-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Nassreibungsmaterial für Kupplungsbeläge und insbesondere ein Nassreibungsmaterial mit einem erhöhen Reibungskoeffizienten.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Bekannte Reibungsmaterialien für Kupplungen bestehen aus Fasermaterial und Füllstoff. Das Fasermaterial bildet eine Struktur des Reibungsmaterials, und der Füllstoff erzeugt Reibung. Bei bekannten Reibungsmaterialien werden Diatomeenerde als Füllstoff verwendet. Normalerweise besteht Diatomeenerde zu 80 bis 90% aus Siliciumdioxid. Es ist wünschenswert, sowohl den statischen als auch den dynamischen Reibungskoeffizienten des Reibungsmaterials zu erhöhen. Insbesondere wünschenswert und schwierig ist es, den dynamischen Reibungskoeffizienten zu erhöhen.
-
KURZDARSTELLUNG
-
Die vorliegende Offenbarung umfasst allgemein ein Reibungsmaterial für einen Kupplungsbelag, das Fasermaterial und Füllstoff mit Aluminiumsilikat enthält.
-
Die vorliegende Offenbarung umfasst allgemein ein Reibungsmaterial für einen Kupplungsbelag, das enthält: Fasermaterial und Füllstoff mit gebranntem Ton.
-
Die vorliegende Offenbarung umfasst allgemein Reibungsmaterial für einen Kupplungsbelag, das Fasermaterial und Füllstoff mit Aluminiumsilikat enthält. Zumindest ein Teil des Aluminiumsilikats liegt in Form einer Vielzahl von Blättchen vor. Jedes Blättchen aus der Vielzahl von Blättchen ist eben und hat eine unregelmäßige Umrandung.
-
Figurenliste
-
Das Wesen und die Funktionsweise der vorliegenden Offenbarung werden nunmehr in der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren ausführlich beschrieben, wobei:
- 1 eine schematische Querschnittsansicht des Reibungsmaterials ist, das Aluminiumsilikat enthält;
- 2 eine schematische Darstellung eines Blättchens des Füllstoffs ist;
- 3 eine Teilquerschnittsansicht eines beispielhaften Drehmomentwandlers ist, der das in 1 gezeigte Reibungsmaterial enthält; und
- 4 ein Diagramm der Reibungskoeffizienten als Funktion der Geschwindigkeit für ein bekanntes Reibungsmaterial und für ein Reibungsmaterial ist, das Aluminiumsilikat enthält.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Von vornherein sollte einsichtig sein, dass gleiche Zeichnungsnummern in verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente der Offenbarung bezeichnen. Es sollte klar sein, dass die beanspruchte Offenbarung nicht auf die offenbarten Aspekte beschränkt ist.
-
Außerdem ist klar, dass diese Offenbarung nicht auf die einzelnen beschriebenen Verfahrensweisen, Materialien und Modifikationen beschränkt ist und insofern natürlich variieren kann. Es ist auch klar, dass die hierin verwendeten Begriffe nur zum Beschreiben einzelner Aspekte dienen und nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einschränken sollen.
-
Sofern nicht anderweitig definiert, weisen alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung auf, wie sie dem Fachmann geläufig sind, an den sich diese Offenbarung richtet. Es sollte klar sein, dass zum Umsetzen oder Testen der Offenbarung beliebige Verfahren, Einheiten oder Materialien verwendet werden können, die den hierin beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind.
-
Sofern nicht anderweitig definiert, weisen alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung auf, wie sie dem Fachmann geläufig sind, an den sich diese Offenbarung richtet. Es sollte einsichtig sein, dass der Begriff „im Wesentlichen“ gleichbedeutend ist mit Begriffen wie „nahezu“, „sehr nahezu“, „ungefähr“, „annähernd“, „rund“, „angrenzend an“, „nahe“, „im Grunde“, „in der Nachbarschaft von“, „in der Nähe von“ usw. und dass solche Begriffe bei Vorkommen in der Beschreibung und den Ansprüchen austauschbar verwendet werden können. Es sollte einsichtig sein, dass der Begriff „nahe“ gleichbedeutend ist mit Begriffen wie „nahebei“, „dicht bei“, „nebenan“, „benachbart“, „unmittelbar“, „angrenzend“ usw. und dass solche Begriffe bei Vorkommen in der Beschreibung und den Ansprüchen austauschbar verwendet werden können.
-
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Reibungsmaterials 100, das Aluminiumsilikat enthält. Das Reibungsmaterial 100 kann auf einer beliebigen in der Technik bekannten Kupplungsscheibe 106 verwendet werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist das Reibungsmaterial fest mit der Scheibe 106 verbunden. Das Reibungsmaterial 100 enthält ein Fasermaterial 102 und einen Füllstoff 104, der Aluminiumsilikat enthält. Das Reibungsmaterial 100 enthält ferner ein (nicht gezeigtes) Bindemittel wie beispielsweise Phenolharz oder Latex. Bei dem Fasermaterial 102 kann es sich um eine beliebige in der Technik bekannte organische oder anorganische Faser handeln, darunter zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, Zellulosefaser oder Kohlenstofffasern.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Füllstoff 104 ein von Aluminiumsilikat verschiedenes siliciumdioxidhaltiges Material. Es kann ein beliebiges in der Technik bekanntes siliciumdioxidhaltiges Material verwendet werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kommen als siliciumdioxidhaltiges Material infrage, ohne darauf beschränkt zu sein: Celite®, Celatom®, Diatomeenerde oder Siliciumdioxid.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Reibungsmaterial 100 mindestens 3 Gew.-% und bis zu 60 Gew.-% Aluminiumsilikat. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Reibungsmaterial 100 mindestens 20 Gew.-% Aluminiumsilikat und höchstens 50 Gew.-% Aluminiumsilikat. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist das Aluminiumsilikat einen Wassergehalt von weniger als ein Gew.-% oder Vol.-% auf.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Aluminiumsilikat gebrannten Ton. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Aluminiumsilikat gebrannten Kaolinton. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform besteht das Aluminiumsilikat komplett aus gebranntem Kaolinton. Aluminiumsilikate sind in der Technik austauschbar auch als Alumosilikate bekannt. Die chemische Formel des gebrannten Kaolintons lautet MAl2O3 · NSiO2, wobei M und N ganze Zahlen sind. Die genauen Werte für M und N hängen von einer Reihe von Faktoren ab, darunter die Quelle des Rohmaterials für den Kaolinton. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann die chemische Zusammensetzung des gebrannten Kaolintons mit einem Aluminiumoxidgehalt von mindestens 35 Gew.-% und höchstens 55 Gew.-% und einem Siliciumdioxidgehalt von mindestens 45 Gew.-% und höchstens 65 Gew.-% dargestellt werden. Zur chemischen Zusammensetzung des Aluminiumsilikats können ferner zum Beispiel Spuren von Erdalkalimetalloxiden gehören. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gehören zur chemischen Zusammensetzung des Aluminiumsilikats höchstens 3,5 Gew.-% Erdalkalimetalloxide. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die chemische Zusammensetzung des Aluminiumsilikats höchstens 1,0 Gew.-% Erdalkalimetalloxide. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist der gebrannte Kaolinton einen Wassergehalt von weniger als ein Gew.-% oder Vol.-% auf.
-
Im Folgenden werden Informationen über gebrannten Kaolinton gegeben. Dem Fachmann ist einsichtig, dass ein Ton wie beispielsweise Kaolin in der Natur in wasserhaltiger Form vorliegt. In der wasserhaltigen Form bilden Kaolinitminerale Kristallstrukturen, die durch funktionelle Gruppen wie Hydroxylgruppen miteinander verbunden sind. Wasserhaltiges Kaolin kann zum Beispiel durch thermische Prozesse bei oder oberhalb von 980 °C in gebranntes Kaolin überführt werden, das kristallines Mullit und Siliciumdioxid enthält.
-
Gebranntes Kaolin kann aus Rohkaolin, grobem wasserhaltigem Kaolin oder feinem wasserhaltigem Kaolin hergestellt werden. Dem Fachmann ist einsichtig, das Kaolin an geografisch verschiedenen Orten abgebaut werden kann, darunter Nordamerika, Europa und Asien. Das Kaolin kann einer Vorbearbeitung oder Anreicherung unterzogen werden, um den Transport, die Lagerung und die Verarbeitung zu erleichtern. Zum Beispiel kann Rohkaolin einer oder mehreren der folgenden Operationen unterzogen werden: Brechen, Mahlen, Abblättern (Nassmahlen, Suspensionsmahlen, Nassschleifen und dergleichen), Filtrieren, Fraktionieren, Pulverisieren, Flotation, selektives Ausfällen, Magnettrennung, Fällungsfiltration, Aufhellen und dergleichen vor oder nach der Wärmebehandlung.
-
Das Brennen erfolgt durch Wärmebehandlung von wasserhaltigem Kaolin bei Temperaturen von ungefähr 500 °C bis ungefähr 1300 °C und mehr. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen wird das gebrannte Kaolin etwa eine Sekunde bis etwa 10 Stunden lang bei einer Brenntemperatur von mindestens 1000 °C und höchstens 1300 °C oder etwa 1 Minute bis etwa 5 Stunden lang bei einer Brenntemperatur von mindestens 1050 °C und höchstens 1250 °C oder etwa 10 Minuten bis etwa 4 Stunden lang bei einer Brenntemperatur von mindestens 1100 °C bis höchstens 1200 °C aufbereitet. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen wird das Kaolin etwa 1 Minute bis etwa 2 Stunden lang auf eine Temperatur von etwa 1175 bis 1200 °C erhitzt. Das Brennen kann jeden Brenngrad umfassen, darunter auch ein teilweises (Meta-) Brennen, vollständiges Brennen, kurzzeitiges Brennen oder deren Kombinationen.
-
Das Brennen oder eine Wärmebehandlung auf eine beliebige geeignete Weise erfolgen. Als thermische Verfahren kommen üblicherweise infrage: Dauerbrand, Schnellbrand und/oder eine Kombination von Schnellbrand/Dauerbrand. Beim Dauerbrand wird ein wasserhaltiges Kaolin eine bestimmte Zeit bei einer gewünschten Temperatur wärmebehandelt (zum Beispiel von mindestens 1 Minute bis etwa 5 oder mehr Stunden), um das Kaolin zu entwässern und eine große Menge Mullit zu bilden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält der gebrannte Kaolinton neben dem gebildeten Mullit kristalline polymorphe Formen von Siliciumdioxid, amorphem Siliciumdioxid oder deren Kombinationen. Beim Schnellbrand wird das wasserhaltige Kaolin im Laufe von höchstens 10 Sekunden, üblicherweise von weniger als 2 Sekunde schnell erhitzt. Beim kombinierten Schnellbrand/Dauerbrand wird während des Schnellbrands augenblicklich Metakaolin gebildet, das durch Dauerbrand zum Fertigprodukt weiterverarbeitet wird. Zum Schrühbrand geeignete Einheiten sind Temperöfen, rotierende und vertikale Brennöfen. Ringstrombrennöfen werden zum Schnellbrand verwendet.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Reibungsmaterial 100 mindestens 3 Gew.-% und bis zu 60 Gew.-% gebrannter Ton. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Material 100: mindestens 20 Gew.-% und bis zu 50 Gew.-% gebrannter Ton; ungefähr 0 bis 30 Gew.-% Diatomeenerde; und ungefähr 50 Gew.-% Cellulosefasern.
-
Beispiel 1: das Material 100 enthält 50 Gew.-% gebrannter Ton; 50 Gew.-% Cellulosefaser und ein Latexbindemittel.
-
Beispiel 2: das Material 100 enthält 25 Gew.-% gebrannter Ton, 25 Gew.-% Diatomeenerde, 50 Gew.-% Cellulosefasern und ein Latexbindemittel.
-
2 ist eine schematische Darstellung eines Blättchens 108 des Füllstoffs 104. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform liegt zumindest ein Teils des Füllstoffs 104 in Form von Blättchen 108 vor. Zum Beispiel enthält der Füllstoff 104 Aluminiumsilikat oder gebrannten Kaolinton in Form von Blättchen 108. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform liegt ein überwiegender Teil des Aluminiumsilikats oder des gebrannten Kaolintons im Füllstoff 104 in Form von Blättchen 108 vor. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform liegt das gesamte Aluminiumsilikat oder der gebrannte Kaolinton im Füllstoff 104 in Form von Blättchen 108 vor.
-
Jedes Blättchen 108 ist im Wesentlichen eben und hat eine unregelmäßige Umrandung 110. Die Form der Blättchen kann im Allgemeinen unregelmäßig sein oder wie „Cornflakes“ aussehen oder linsenförmig sein oder die Form eines „Silberdollars“ mit glatten Rändern und einer regulären ovalen oder runden Form haben. Zum Beispiel kann der Umriss 110 nicht kreisförmig sein oder die Form geschwungener Bögen aufweisen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist zumindest ein Teil der Blättchen 108 eine entsprechende maximale Breite 112 zwischen 3 und 8 Mikrometer auf. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist ein überwiegender Teil der Blättchen 108 eine entsprechende maximale Breite 112 zwischen 3 und 8 Mikrometer auf. Die maximale Breite 112 wird durch die längste Gerade gebildet, die zwei Punkte im Umfang 110 verbindet, zum Beispiel die Punkte P1 und P2.
-
3 ist eine Teilquerschnittsansicht eines beispielhaften Drehmomentwandlers 200, der das in 1 gezeigte Reibungsmaterial 100 enthält. Der Drehmomentwandler 200 enthält einen Deckel 202, ein mit dem Deckel verbundenes Laufrad 204, eine hydraulisch mit dem Laufrad verbundene Turbine 206, einen Stator 208, eine drehfest mit einer (nicht gezeigten) Antriebswelle für ein Getriebe verbundene Abtriebsnabe 210, eine Drehmomentwandlerkupplung 212 und einen Schwingungsdämpfer 214. Die Kupplung 212 enthält das Reibungsmaterial 100 und einen Kolben 216. In der Technik ist bekannt, dass der Kolben 216 verschiebbar ist, um das Reibungsmaterial 100 mit dem Kolben 216 und dem Deckel 202 in Eingriff zu bringen, um ein Drehmoment vom Deckel 202 über das Reibungsmaterial 100 und den Kolben 216 zur Abtriebsnabe 210 zu übertragen. Zum Betreiben der Kupplung 212 wird eine Flüssigkeit 218 verwendet.
-
Zwar ist in 3 eine spezielle beispielhafte Konfiguration des Drehmomentwandlers 200 gezeigt, jedoch ist klar, dass die Verwendung des Reibungsmaterials 100 in einem Drehmomentwandler nicht auf einen Drehmomentwandler mit der in Figur gezeigten Konfiguration beschränkt ist. Das heißt, das Material 100 ist in jeder beliebigen Kupplungseinheit, die ein Reibungsmaterial verwendet, für jede in der Technik bekannte Drehmomentwandleranordnung verwendbar.
-
4 ist ein Diagramm, in dem eine Kurve entsprechender Reibungskoeffizienten als Funktion der Geschwindigkeit für ein bekanntes Reibungsmaterial und das in dem obigen Beispiel 1 dargelegte Reibungsmaterial 100 dargestellt ist. Bei der Geschwindigkeit in der x-Richtung des Diagramms handelt es sich um die Geschwindigkeit des Reibungsmaterials in Bezug auf eine Scheibe, mit der das Reibungsmaterial in Kontakt steht. Zum Beispiel handelt es sich bei der Geschwindigkeit um die Rutschgeschwindigkeit zwischen dem Reibungsmaterial und der Scheibe. Kurve 302 gilt für das im obigen Beispiel 1 dargelegte Reibungsmaterial 100. Kurve 304 gilt für ein bekanntes Reibungsmaterial, das Fasern und einen Füllstoff aus Diatomeenerde enthält. Die Kurven 302 und 304 beruhen auf praktischen Tests des bekannten Reibungsmaterials und des Reibungsmaterials 100. Wie oben bereits erwähnt ist es wünschenswert, sowohl die statische als auch die dynamische Reibung des Reibungsmaterials für eine Kupplung möglichst zu erhöhen.
-
Von Vorteil ist, dass durch das Material 100 der statische Reibungskoeffizient im Vergleich zu bekannten Reibungsmaterialien für Kupplungen erhöht wird. Zum Beispiel beträgt der statische Reibungskoeffizient 306 des Materials 100 mindestens 0,130 und der statische Reibungskoeffizient 308 für das bekannte Material nur ungefähr 0,114.
-
Ein Vorteil besteht darin, dass der dynamische Reibungskoeffizient beim Reibungskoeffizienten der Kurve 302 von Punkt 306 bis zum Punkt 310 bei ungefähr 1,70 m/s zunimmt. Der Reibungskoeffizient der Kurve 304 hingeht flacht sich ab oder nimmt zwischen Punkt 312 bei 0,50 m/s und Punkt 314 bei ungefähr 1,70 m/s ab.
-
Es ist einsichtig, dass verschiedene der oben beschriebenen und andere Merkmale und Funktionen oder deren Alternativen auf wünschenswerte Weise zu vielen anderen verschiedenen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Durch einen Fachmann können später verschiedene gegenwärtig unvorhersehbare oder unerwartete Alternativen, Modifikationen, Änderungen oder Verbesserungen vornehmen, die auch durch die folgenden Ansprüche erfasst sein sollen.
