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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Reibbelag für
eine Kupplungsscheibe bzw. eine einen derartigen Reibbelag aufweisende
Kupplungsscheibe.
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Aus dem Stand der Technik bekannte
Reibbeläge
für Kupplungsscheiben
lassen sich allgemein in zwei Systeme aufgliedern. Ein Typ von Reibbelägen enthält eine
organische Matrix, also ein Material, das für den strukturellen Zusammenhalt
des Reibbelags an sich sorgt. In diese organische Matrix sind Verstärkungsfasern
eingebettet, ebenso wie Füllmaterial,
das im Allgemeinen in Partikelform vorliegt und im Wesentlichen
zum Einstellen der Reibeigenschaften ausgewählt ist. Ein Problem derartiger
mit organischer Matrix aufgebauter Kupplungsbeläge ist zum einen die strukturelle
Integrität,
d.h. die Festigkeit der Reibbeläge
unter Fliehkrafteinwirkung, und ist zum anderen die sehr starke
thermische Belastung, die z.B. im Schlupfbetrieb auftritt. Um die
erforderliche Festigkeit zu erlangen, ist es bekannt, derartige
mit organischen Matrixmaterialien und Verstärkungsfasern aufgebaute Reibbeläge in geschlossener
Kreisringform bereitzustellen, in welchen im Wesentlichen als Verstärkungsfasermaterial
ein vielfach gewundener Faserstrang vorhanden ist, der vor allem
auch zur Aufnahme der erheblichen unter Fliehkrafteinwirkung auftretenden
Tangentialspannungen dient. Ein anderes System sind sogenannte aus
Sintermaterial hergestellte Beläge,
die im Allgemeinen in segmentartiger Form vorliegen. Hier werden
also kreisringartige Belagformationen durch aufeinander folgendes
Anordnen mehrerer Belagsegmente erhalten. Während vor allem hinsichtlich
der thermischen und chemischen Stabilität Sinterbeläge Vorteile gegenüber Belägen mit
organischem Matrixmaterial aufweisen, führen diese im Reibverhalten
zu einem im Allgemeinen wesentlich unkomfortableren Betrieb, d.h.
die Dosierbarkeit des Kupplungsmoments ist schlechter und es besteht
die Gefahr von sogenannten Rupfschwingungen. Derartige Sinterbeläge werden
daher im Allgemeinen nur in Bereichen eingesetzt, wo der thermischen
Stabilität
Vorrang gegenüber
dem Komfort gegeben wird, also im Bereich von Nutzkraftfahrzeugen.
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Es ist das Ziel der vorliegenden
Erfindung, einen Reibbelag für
eine Kupplungsscheibe bzw. eine einen derartigen Reibbelag aufweisende
Kupplungsscheibe bereitzustellen, bei welchen bei erhaltenem Kupplungskomfort
ein verbessertes Reibverhalten erlangt werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe gelöst
durch einen Reibbelag für
eine Kupplungsscheibe, wobei der Reibbelag im Wesentlichen aufgebaut
ist aus organischem Matrixmaterial, Verstärkungsfasern und Füllmaterial,
wobei der Volumenanteil der Verstärkungsfasern weniger als 40% beträgt.
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Elementar ist bei dem erfindungsgemäßen Reibbelag,
dass dieser einen deutlich verminderten Anteil an Verstärkungsfasern
aufweist, der im Bereich von unter 40% liegt. Es wird somit in dem
Reibbelag Volumen frei, das genutzt werden kann für Füllmaterial,
also dasjenige Material, das durch seine Zusammensetzung bzw. seine
Struktur im Wesentlichen die Reibeigenschaften bestimmt.
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Es bleibt also der allgemein bekannte
Komfort von Reibbelägen
mit organischem Matrixmaterial erhalten, während durch das Einbringen
enstprechend geeigneter Füllmaterialien
bei Erhöhung
des Reibkoeffizienten eine bessere Temperaturfestigkeit erlangt
werden kann.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein,
dass der Volumenanteil der Verstärkungsfasern
weniger als 20% beträgt
und beispielsweise im Bereich von etwa 10% liegt.
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Das organische Matrixmaterial kann
Polymermaterial umfassen. Es kommen insbesondere Phenolharz, Melaminharz,
Polyesterharz, Epoxidharz oder Alkylharz in Frage. Der Volumenanteil
dieses organischen Matrixmaterials kann im Bereich von 15% bis 30%,
vorzugsweise bei etwa 20% liegen.
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Um die gewünschten Reibeigenschaften in geeigneter
Weise einstellen zu können,
wird vorgeschlagen, dass das Füllmaterial
Sulfide, vorzugsweise Metallsulfide, oder/und Sulfate, vorzugsweise, Metallsulfate,
umfasst.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass
das Füllmaterial
keramisches Material umfasst. Diese im Allgemeinen in Partikelform
in das Matrixmaterial eingebetteten Füllmaterialien beeinflussen
durch ihre Temperaturfestigkeit einerseits und ihre Reibeigenschaft andererseits
im Wesentlichen die im Kupplungsbetrieb auftretende Charakteristik
des erfindungsgemäßen Reibbelags.
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Dieser Reibbelag kann weiterhin ringartig, also
als geschlossener Kreisring ausgebildet sein, kann jedoch auch als
Segment bereitgestellt werden, so dass wiederum aus einer Mehrzahl
von Segmenten eine ringartige Reibbelaganordnung aufgebaut werden
kann.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung
eine Kupplungsscheibe, die wenigstens einen erfindungsgemäßen Reibbelag
aufweist.
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Diesem Reibbelag kann zur strukturellen
Unterstützung
wenigstens ein radial stützendes
Stützringelement
zugeordnet sein. Dies ist vor allem daher von Bedeutung, da bei
dem erfindungsgemäßen Reibbelag
der Anteil an Fasermaterial gegenüber herkömmlichen organisch aufgebauten
Reibbelägen deutlich
vermindert ist, so dass auch die entsprechende Stützfunktion
dieses Fasermaterials weniger stark ausgeprägt ist, dann aber durch das
erfindungsgemäße Vorsehen
wenigstens eines Stützringelements
ausgeglichen werden kann.
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Weiterhin kann eine radial sehr feste
Anbindung der Reibbeläge
bzw. eines Reibbelags dadurch erlangt werden, dass an dem wenigstens
einen Reibbelag eine Formschlusseingriffsformation gebildet ist,
die mit einer Gegen-Formschlusseingriffsformation
an einem Belagträger
in Eingriff steht.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen
detailliert beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
Längsschnittansicht
einer Kupplungsscheibe;
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2 eine
Axialansicht eines kreisringartig ausgebildeten Reibbelags auf Reibbelagträgern;
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3 eine
der 2 entsprechende
Ansicht eines in vier Segmenten aufgebauten Reibbelags;
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4 eine
Draufsicht auf einen segmentartig ausgebildeten Reibbelag mit Nietöffnungen;
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5 eine
Draufsicht auf einen segmentartig ausgebildeten Reibbelag auf einem
Trägerelement;
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6 einen
kreisartig ausgebildeten Reibbelag in Draufsicht in Seitenansicht;
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7 einen
kreisartig ausgebildeten Reibbelag auf einem Trägerelement in Draufsicht und
in Seitenansicht;
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8 einen
als Segment bereitgestellten Reibbelag auf einem beispielsweise
eine Belagfederung bereitstellenden Trägerelement;
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9 eine
Schnittdarstellung des in 8 gezeigten
Reibbelags, geschnitten längs
einer Linie B-B in 8;
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10 eine
Schnittdarstellung eines alternativen Reibbelags;
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11 eine
der 9 entsprechende
Ansicht einer alternativen Ausgestaltungsform.
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In 1 ist
eine Kupplungsscheibe 10 gezeigt, welche radial innen einen
Nabenbereich 12 aufweist und radial außen an den Nabenbereich 12 beispielsweise über einen
Torionsschwingungsdämpfer 14 angekoppelt
eine Reibbelagträgeranordnung 16 aufweist.
Diese Reibbelagträgeranordnung 16 kann
beispielsweise mehrere in Umfangsrichtung aufeinander folgende Trägerelemente,
beispielsweise auch in Form von Belagfederungen, aufweisen, an welche
beidseits Reibbeläge 18 angebunden
sind. Diese Anbindung kann dadurch erfolgen, dass in den Reibbelägen Nietöffnungen 20 vorgesehen
sind, durch welche hindurch Befestigungsniete 22 geführt sind.
Wie in der Axialansicht der 2 erkennbar, können die
Reibbeläge 18 mit
geschlossener Ringform ausgebildet sein, können, wie in 3 erkennbar auch aus Reibbelagsegmenten 24 zum
Bilden einer ringartigen Anordnung zusammengefügt sein. Die erfindungsgemäßen Reibbeläge 18 bzw. 24 sind nach
Art sogenannter organischer Reibbeläge aufgebaut. D.h. diese Reibbeläge umfassen
organisches Matrixmaterial. Hier kann beispielsweise Polymermaterial,
z.B. Phenolharz, Melaminharz, Polyesterharz, Epoxidharz, Alkylharz
oder dergleichen zum Einsatz gelangen, dass durch Fusion, Vernetzung
bzw. Massierung zu einer festen Struktur verbunden wird. In dieses
organische Matrixmaterial sind zum einen Verstärkungsfasern eingebettet, beispielsweise
Kohlefasern oder dergleichen, um die strukturelle Integrität zu verbessern.
Ferner sind in das Matrixmaterial Füllmaterialien eingebettet,
die im Allgemeinen in Partikelform vorliegen und das Reibverhalten
im Wesentlichen bestimmen. Wesentlich bei den erfindungsgemäßen Reibbelägen ist,
dass der Volumenanteil des Fasermaterials unter 40% liegt, vorzugsweise
im Bereich von etwa 10% liegt. Bei einem Volumenanteil des organischen
Matrixmaterials von etwa 20% ergibt sich damit ein hinsichtlich
aus dem Stand der Technik bekannten Reibbelägen organischer Bauart deutlich
vergrößerter Volumenanteil des
für die
Reibeigenschaften bestimmenden Füllmaterials.
Das bei den erfindungsgemäßen Reibbelägen eingesetzte
Fasermaterial weist vorzugsweise eine Faserlänge von maximal 100 mm auf,
wobei eine Faserlänge
von unter 20 mm bzw. im Bereich von etwa 5 mm bevorzugt ist. Dies
ist im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen, wo
bei der ringartigen Struktur der Reibbeläge eine Faser mehr oder weniger
endlos gewunden ist, bis ein ausreichender Volumenanteil mit Fasermaterial gefüllt ist,
eine deutliche Faserlängenreduzierung, was
eine allgemein verminderte interne Stabilität der so aufgebauten Reibbeläge zur Folge
hat. Um bei Auftreten von Fliehkräften gleichwohl eine ausreichende
Festigkeit bzw. Abstützung
der Reibbeläge nach
radial außen
zu erlangen, wenn diese als geschlossene Ringe bereitgestellt sind,
können,
wie in 1 erkennbar,
in Zuordnung zu den dort gezeigten Reibbelägen 18 Stützringe 26 vorgesehen
sein. Diese beispielsweise aus Metall oder faserverstärktem Kunststoff
aufgebauten Ringe umgeben in dem in 1 dargestellten
Beispiel die Reibbeläge 18 radial außen und
sorgen somit für
die wesentliche Radialabstützung
bzw. auch für
die Aufnahme von Tangentialkräften,
so dass die interne Belastung des Reibbelagmaterials reduziert wird.
Alternativ oder zusätzlich können, wie
in 2 gezeigt, auch in
radial weiter innen gelegenen Bereichen derartige Stützringe 26 beispielsweise
an an der Rückseite
der Reibbeläge vorgesehenen
Nuten vorgesehen sein. Auch bei der Ausgestaltung mit segmentartig
aufegbauten Reibbelägen 24,
wie in 3 gezeigt, kann
es vorteilhaft sein, derartige Stützringe 26 zur Radialabstützung bereitzuhalten.
Gleichwohl wird die in diesen Segmenten 24 auftretende
unter Fleihkrafteinwirkung induzierte Belastung sowohl in radialer
als auch in tangentialer Richtung vermindert sein, da keine geschlossene
Ringstruktur vorhanden ist. Vielmehr ist durch die Anbindung der
einzelnen segmentartig ausgebildeten Reibbeläge 24 an die Trägeranordnung 16 durch
Vernietung oder dergleichen in entsprechend fester Art und Weise
dafür gesorgt,
dass die im Drehbetrieb auftretenden Fliehkräfte und die dadurch induzierten
Spannungen in die Trägeranordnung 16 eingeleitet
werden.
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Wie vorangehend bereits ausgeführt, ist
das in den Reibbelägen 18 bzw. 20 vorgesehene
Füllmaterial
von wesentlicher Bedeutung für
die Reibcharakteristik. Dieses Füllmaterial
kann beispielsweise Sulfide, insbesondere Metallsulfide wie ZnS,
SnS, SnS2, SbS3,
FeS umfassen. Weiterhin kann es Sulfate umfassen, wie z.B. BaSO4. Von Bedeutung ist, dass keinesfalls giftige
Schwermetalle in dem Belag enthalten sind. Auch sollen keine sonstigen
giftigen Stoffe, wie Aspest, Kadmium bzw. Fasern mit kritischer
Morphologie enthalten sein. Metallische Bestandteile des Füllmaterials
können,
wie zum Teil bereits erwähnt,
Ba, Cu, Zn, Fe, Sb, Sn, Al, Mn bzw. Mo sein. Auch können Carbonate,
Oxide und Carbide bzw. Nitride sowie im Allgemeinen keramische Füllmaterialien
zum Einsatz gelangen. Auch Graphit und andere Kohlenstoffverbindungen
können
zum Einsatz gelangen.
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Es ist selbstverständlich,
dass neben den drei angesprochenen Bestandteilen bzw. Gruppen von
Bestandteilen, also organische Matrix, Fasern und Füllmaterial,
auch noch weitere Zusätze
als Restmaterial vorhanden sein können.
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Wie vorangehend bereits angeführt, wird
die Reduzierung des Faseranteils im Volumen der Reibbeläge vor allem
dann in vorteilhafter Art und Weise ermöglicht, wenn die Reibbeläge segmentartig
aufgebaut sind. Nachfolgend werden mit Bezug auf die 4 bis 7 weitere Beispiele segmentartiger Reibbeläge angeführt. So
erkennt man in 4 einen
kreissegmentartig aufgebauten Reibbelag, der zwei Nietöffnungen 20 zur
Festlegung an einer Trägeranordnung
aufweist. In 4 ist ein
entsprechender segmentartiger Reibbelag 24 gezeigt, der
auf ein Trägerelement 28 aufgebracht
ist. Dieses Aufbringen kann beispielsweise durch Verklebung erfolgen.
Das Träger element 28 kann
dann wiederum an der Trägeranordnung 16 festgelegt
werden, beispielsweise durch Vernietung. In 6 ist in Draufsicht und in Seitenansicht
ein ebenfalls segmentartig ausgebildeter Reibbelag 24 gezeigt,
der hier eine kreisrunde Kontur bzw. eine zylindrische Formgebung
aufweist. Dieser Reibbelag 24 kann beispielsweise auf ein
Belagfederblech aufgeklebt werden. In 7 ist
der gleiche segmentartige kreisförmige
Reibbelag 24 nunmehr aber auf einem Trägerelement 28 angebracht
gezeigt, wobei auch hier die Anbringung beispielsweise durch Verklebung
erfolgen kann.
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Um insbesondere dann, wenn derartige Reibbeläge 24 durch
Verklebung, Vernietung oder dergleichen auf Trägerelementen 28 bzw.
der Trägeranordnung 16,
wie in 1 gezeigt, anzubringen sind,
eine weitere verbesserte Radialabstützung erlangen zu können, ist
es möglich,
die Reibbeläge, insbesondere
die segmentartig ausgebildeten Reibbeläge 24, an ihrer Rückseite,
d.h. derjenigen Seite, welche keine Reiboberfläche bereitstellt, mit einer eine
Formschluss-Eingriffsformation bereitstellenden Strukturierung auszubilden.
An den Trägerelementen 28 kann,
wie beispielsweise in Verbindung der 8, 9 und 11 gezeigt, eine durch entsprechende
Ausbiegungen oder Ausformungen 30 bereitgestellte Gegen-Formschlusseingriffsformation
bereitgestellt werden, die dann in entsprechende Ausnehmungen 32 der
Formschlusseingriffsformation eingreifend positioniert werden, so
dass vor allem in Radialrichtung ein verbesserter Zusammenhalt der
Reibbeläge 24 mit
einem jeweiligen Trägerelement 28 bzw.
der Trägeranordnung 16 erlangt
wird. Auf diese Art und Weise kann zusätzlich zur Vernietung oder
ggf. Verklebung der radiale Zusammenhalt der Reibbeläge 24 mit
der Trägeranordnung
verbessert werden.
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In 10 ist
eine weitere Variante gezeigt, bei welcher ein Reibbelag, auch hier
in segmentartiger Art und Weise aufgebaut, durch einen im radial inneren
Bereich positionierten Stützring 26 radial
abgestützt
wird. Dieser Stützring 26 kann
mit einem Axialvorsprung in eine enttprechende Aus nehmung im Reibbelag 24 eingreifen,
um diesen in radialer Richtung abzustützen. Dies kann sowohl bei
der in 10 angesprochenen
segmentartigen Ausgestaltung des Reibbelags, als auch bei einem
ringartig geschlossenen mit vergleichsweise kurzen Fasern ausgebildeten
Reibbelag 18, wie in 2 gezeigt,
vorgesehen sein.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung von
Reibbelägen
wird insbesondere auf Grund der Verminderung des Volumenanteils
der Faserverstärkung
und der damit einhergehenden Vergrößerung des Volumenanteils des
das Reibverhalten wesentlich beeinflussenden Füllmaterials eine deutliche
Erhöhung
des Reibkoeffizienten derartiger organisch aufgebauter Reibbeläge auf einen
Wert von über
0,4 bei Temperaturen von über
400°C erlangt.
Außerdem weisen
derartige Reibbeläge
insbesondere auch auf Grund der Möglichkeit, einen größeren Metallanteil als
Füllmaterial
vorzusehen, einen besseren Wärmeleitkoeffizienten
auf, so dass die im Reibbereich entstehende Wärme schneller abgeführt werden
kann. Der Herstellungsvorgang ist auf Grund der deutlich verkürzten Faserlänge einfacher
vorzunehmen, da die Fasern mit dem sonstigen in flüssiger oder
zähflüssiger Form
vorliegenden Material vermischt werden können und dann in einer der
Belagform entsprechenden Form zu dem fertigen Reibbelag gepresst bzw.
gebacken werden können.