplungsnabe und dem Gehäuse und anderen Komponenten, wie Wellen, Hohlwellen oder Planetengetriebekomponenten, ist es oft erforderlich, eine fluiddichte Abdichtung aufzubauen, um entweder fluidgefüllte, d. h. feuchte Bereiche von trockenen Bereichen zu trennen, oder einen Strömungspfad für Fluide zwischen rotierenden und nicht rotierenden Elementen aufzubauen. Das kann im ersten Fall durch eine elastische Dichtung erfolgen, die in einem Kanal oder einer Nut zwischen den betreffenden Bereichen angeordnet ist, oder im zweiten Fall durch ein Paar elastische Dichtungen, die in Nuten zu beiden Seiten des Strömungspfades angeordnet sind, um den Fluidstrom korrekt zu lenken. Entweder die innere Nabe oder das äußere Gehäuse können mit Keilverzahnungen an eine Welle oder Hohlwelle gekoppelt sein.
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Üblicherweise werden Reibungskupplungsscheiben, Bandbremszylinder, Naben, Gehäuse, Keilverzahnungen und Komponenten mit Flächen, die mit Reibungsmaterial oder elastischen Dichtungen in Berührung kommen, aus verschiedenen Stählen gefertigt, aufgrund der Festigkeit und Dauerhaftigkeit dieser Werkstoffe. Stahl bietet nicht nur die zum Tragen der Drehmomentbelastungen erforderliche strukturelle Integrität, die auf derartige Komponenten einwirken, sondern auch die Haltbarkeit der Flächen, die Reibungskräften (Gleitkräften) ausgesetzt sind. Wie bereits angegeben, ist der hauptsächliche Nachteil derartiger Kupplungskomponenten aus Stahl das Gewicht. Da jedoch viele dieser Getriebekomponenten einerseits zum Gesamtgewicht des Fahrzeugs beitragen, andererseits rotieren und daher zum gesamten Energieverlust des Antriebsstrangs beitragen, da sie häufig beschleunigt und abgebremst werden, tragen sie doppelt zum Kraftstoffverbrauch bei. Demgemäß beeinflusst jede Gewichtseinsparung einer rotierenden Komponente, wie einer Kupplung oder einer anderen Getriebekomponente, den Kraftstoffverbrauch positiv, sowohl vom Standpunkt des Fahrzeug-Gesamtgewichts als auch von der Anriebsstrangeffizienz.
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Eine Lösung für das Gewichtsproblem ist der Ersatz durch ein leichtgewichtigeres Material, wie Aluminium oder Magnesium. Aluminium hat etwa ein Drittel der Dichte von Stahl und weist gute Wärmeleiteigenschaften auf, beides wichtige Eigenschaften für Getriebeteile, insbesondere Kupplungen und Bremsen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dieser Werkstoff ungeeignet ist, denn die Flächen, die bei Kupplungs- und Bremsenbetätigung Reibungskräften ausgesetzt sind, weisen, wie auch Dichtungen und Ventilflächen, inakzeptable Abnutzung auf, und damit eine inakzeptable Lebensdauer.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung richtet sich an Andruckscheiben, Kupplungsscheiben und Reaktionsscheiben, die in Reibungskupplungspaketen, Bremsgehäusen, Kupplungsnaben, Kupplungsgehäusen, Speichern, Keilverzahnungen, Ventilkörpern und Verschleißflächen zur Anwendung kommen, mit denen Buchsen, Dichtungen, Federn und ähnliche Komponenten in Gleitkontakt treten, die in Automatikgetrieben von Fahrzeugen zur Anwendung kommen, die aus Aluminium gefertigt werden, und auf die eine elektrokeramische Beschichtung aufgetragen wird. Derartige Komponenten weisen im Verhältnis zu ähnlichen, aus Stahl gefertigten Komponenten ein geringeres Gewicht und eine längere Lebensdauer auf, dank der Härte und Porosität der Keramikbeschichtung.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Andruckscheibe für ein Reibungskupplungspaket mit einer Elektrokeramikbeschichtung auf einer Oberfläche.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Reaktionsscheibe für ein Reibungskupplungspaket mit einer Elektrokeramikbeschichtung auf beiden Oberflächen.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Halteplatte für ein Reibungskupplungspaket mit Elektrokeramikbeschichtung auf einer Oberfläche.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Bandbremsenbaugruppe mit einer Elektrokeramikbeschichtung auf einer Außenfläche eines zylindrischen Körpers.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Speicher mit einem Aluminiumgehäuse und einer Elektrokeramikbeschichtung an einer Innenfläche.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Oberflächen für Buchsengrenzflächen an Aluminiumnaben und -gehäusen Aluminium mit einer Elektrokeramikbeschichtung.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Federverschleißflächen an Aluminiumkolben und Dämme mit einer Elektrokeramikbeschichtung.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von an Fluidkanäle angrenzende Dichtungsnuten und Dichtungsflächen in Kupplungsnaben und -gehäusen mit Elektrokeramikbeschichtung.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Oberflächen für männliche und weibliche Keilverzahnungsflächen in Aluminiumkupplungsgehäusen und -naben mit Elektrokeramikbeschichtung.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Druckflächen an Aluminiumnaben, -gehäusen und -trägern mit Elektrokeramikbeschichtung.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Aluminiumventilkörpers, dessen Bohrungsflächen mit einer Elektrokeramikbeschichtung versehen sind.
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Weitere Aspekte, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hier vorgestellten Beschreibung offensichtlich. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht dazu beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu begrenzen.
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1 ist eine fragmentarische Querschnittansicht eines Teils eines Automatikgetriebes, das ein Reibungskupplungspaket mit Komponenten enthält, die mit einer Elektrokeramikbeschichtung versehen sind;
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2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils einer Reibungskupplungspaket-Baugruppe mit einer Andruckscheibe, Reaktionsscheiben und einer Halteplatte, die mit einer Elektrokeramikbeschichtung versehen sind;
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3 ist eine vergrößerte fragmentarische Perspektivansicht einer Aluminium-Andruckscheibe mit Elektrokeramikbeschichtung auf beiden Seiten gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 ist eine vergrößerte fragmentarische Perspektivansicht einer Aluminiumreaktionsscheibe mit einer Elektrokeramikbeschichtung auf beiden Seiten gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 ist eine vergrößerte fragmentarische Perspektivansicht einer Halteplatte aus Sinteraluminium mit Elektrokeramikbeschichtung auf einer Seite gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 ist eine vergrößerte fragmentarische Perspektivansicht von einseitigen Kupplungsscheiben und Reaktionsscheiben aus Aluminium mit Elektrokeramikbeschichtung auf beiden Seiten und Reibmaterial auf einer Seite gemäß der vorliegenden Erfindung;
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7 ist eine volle Querschnittansicht eines Fluidspeichers, wie er beispielsweise in Automatikgetrieben enthalten ist, dessen Innenfläche mit einer Elektrokeramikbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist;
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8 ist eine volle Querschnittansicht eines Teils eines Automatikgetriebes mit einer Bandbremsenbaugruppe, deren äußere Trommel- oder Gehäusefläche mit einer Elektrokeramikbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist;
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9 ist eine schematische Endansicht der Bandbremstrommel-Baugruppe von 8 deren äußere Trommel- oder Gehäusefläche mit einer Elektrokeramikbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist;
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10 ist eine volle Querschnittansicht eines Teils eines Automatikgetriebes mit einem Kupplungsgehäuse oder -träger aus Aluminium mit Elektrokeramikbeschichtung auf seinen Innen- oder Außenflächen gemäß der vorliegenden Erfindung;
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11 ist eine Perspektivansicht eines Ventilkörpers eines Automatikgetriebes mit Ventilbohrungen und Ventilen mit Elektrokeramikbeschichtung auf den Innenflächen der Ventilbohrungen und den Außenflächen der Ventile gemäß der vorliegenden Erfindung;
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12 ist eine volle Querschnittansicht eines Teils eines Automatikgetriebes mit einem Reibungskupplungspaket und Hydraulikaktuator mit Elektrokeramikbeschichtung auf Verschleißflächen gemäß der vorliegenden Erfindung;
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13 ist eine volle Querschnittansicht eines Teils eines Automatikgetriebes mit einem Reibungskupplungspaket, Hydraulikaktuator und Planetengetriebe-Baugruppe mit Elektrokeramikbeschichtung auf Verschleißflächen gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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14 ist ein Ablaufdiagramm mit der Darstellung der Schritte zum Auftragen einer Elektrokeramikbeschichtung auf den in den bis dargestellten Aluminiumkomponenten.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich beispielhaft und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen.
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Bezugnehmend auf 1 ist ein Teil eines Kraftfahrzeug-Automatikgetriebes dargestellt, im Allgemeinen mit der Nummer 10 bezeichnet. Das Automatikgetriebe 10 beinhaltet ein Gehäuse 12, das verschiedene Komponenten beinhaltet, trägt, positioniert und schützt, wie Wellen und Hohlwellen 14, eine Vielzahl von Planetengetriebe-Baugruppen 16, von denen eine in 1 dargestellt, Fluidkanäle 18 und eine Vielzahl von Reibungskupplung-Baugruppen 20.
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Bezugnehmend auf 1 und 2 beinhalten die Reibungskupplungspaket-Baugruppen 20 eine Andruckscheibe 22 mit peripher angeordneten Außenverzahnungen 24, die in eine Vielzahl von Innenverzahnungen 58 innerhalb eines Außengehäuses 60 greifen und damit rotieren. Die Andruckscheibe 22 wird durch ein Gestänge oder Glied 28 axial versetzt, betätigt von einem Hydraulikantrieb oder -aktuator A 30. Die Reibungspaket-Baugruppen 20 beinhalten auch eine erste Vielzahl von 32 Reibungsplatten oder -scheiben mit Innenverzahnungen 34, die in zusätzliche Außenverzahnungen 36 in einer inneren Nabe 40 greifen und damit rotieren. Die erste Vielzahl von Reibungsplatten oder -scheiben 32 ist konventioneller Bauweise und beinhalten Reibmaterial 42 auf beiden Seiten bzw. Oberflächen. Die erste Vielzahl von Reibungsplatten oder -scheiben 32 ist mit einer zweiten Vielzahl von Reaktionsplatten oder -scheiben 52 verzahnt. Die Reaktionsplatten oder -scheiben 52 beinhalten peripher angeordnete Außenverzahnungen 56, komplementär zur Vielzahl von Innenverzahnungen 58 und in diese eingreifend, innerhalb des Außengehäuses 60 und mit diesem rotierend. Am der Andruckscheibe 22 gegenüberliegenden Seite liegt eine Halteplatte 62, wogegen die Reibungsscheiben 32 und Reaktionsscheiben 52 vom hydraulischen Stellglied 30 gepresst werden. In zusammengepresstem Zustand kann Drehmoment 40 zwischen der inneren Nabe und dem Außengehäuse 60 übertragen werden.
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Bezugnehmend auf 3 ist die Andruckscheibe 22 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gestanzt oder extrudiert, oder aus Aluminium-Sintermetall (PM) gefertigt und beinhaltet, wie oben angegeben, Außenverzahnungen 24 rund um ihre Peripherie. Die Vorder- und Rückseiten bzw. Oberflächen der Andruckscheibe 22 beinhalten eine Elektrokeramikbeschichtung 28. Die Elektrokeramikbeschichtung 28 besteht bevorzugt aus einem Material, wie Titandioxid, und wird mit dem weiter unten beschriebenen Verfahren aufgetragen. Die ungefähre Stärke der Keramikbeschichtung 28 kann von 0,005 bis 0,050 mm variieren. (0,000197 bis 0,00197 Zoll), kann aber je nach Leistungsanforderungen stärker oder schwächer sein.
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Bezugnehmend auf 4 ist die Reaktionsplatte oder -scheibe 52 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gestanzt oder extrudiert und beinhaltet, wie oben angegeben, Außenverzahnungen 56 rund um ihre Peripherie. Normalerweise weist die Reaktionsplatte oder -scheibe 52 eine Stärke von etwa 1,5 mm bis 3,0 mm. (0,059 bis 0,118 Zoll) auf. Die Vorder- und Hinterseiten bzw. Oberflächen der Reaktionsplatte oder -scheibe 52 beinhalten ebenfalls eine Elektrokeramikbeschichtung 54. Die Elektrokeramikbeschichtung 54 kann wenn gewünscht vor dem Stanzen auf das Aluminium oder Aluminiumblech aufgetragen werden. Die Elektrokeramikbeschichtung 54 ist bevorzugt aus Titandioxid mittels des weiter unten beschriebenen Verfahrens aufgetragen. Die ungefähre Endstärke der Keramikbeschichtung beträgt 0,005 bis 0,050 mm. (0,000197 bis 0,00197 Zoll), kann aber stärker oder schwächer sein.
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Bezugnehmend auf 5 beinhaltet die Halteplatte 62 auch Außenverzahnungen 64, komplementär zu den Innenverzahnungen 58 im Außengehäuse 60 und in diese eingreifend, und rotiert daher mit dem Außengehäuse 60. Die Halteplatte 62 ist bevorzugt aus Aluminium-Sintermetall (PM), gestanztem und bearbeitetem Aluminium, geschmiedetem und bearbeitetem Aluminium oder extrudiertem Aluminium. Die Vorderseite oder Oberfläche 66 der Halteplatte 62 weist ebenfalls eine Elektrokeramikbeschichtung 68 auf. Die ungefähre Endstärke der Keramikbeschichtung beträgt 0,005 bis 0,050 mm. (0,000197 bis 0,00197 Zoll), kann aber stärker oder schwächer sein.
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Es ist zu beachten, dass bezüglich der Andruckscheiben 22, Reaktionsscheiben 52 und Halteplatten 62 für die Elektrokeramikbeschichtungen 28, 54 und 68 kein zweiter Oberflächenüberzug erforderlich ist, aber ein zweiter Oberflächenüberzug nach der Beschichtung wünschenswert sein kann, um das Mikro-Oberflächenfinish so zu gestalten, dass die Oberfläche glatter oder rauer wird, um die Haftfähigkeit und das Kupplungsgefühl zu verbessern.
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Weil die Andruckscheiben 22, Reaktionsscheiben 52 und Halteplatten 62 mit elektrokeramikbeschichteten Oberflächen gemäß der vorliegenden Erfindung von der Funktion und den Abmessungen den vorher verwendeten Komponenten gleichen, können sie ohne weiteres anstelle dieser Komponenten als Austausch- oder Nachrüstungselemente eingebaut werden. Demzufolge sind ihre Vorteile, vorrangig Gewichts- und Energieeinsparung, unverzüglich verfügbar, ohne konstruktive oder andere technische Änderungen zu erfordern. Beispielsweise ergibt der Austausch der Andruckscheiben 22, der Reaktionsscheiben 52 und der Halteplatten 62 in den verschiedenen Kupplungen eines Automatikgetriebes eine Gewichtseinsparung von 1,8 Kg. (3,97 Pfund).
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Bezugnehmend auf 2 und 6 verwenden bestimmte Reibungskupplungen einseitige Reibungsplatten 80 mit Außenverzahnungen 82 und einer Elektrokeramikbeschichtung 84 auf beiden Seiten bzw. Oberflächen, aber Reibungsmaterial 86 nur auf einer Seite bzw. Oberfläche als Alternative zu Reibungskupplungen mit einer Vielzahl von Reibungsplatten 32 mit Reibungsmaterial 42 auf beiden Seiten, die mit Reaktionsscheiben 52 alternieren. Die einseitigen Reibungsplatten 82 aus Aluminium oder Aluminiumlegierung sind verschachtelt mit der Vielzahl von Reaktionsscheiben 90 aus Aluminium oder Aluminiumlegierung mit Innenverzahnungen 92 und einer Elektrokeramikbeschichtung 84 auf beiden Seiten bzw. Oberflächen und Reibungsmaterial 86 nur auf einer Seite bzw. Oberfläche. Die Elektrokeramikbeschichtung 84, die bevorzugt auch auf die Keilverzahnungen 82 und 92 aufgetragen wird, auf diesen einseitigen Platten 80 und 90 gewährt hervorragende Oberflächen, auf die das Klebe- und Reibungsmaterial 86 aufgetragen wird.
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Als vorteilhaft erweist sich, dass 6 zusätzlich zur Offenbarung von einseitigen Kupplungsscheiben Komponenten für den sogenannten umgekehrten Kupplungsaufbau darstellt, worin die Reibungsplatten 80 Außenverzahnungen 82 beinhalten, die zu den Verzahnungen 58 am Außengehäuses 60 passen, und die Reaktionsscheiben 90 Innenverzahnungen 92 beinhalten, die zu den Außenverzahnungen 36 an der inneren Nabe 40 entsprechen. Es ist zu beachten, dass beide Anordnungen des Reibungsflächenmaterials 42 und 86, d. h. einseitig oder doppelseitig, entweder mit der herkömmlichen Reibungskupplungskonfiguration auf 1 und 2 oder der umgekehrten Konfiguration von 6 verwendet werden können.
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Bezugnehmend auf 7 beinhaltet ein Fluidspeicher 100, der eine Komponente des Automatikgetriebes 10 von 1 sein kann, ein zylindrisches Gehäuse 102 mit einem im Wesentlichen geschlossenen Ende mit einer Einlass-/Auslassöffnung 104, die mit einer Fluidkammer 106 in Verbindung steht, ein offenes Ende, das mit einem Gewindestopfen 108 dicht verschlossen ist, und eine zylindrische Innenwand bzw. Innenfläche 110. Das Gehäuse 102 kann verschiedene Montage- oder Befestigungsmittel, wie z. B. die Arme 112, beinhalten. In dem zylindrischen Gehäuse 102 ist ein Kolben 114 mit einer oder mehreren umlaufenden Nuten 116 zur Aufnahme von Elastomer-Dichtungen 118, die in Kontakt mit der Innenwand bzw. Fläche 110 treten und diese abdichten. Zwischen dem Kolben 114 und dem Endstopfen 108 ist ein Paar konzentrisch umlaufender Druckfedern 120 angeordnet. In konventioneller Weise erzeugen die Druckfedern 120 eine Vorspannkraft für die Federn 114 in Richtung der Einlass-/Auslassöffnung 104. Wenn der Fluiddruck in der Kammer 106 die Kraft der Federn 120 überschreitet, bewegt sich der Kolben in 7 nach rechts und vergrößert das Volumen der Fluidkammer 106 und umgekehrt. Die zylindrische Innenwand bzw. -fläche 110 trägt eine Elektrokeramikbeschichtung 124 mit einer Stärke von 005 bis 0,050 mm. (0,000197 bis 0,00197 Zoll) oder mehr oder weniger, in Abhängigkeit von Konstruktionserwägungen, die nach untenstehender Beschreibung aufgetragen wird.
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Bezugnehmend auf die 8 und 9 ist ein anderer Teil eines Kraftfahrzeug-Automatikgetriebes dargestellt, generell mit der Nummer 150 bezeichnet. Das Automatikgetriebe 150 beinhaltet ein Gehäuse 152, das verschiedene Komponenten, wie eine Antriebswelle 154, trägt, positioniert und schützt, eine konzentrische Hohlwelle 156, eine Vielzahl von Planetengetriebe-Baugruppen 158, von denen eine in 8 dargestellt ist, Fluidkanäle 162 und eine Vielzahl von Reibungskupplungs-Baugruppen 164, von denen ebenfalls eine in 8 dargestellt ist.
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Das Automatikgetriebe 150 beinhaltet auch eine Bandbremsenbaugruppe 170, die generell die oben erwähnten Komponenten umgibt, die um die Achse der Antriebswelle 154 und der Hohlwelle 156 rotieren. Die Bandbremsenbaugruppe 170 beinhaltet ein glockenförmiges bzw. zylindrisches Gehäuse 172, das von einem reibungsarmen Lager 174 gehalten wird, wie einer Kugellager- oder Walzenlager-Baugruppe, und ist zur Rotation mit einer Komponente, wie einem Planetengetriebeträger 176 der Planetengetriebe-Baugruppe 158, gekoppelt. Das zylindrische Gehäuse 172 der Bandbremsenbaugruppe 170 kann verschiedene Formen annehmen, wie axial kürzere oder längere Formen, oder mit einem gleichförmigen Außendurchmesser.
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Das zylindrische Gehäuse 172 beinhaltet eine voll umlaufende äußere sich ringförmig erstreckende Reibungsfläche 180, die im Allgemeinen von einem Bremsband 182 umgeben ist. Das Bremsband 182 ist auf seiner Innenfläche, gegenüber und neben der äußeren Reibungsfläche 180 des zylindrischen Gehäuses, 172 mit Kupplungs- oder Bremsreibungsmaterial 184 beschichtet. Ein Ende des Bremsbands 182 ist mit einem geeigneten Befestigungsmittel 185 am Getriebegehäuse 152 befestigt, und das andere Ende ist mit einer Öse oder Lasche 186 versehen, in der eine Welle, Stange oder Antriebsglied 188 eines bidirektionalen Linearaktuators 190 steckt. Der Linearaktuator 190, der hydraulisch, elektrisch oder pneumatisch betätigt wird, kann von einem Getriebesteuermodul (TCM) oder einem ähnlichen Gerät oder einem Kraftfahrzeug-Steuergerät (alle nicht dargestellt) gesteuert werden, das die Betätigung des Aktuators 190 steuert und das Bremsband 182 um die Reibungsfläche 180 des zylindrischen Gehäuses 172 spannt, um die Rotation des Gehäuses 172 und jeder damit gekoppelten oder verbundenen Komponente/n zu blockieren oder zu beenden, und das Bremsband 182 entspannt, um die deren Rotation freizugeben.
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Das zylindrische Gehäuse 172 ist aus Aluminium 5052 oder 6061 oder einer ähnlichen Legierung gefertigt, und die äußere ringförmige Reibungsfläche 180 des zylindrischen Gehäuses 172 beinhaltet eine Elektrokeramikbeschichtung 194, die mit dem weiter unten beschriebenen Verfahren aufgetragen wird. Die Elektrokeramikbeschichtung 194 auf dem Gehäuse 172 kann poliert oder bearbeitet sein, je nach Bedarf und nach der Stärke der Keramikbeschichtung 194, um das gewünschte Oberflächenfinish zu erhalten. Die ungefähre Endstärke der Keramikbeschichtung 194 beträgt 0,005 bis 0,050 mm. (0,000197 bis 0,00197 Zoll), aber sie kann stärker oder schwächer sein. Das zylindrische Gehäuse 172 der Bandbremsenbaugruppe 170 bietet somit die Vorteile der Gewichtseinsparung und geringen Trägheit des Aluminiums zusammen mit verbesserter Haltbarkeit und Lebensdauer.
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Bezugnehmend auf 10 ist ein anderer Teil eines Kraftfahrzeug-Automatikgetriebes und generell mit der Nummer 200 gekennzeichnet. Das Automatikgetriebe 200 beinhaltet ein Gehäuse 212, eine rotierende Welle oder Hohlwelle 214, eine Vielzahl von Planetengetriebe-Baugruppen (nicht dargestellt), eine Vielzahl von Fluidkanälen 216 und eine Vielzahl von Reibungskupplungs-Baugruppen 218, von denen eine in 10 dargestellt ist. Die Reibungskupplungs-Baugruppe 218 beinhaltet ein ausbalanciertes hydraulisches Betätigungsorgan oder einen Aktuator 220 mit Hydraulikflüssigkeitskammern 224 in einer einheitlichen Aluminium-Gehäuse- und Nabenbaugruppe 230. Die Hydraulikflüssigkeitskammern 224 werden durch die Fluidkanäle 216 selektiv mit Hydraulikflüssigkeitsdruck beaufschlagt, um die Reibungskupplungs-Baugruppe 218 ein- und auszukuppeln und Drehmoment darüber zu übertragen. Drei elastische Dichtungen 226 in entsprechenden Nuten 228 neben den Fluidkanälen 216 dichten die Fluidkanäle 216 ab und isolieren sie und leiten die Hydraulikflüssigkeit zu den Kammern 224 des hydraulischen Stellgliedes oder Aktuators 220.
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Eine einheitliche Aluminium-Gehäuse- und Nabenbaugruppe 230 vereint bevorzugt in einer Komponente einen sich radial und axial an der Außenseite der Reibungskupplungs-Baugruppe 218 erstreckenden „L”-förmigen Gehäuseteil 232 und einen unregelmäßig, generell zylindrisch, geformten, sich axial an der Innenseite der Reibungskupplungs-Baugruppe 218 erstreckenden Nabenteil 234. Der Gehäuseteil 232 der Gehäuse- und Nabenbaugruppe 230 beinhaltet eine Vielzahl von Innenverzahnungen 236, die mit einer Vielzahl von Reaktionsscheiben 238 in der Reibungskupplungs-Baugruppe 218 zur Gehäuse- und Nabenbaugruppe 230 ineinander greifen und diese koppeln. Der Nabenteil 234 der Gehäuse- und Nabenbaugruppe 230 beinhaltet auch eine Vielzahl von Innenverzahnungen 240, die zu einer Vielzahl von komplementären Außenverzahnungen 244 auf der Welle oder Hohlwelle 214 passen, um zwischen diesen Drehmoment zu übertragen. Der Nabenteil 234 beinhaltet Buchsen- und rotierende Dichtflächen 246, die über Rotation und Reibung mit elastischen Dichtungen 226 und danebenliegenden Buchsen sowie einer Druckfläche bzw. einem Wellenabsatz 248 in Kontakt treten.
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Die Vielzahl von Innenverzahnungen 236 und 240 sowie die Buchsen- und rotierenden Dichtflächen 246 und die Druckfläche bzw. der Wellenabsatz 248 sind mit einer Elektrokeramikbeschichtung 250 versehen, die mit dem weiter unten beschriebenen Verfahren aufgetragen wird. Komfortabel und praktisch können die gesamten inneren und äußeren Flächen der einheitlichen Aluminium-Gehäuse- und Nabenbaugruppe 230 mit dem Elektrokeramikmaterial 250 beschichtet sein. Die Elektrokeramikbeschichtung 250 auf der Vielzahl der Innenverzahnungen 236 und 240 schafft eine Fläche, die eine gute Oberflächenhärte aufweist, die der Belastung durch den Eingriff einer stählernen Zahnwelle oder von Kupplungsscheiben standhält, die normalerweise aus Stahl sind, aber, wie oben beschrieben, aus Aluminium mit einer Elektrokeramikbeschichtung sein können. Die ungefähre Stärke der Keramikbeschichtung 250 beträgt 0,005 bis 0,050 mm. (0,000197 bis 0,00197 Zoll), aber sie kann stärker oder schwächer sein.
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Mit Bezug auf die Elektrokeramikbeschichtung 250 auf den Buchsen- und rotierenden Dichtungsflächen 246 und der Druckfläche oder dem Wellenabsatz 248 wenn erforderlich poliert oder bearbeitet sein, je nach Stärke der Elektrokeramikbeschichtung 250, um das gewünschte Oberflächenfinish zu erhalten. Erneut beträgt die ungefähre Stärke der Keramikbeschichtung 250 0,005 bis 0,050 mm. (0,000197 bis 0,00197 Zoll), aber sie kann stärker oder schwächer sein.
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Die elektrokeramikbeschichtete einheitliche Aluminium-Gehäuse- und Nabenbaugruppe 230 kombiniert in einer einzelnen leichtgewichtigen und haltbaren Aluminiumkomponente das, was vorher aus zwei Komponenten bestand, einschließlich einer Stahlnabe, die durch Nieten oder formschlüssigen Pressen mit dem Gehäuse verbunden war. Außerdem bietet die einheitliche Aluminium-Gehäuse- und Nabenbaugruppe 230 Gewichtsersparnis in einer Komponente, die für Nachrüstungen gleicher Baugruppen verwendet werden kann und den gleichen oder weniger Platzbedarf hat.
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Bezugnehmend auf 11 ist ein typischer und exemplarischer Ventilkörper für ein Automatikgetriebe dargestellt und im Allgemeinen mit der gleichen Nummer 300 bezeichnet. Der in dem Bodenteil eines Automatikgetriebes (nicht dargestellt) befestigte Ventilkörper 300 ist normalerweise aus Gussaluminium und beinhaltet zahlreiche Anschlüsse und Kanäle 302, die für den Flüssigkeitsaustausch zwischen beispielsweise einem Gehäuse 304 einer Hydraulikpumpe und einer Vielzahl von Ventilbohrungen 306 sowie zahlreiche interne hydraulisch gesteuerte und betätigte Komponenten des Getriebes. Die Ventilbohrungen 306 werden mit der gleichen Anzahl an Ventilen oder Ventilschiebern 310 ausgestattet, die auch gewöhnlich aus Aluminium gefertigt werden. Die Ventile oder Ventilschieber 310 sind auf ihrer gesamten Außenfläche mit einer Elektrokeramikbeschichtung 312 versehen, die mit dem weiter unten beschriebenen Verfahren aufgetragen wird. Wenn gewünscht kann die Elektrokeramikbeschichtung 312 auch auf die Innenflächen der Ventilbohrungen 306 in dem Ventilkörper 300 aufgetragen werden.
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Erneut beträgt die ungefähre Stärke der Keramikbeschichtung 312 0,005 bis 0,050 mm. (0,000197 bis 0,00197 Zoll), aber sie kann stärker oder schwächer sein. Schwache (0,005 bis 0,006 mm.) und mittlere (0,010 bis 0,012 mm.) Stärken von Keramikbeschichtungen 312 benötigen generell keine zweite Deckschicht, um Abmessungen oder Oberflächenfinish anzupassen. Stärkere Keramikbeschichtungen im Bereich von 0,020 bis 0,050 mm benötigen generell ein zweites Oberflächenfinish. Die Elektrokeramikbeschichtung 312 auf den Ventilen 310 und Bohrungen 306 im Ventilkörper 300 gewährt eine haltbarere Oberfläche als unverkleidetes Aluminium, beseitigt das Abriebpotential, das besteht, wenn beide Oberflächen aus blankem oder unbehandelten Aluminium sind, und durch die Oberflächenporosität der Keramikbeschichtung 312 wird eine geringe Menge Öl (Hydraulikflüssigkeit) an der Schnittfläche zwischen Ventil 310 und Ventilkörper 300 zurückgehalten, wodurch die Abnutzung vermindert wird.
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Bezugnehmend auf 12 ist ein Teil eines Kraftfahrzeug-Automatikgetriebes dargestellt, im Allgemeinen mit der Nummer 350 bezeichnet. Das Automatikgetriebe 350 beinhaltet ein Reibungskupplungspaket 352 mit ineinander verschachtelten Reibungsplatten 354, die im Eingriff mit einer inneren Nabe 356 verzahnt sind, und Reaktionsscheiben 358, die wiederum im Eingriff mit einem Außengehäuse verzahnt sind 362. Die innere Nabe 356 ist mit einer Hohlwelle 360, von der sie angetrieben wird. Die verschachtelten Reibungsplatten 354 und Reaktionsscheiben 358 sind zwischen einer mit dem Gehäuse 362 verzahnten und von diesem angetriebenen Halteplatte 364 und einer Andruckscheibe 366 angeordnet, die von einem hydraulischen Aktuator oder Stellglied 370 betätigt wird. Der hydraulische Aktuator 370 ist ein ausbalancierter Aktuator mit einem runden Aluminiumkolben 372 und einer inneren elastischen Dichtung 373, einer ersten Betätigungskammer 374 auf einer Seite des Kolbens 372 und einer zweiten Ausgleichskammer 376 auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens 372. Ein erster Fluidkanal 378 fördert selektiv Hydraulikflüssigkeit unter Druck zur Betätigungskammer 372 und ein zweiter Fluidkanal 382 fördert Hydraulikflüssigkeit zur Ausgleichskammer 374.
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Ein axialer stationärer, komplex kreisförmig gebogener Aluminiumdamm 384 mit elastischen Dichtungen 386 an seinen inneren und äußeren Kanten dichtet die Ausgleichskammer 376 ab. In der Ausgleichskammer 376 sitzt eine Ringfeder 388, wie eine Belleville-Tellerfeder oder -Unterlegscheibe. Die Feder 388 tritt mit einer inneren Fläche 392 des Kolbens 372 und einer vorstehenden Oberfläche 394 des kreisförmigen Damms 384 in Kontakt. Da die Feder 388 reagiert, wenn sich der Kolben lateral 372 verschiebt, sind diese Kontaktbereiche Verschleißflächen und mit einer Elektrokeramikbeschichtung 396 nach dem weiter unten beschriebenen Verfahren versehen. Die ungefähre Stärke der Keramikbeschichtung 396 beträgt 0,005 bis 0,050 mm. (0,000197 bis 0,00197 Zoll), aber sie kann stärker oder schwächer sein. Die Fertigung des Kolbens 372 und des Damms 384 aus Aluminium anstelle von Stahl reduziert Masse und Trägheit und trägt zu einer besseren Kraftstoffeffizienz bei.
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Bezugnehmend auf 13 ist ein Teil eines Automatikgetriebes, ähnlich dem Automatikgetriebe 10 von 1, dargestellt, das im Allgemeinen mit der Nummer 400 bezeichnet ist. Das Automatikgetriebe 400 beinhaltet a Gehäuse 402, das die internen Komponenten des Getriebes 400 trägt, beherbergt und schützt, wie eine Antriebshohlwelle 404, eine Vielzahl von Reibungskupplungspaketen 406, von denen eines in 13 dargestellt ist, und eine Vielzahl von Planetengetriebe-Baugruppen 410, von denen eine ebenfalls in 13 dargestellt ist. Das Planetengetriebe 410 beinhaltet ein Sonnenrad 412, einen Planetenträger 414 und ein Hohlrad 416. Der Planetenträger 414 ist aus Aluminium gefertigt und enthält eine Vielzahl, normalerweise drei oder vier, Planetenräder 418, die frei drehend auf in dem Planetenträger 414 montierten Wellenstümpfen sitzen 422 und in Dauereingriff mit dem Sonnenrad 412 und dem Hohlrad 416. Weil die Planetenräder 418 schräg verzahnt sind, erzeugt ihre Rotation Axialkräfte und es wurden oft Druckscheiben zwischen den Planetenrädern 418 und dem Planetenträger 414 eingesetzt. Eine Elektrokeramikbeschichtung 426, aufgetragen mit dem unten beschriebenen Verfahren, wird auf den Flächen und Absätzen 428 des Planetenträgers 414 und den danebenliegenden Kontaktflächen der Planetenräder 418 angebracht. Zusätzlich zu den Kronen- oder Keilverbindungen 430 zwischen dem Planetenträger 414 und einer mit dem Außengehäuse 434 der Planetengetriebe-Baugruppe 406 gekoppelten Nabe 432 sind die Eingriffsflächen und bevorzugt Seiten der Kronen- oder Keilverbindungen 430 mit der, wie weiter unten beschriebenen, aufgetragenen Elektrokeramikbeschichtung 426 versehen. Sowohl auf den Flächen und Absätzen 428 des Planetenträgers 414, als auch den Kronen- oder Keilverbindungen 430 beträgt die ungefähre Stärke der Elektrokeramikbeschichtung 426 0,005 bis 0,050 mm. (0,000197 bis 0,00197 Zoll), aber sie kann stärker oder schwächer sein.
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Bezugnehmend auf 14 hinsichtlich aller oben beschriebenen Aluminiumkomponenten sind jetzt das gesamte Verfahren 500 und die am Auftragen der Elektrokeramikbeschichtung beteiligten Einzelschritte beschrieben. Zuerst wird (werden) in Schritt 502 die Oberfläche(n) der Komponente mit einer Entfettungslösung gereinigt, um Öle und Fremdsubstanzen zu entfernen, die den Elektrobeschichtungsprozess beeinträchtigen können. Als nächstes wird die Komponente in Schritt 504 einer ersten Wasserspülung unterzogen, um die Entfettungslösung zu entfernen. In einem optionalen zweiten Spülschritt 506 kann die Komponente mit deionisiertem Wasser abgespült werden.
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Die Keramikbeschichtung wird in Schritt 510 aufgetragen. In Schritt 510 wird in einem Galvanisierbad eine niedrige Gleichspannung angelegt, worin der negative Pol (Kathode) in dem Bad eingetaucht und der positive Pol mit der zu beschichtenden Aluminiumkomponente (Anode) verbunden ist. Das Galvanisierbad hat bevorzugt einen pH-Wert von 2.5 und beinhaltet aufgelöstes Titan (Ti). Dann erfolgt ein elektrolytischer Plasmaabscheidungsprozess, der normalerweise von einer bis fünf Minuten dauert, um die oben angegebene Stärke zu erzielen (0,005 bis 0,050 mm), in dem negative Titanionen O2-Moleküle aufnehmen und eine Titandioxidschicht auf der (den) Oberfläche(n) der Komponente bilden. Die normale Härte einer solchen Beschichtung beträgt zwischen 300 und 1400Hv.
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Wie oben angegeben, ist die Keramikbeschichtung porös und kann somit Öl oder Luft als Gleitmittel zurückhalten, das die Lebensdauer und Funktion der Komponente verbessert und die Gleitreibung reduziert. Nachdem die gewünschte Stärke der Keramikschicht (Titandioxid) erreicht ist, wird die Komponente aus dem Galvanisierungsbad entnommen und in Schritt 512 gespült. Ein abschließender Schritt 514 beinhaltet das Trocknen der Komponente, die dann in ein Lager oder zu einer Fertigungslinie weitergeleitet werden kann.
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Die Beschreibung der Erfindung ist nur als Beispiel zu verstehen und Variationen, die sich nicht vom Kern der Erfindung entfernen, werden als im Rahmen der Erfindung befindlich vorausgesetzt. Solche Variationen sollen nicht als eine Abweichung vom Sinn und Umfang der Erfindung betrachtet werden.
