DE112017001233B4

DE112017001233B4 - Reibungsmaterial mit hochleistungsfähiger Oberflächenschicht

Info

Publication number: DE112017001233B4
Application number: DE112017001233.3T
Authority: DE
Inventors: Rashid Farahati; Murat Bakan
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2023-01-05
Anticipated expiration: 2037-03-09
Also published as: JP7050687B2; JP2019513157A; US20170261057A1; DE112017001233T5; WO2017156136A1

Abstract

Reibungsmaterial (100) für eine Kupplungsscheibe, wobei das Reibungsmaterial (100) umfasst:
eine Basisschicht (110), die enthält:
eine Vielzahl an Fasern (102); und
einen Füllstoff (104); und
eine Oberflächenschicht (114), die im Wesentlichen frei von Fasern ist und enthält:
einen Reibungsmodifikator (124); und
ein Kupplungsmittel (126),
dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kupplungsmittel (126) um ein Organosilan handelt und wobei das Organosilan aus der Gruppe ausgewählt wird:
3-Ureidopropyl-triethoxysilan und γ-Aminopropyitriethoxyshan oder eine Kombination derselben.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Nassreibungsmaterial für Kupplungsscheiben und insbesondere ein Nassreibungsmaterial mit einer hochleistungsfähigen Oberflächenschicht.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die US-Patentanmeldung US 2005/ 0 075 414 A1 betrifft ein Reibungsmaterial, das ein Basismaterial mit hohem Fasergehalt als Basisschicht und eine zweite Schicht mit die Reibung modifizierenden Partikeln aufweist.
Die Patentveröffentlichung WO 2013/ 156 244 A2 betrifft eine Passfläche eines Reibungspaars, das eine Reibungsfläche aufweist, die beim Betrieb des Reibungspaars bei der Übertragung von Drehmomenten reibungsfest mit der Passfläche verbunden ist und/oder verbunden werden kann.
DE 602 10 953 T2 beschreibt einen Reibbelag mit Reibungsveränderungsschicht.
US 9 939 036 B2 beschreibt einen Reibbelag mit einer Basisschicht und einer Sekundärschicht, welche eine genau festgelegte Partikelgrößenverteilung aufweist.
WO 97/ 38 236 A1 beschreibt einen Reibbelag mit strukturierter Reibseite.
Die Europäische Patentveröffentlichung EP 1 095 999 B1 betrifft einen Reibungsbelag mit mindestens zwei Schichten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein alternatives Reibmaterial vorzuschlagen.
KURZDARSTELLUNG
Beispielhafte Aspekte umfassen allgemein ein Reibungsmaterial für eine Kupplungsscheibe, das umfasst: eine Basisschicht, die enthält: eine Vielzahl an Fasern; und einen Füllstoff; und eine Oberflächenschicht, die im Wesentlichen frei von Fasern ist und enthält: einen Reibungsmodifikator; und ein Kupplungsmittel. Gemäß einem beispielhaften Aspekt weist die Oberflächenschicht eine höhere Dichte als die Basisschicht auf. Gemäß einem beispielhaften Aspekt bildet das Kupplungsmittel eine Grenzflächenbindeschicht zwischen der Basisschicht und der Oberflächenschicht; und wobei die Basisschicht, die Grenzflächenbindeschicht und die Oberflächenschicht einen Verbundwerkstoff bilden. Gemäß einem beispielhaften Aspekt ist der Verbundwerkstoff mit einem Bindemittel getränkt. Gemäß einem beispielhaften Aspekt ist das Bindemittel aus der folgenden Gruppe ausgewählt: ein Phenolharz, ein Latex, ein Silan oder eine Mischung derselben. Gemäß einem beispielhaften Aspekt handelt es sich bei dem Bindemittel um Phenolharz. Gemäß einem beispielhaften Aspekt ist die Vielzahl an Fasern aus der folgenden Gruppe ausgewählt: organische Fasern, anorganische Fasern, Zellulosefasern, Baumwollfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern oder eine Kombination derselben. Gemäß einem beispielhaften Aspekt handelt es sich bei dem Füllstoff um ein erstes Siliciumdioxid enthaltendes Material. Gemäß einem beispielhaften Aspekt ist das erste Siliciumdioxid enthaltende Material aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Diatomeenerde, Siliciumdioxid, Calciumsilikat oder eine Kombination derselben. Gemäß einem beispielhaften Aspekt handelt es sich bei dem Reibungsmodifikator um aktivierten Kohlenstoff. Gemäß einem beispielhaften Aspekt handelt es sich bei dem Reibungsmodifikator um ein zweites Siliciumdioxid enthaltendes Material, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Diatomeenerde, Siliciumdioxid, Calciumsilikat, gebranntes Kaolin oder eine Kombination derselben. Gemäß einem beispielhaften Aspekt handelt es sich bei dem Reibungsmodifikator um ein zweites Siliciumdioxid enthaltendes Material. Gemäß einem beispielhaften Aspekt ist das zweite Siliciumdioxid enthaltende Material aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Diatomeenerde, Siliciumdioxid, Calciumsilikat oder eine Kombination derselben. Gemäß einem beispielhaften Aspekt handelt es sich bei dem Siliciumdioxid enthaltenden Material um Celite®. Gemäß einem beispielhaften Aspekt sind der Füllstoff und der Reibungsmodifikator gleich oder verschieden. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Kupplungsmittel um ein Organosilan. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Organosilan um 3-Ureidopropyl-triethoxysilan oder γ-Aminopropyitriethoxyshan.
Andere beispielhafte Aspekte umfassen allgemein einen Verbundwerkstoff aus Reibungsmaterial für eine Kupplung, der umfasst: eine Basisschicht, die umfasst: eine Vielzahl an Fasern; und einen Füllstoff; und eine Oberflächenschicht, die im Wesentlichen frei von Fasern ist und enthält: einen Reibungsmodifikator; und ein Kupplungsmittel; und eine Grenzflächenbindeschicht, die zwischen der Basisschicht und der Oberflächenschicht angeordnet ist und das Kupplungsmittel und zumindest teilweise die Vielzahl an Fasern, den Füllstoff und den Reibungsmodifikator enthält.
Andere beispielhafte Aspekte umfassen allgemein einen Drehmomentwandler, der umfasst: eine Kupplung; eine Scheibe; das Reibungsmaterial nach den obigen Absätzen, das zwischen der Kupplung und der Scheibe angeordnet ist.
Andere beispielhafte Aspekte umfassen allgemein ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs aus Reibungsmaterial, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer Basisschicht, das eine erste und eine gegenüber angeordnete zweite Fläche und eine erste Dichte aufweist und eine Vielzahl an Fasern und einen Füllstoff enthält; Mischen eines Reibungsmodifikators mit einem Organosilan-Kupplungsmittel, um eine Mischung zu bilden; gleichmäßiges Aufbringen der Mischung auf die erste Fläche der Basisschicht, um eine die Reibung modifizierende Oberflächenschicht, die eine dritte und eine gegenüber angeordnete vierte Fläche und eine zweite Dichte aufweist, und eine Grenzflächenbindeschicht dazwischen zu bilden; und Tränken der Basisschicht, der Grenzflächenbindeschicht und der die Reibung modifizierenden Oberflächenschicht mit einem Bindemittel. Gemäß einem beispielhaften Aspekt beinhaltet der Schritt des Aufbringens ein Aufsprühen oder einen Rollauftrag. Gemäß einem beispielhaften Aspekt beinhaltet der Schritt des Mischens Celite als Reibungsmodifikator und 3-Ureidopropyl-triethoxysilan oder γ-Aminopropyitriethoxyshan als Organosilan; und wobei der Schritt des Tränkens ein Phenolharz als Bindemittel beinhaltet.
Figurenliste
Nunmehr werden das Wesen und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren ausführlich beschrieben, wobei:

1 eine schematische Querschnittsansicht eines Reibungsmaterials veranschaulicht, das eine hochleistungsfähige Oberflächenschicht gemäß einem beispielhaften Aspekt enthält;
2 eine schematische Querschnittsansicht des Ausschnitts C von 1 veranschaulicht; und
3 eine Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers mit einem Reibungsmaterial veranschaulicht, das eine hochleistungsfähige Oberflächenschicht gemäß einem beispielhaften Aspekt enthält.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Von vornherein sollte einsichtig sein, dass gleiche Zeichnungsnummern in verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente bezeichnen. Außerdem ist klar, dass diese Erfindung nicht nur auf die einzelnen hierin beschriebenen Ausführungsformen 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 vorliegende Erfindung einschränken sollen, der nur durch die beiliegenden Ansprüche eingeschränkt wird.
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 Erfindung 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. Zwar können zum Umsetzen oder Testen der Erfindung beliebige Verfahren, Einheiten oder Materialien verwendet werden, die den hierin beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind, jedoch werden im Folgenden die folgenden beispielhaften Verfahren, Einheiten und Materialien beschrieben.
Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf die 1 bis 3. In der Technik bekannte Nassreibungsmaterialien sind zum Beispiel für Kupplungen geeignet. Gemäß einem beispielhaften Aspekt weist ein Reibungsmaterial für eine Kupplung eine Vielzahl an Fasern und einen Füllstoff auf. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Reibungsmaterials 100, das eine hochleistungsfähige Oberflächenschicht enthält. Gemäß einem beispielhaften Aspekt kann das Reibungsmaterial 100 auf einer beliebigen in der Technik bekannten Scheibe 106 verwendet werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist das Reibungsmaterial 100 fest mit der Scheibe 106 verbunden.
Das Reibungsmaterial 100 enthält einen Faserstoff 102 und einen Füllstoff 104. Bei dem Faserstoff 102 kann es sich um eine beliebige in der Technik bekannte organische oder anorganische Faser handeln, zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, Zellulosefasern, Baumwollfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern oder eine beliebige Kombination derselben. Gemäß einem beispielhaften Aspekt wird die Vielzahl an Fasern 102 aus der folgenden Gruppe ausgewählt: organische Fasern, anorganische Fasern, Zellulosefasern, Baumwollfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern oder eine beliebige Kombination derselben.
Gemäß einem beispielhaften Aspekt enthält der Füllstoff 104 zumindest eine Vielzahl von mindestens einem Siliciumdioxid enthaltenden Material. Es kann jedes in der Technik bekannte anorganische, Siliciumdioxid enthaltende Material verwendet werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gehören zu dem Siliciumdioxid enthaltenden Material, ohne darauf beschränkt zu sein: Celite^®, Celatom^®, Diatomeenerde oder Siliciumdioxid. Siliciumdioxid wird auch als Silica oder SiO₂ bezeichnet. Diatomeenerde ist üblicherweise amorph.
Es können auch andere Siliciumdioxid enthaltende Materialien wie beispielsweise Calciumsilikat verwendet werden. Unter der Bezeichnung Calciumsilikat ist allgemein eine aus einer Gruppe von Verbindungen bekannt, die durch Umsetzen von Calciumoxid und Siliciumdioxid in verschiedenen Verhältnissen erhalten werden, z.B. 3CaO·SiO₂, Ca₃SiO₅; 2CaO·SiO₂, Ca2SiO₄; 3CaO·2SiO₂, Ca3Si₂O₇ und CaO_·SiO₂, CaSiO₃. Calciumsilikat ist ein weißes, rieselfähiges Pulver, das aus Kalkstein und Diatomeenerde dargestellt wird und unter der Bezeichnung Calciumorthosilikat bekannt ist. Calciumsilikat kann natürlich gewonnen oder synthetisch mit bestimmten Kenndaten und Eigenschaften hergestellt werden.
Ferner enthält das Reibungsmaterial 100 ein (nicht gezeigtes) Bindemittel B, zum Beispiel ein Phenolharz, einen Latex, ein Silan oder eine Mischung derselben. Das Reibungsmaterial 100 wird nach dem Aufbringen der hochleistungsfähigen Oberflächenschicht mit dem Bindemittel getränkt, sodass der Verbundwerkstoff 150 vollständig mit dem Bindemittel getränkt oder imprägniert ist. Üblicherweise enthält das Bindemittel B des Reibungsmaterials 100 ein in der Technik bekanntes Phenolharz. Phenolharz bildet beim Aushärten Wasser als Nebenprodukt einer Reaktion zwischen einem Phenol und einem Formaldehyd. Gemäß einem beispielhaften Aspekt eignet sich das nicht als Einschränkung zu verstehende beispielhafte Arofene^®295-E-50 als Kunstharz zum Imprägnieren von Reibungspapier.
Ferner enthält das Reibungsmaterial 100 eine Basisschicht 110, eine Grenzflächenschicht 112 und eine Oberflächenschicht 114 mit einer Außenfläche 116. Die Basisschicht 110 weist eine Dicke t1 und die Oberflächenschicht 114 eine Dicke t2 auf. Die Dicke t1 ist größer als die Dicke t2. Der Ausschnitt C von 1 ist in 2 schematisch genauer dargestellt. 2 veranschaulicht das Reibungsmaterial 100 für eine Kupplungsscheibe, das eine Basisschicht 110 mit einer Dichte d1, eine Grenzflächenschicht 112 und eine Oberflächenschicht 114 mit einer Dichte d2 aufweist. Die Dichte d1 ist kleiner als die Dichte d2, sodass die Fließfähigkeit einer Automatikgetriebeflüssigkeit (ATF) durch die Basisschicht aus Reibungsmaterial verbessert ist, nachdem diese mit dem (nicht gezeigten) Bindemittel B imprägniert worden ist. Mit anderen Worten, die Oberflächenschicht 114 weist eine höhere Dichte als die Basisschicht 110 auf. Die Zusammensetzung des Basismaterials ist variabel, mit anderen Worten, der prozentuale Anteil an Faser- und Füllstoffkomponenten kann zum Beispiel optimiert werden, jedoch ist im Allgemeinen ein Basismaterial mit einer niedrigen Dichte mit einem mindestens ebenso hohen Anteil an Fasern wie an Füllstoff bevorzugt, um eine gute Fließfähigkeit einer Flüssigkeit wie beispielsweise einer Automatikgetriebeflüssigkeit (ATF) oder eines Öls während der Verwendung des Reibungsmaterials zu gewährleisten.
Eine ATF kann auch einen in der Schmiertechnik bekannten Reibungsverstärker enthalten. Gemäß einem beispielhaften Aspekt sorgt der Reibungsverstärker für Kompatibilität mit der Metallkupplung, d.h. den Stahlscheiben, und mit der ATF für eine Kupplung oder einen Drehmomentwandler. Reibungsverstärker wechselwirken mit Metallflächen mit den polaren Köpfen des Reibungsmodifikators, die an die Metallfläche der Kupplung gebunden werden, und abstoßende Kräfte der Molekülschwänze unterstützen zum Beispiel eine Trennung der Metallflächen. Zu geeigneten Reibungsverstärkern gehören zum Beispiel solche, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: Fettamine, Fettsäuren, Fettamide, Fettsäureester, Paraffinwachse, oxidierte Wachse, Fettphosphate, sulfurierte Fette, langkettige Alkylamine, langkettige Alkylphosphite, langkettige Alkylphosphate, borierte langkettige polare oder andere in der Technik bekannte Verbindungen. Gemäß einem beispielhaften Aspekt weist der Reibungsverstärker einen im Allgemeinen geraden oleophilen Schwanzabschnitt, der zehn bis 24 Kohlenstoffatome (10 bis 24 C) enthält, sowie einen Abschnitt mit einer aktiven polaren Kopfgruppe auf. Gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt enthält der Schwanzabschnitt 18 bis 24 Kohlenstoffatome (18 bis 24 C). Die Kopfabschnitte bilden durch Oberflächenabsorption Schichten auf den Reibungsflächen. Reibungsverstärker für ATF müssen nicht nur mit dem Reibungsmaterial, sondern auch mit der üblicherweise aus Stahl hergestellten Kupplungsscheibe kompatibel sein, das heißt, sie dürfen weder Korrosion noch Zerstörung verursachen.
Die Basisschicht 110 enthält wie oben beschrieben eine Vielzahl an Fasern 102 und einen Füllstoff 104. Die Oberflächenschicht 114 enthält einen Reibungsmodifikator 124 und ein Kupplungsmittel 126. Die Grenzflächenschicht 112 ist zur genaueren Darstellung vergrößert gezeigt. Während die Oberflächenschicht 114 durch Sprühen, Rollauftrag oder andere in der Technik bekannte Techniken auf die Basisschicht 110 aufgebracht oder abgeschieden wird, wird die Grenzflächenschicht 112 gebildet und enthält mindestens eine aus der folgenden Gruppe ausgewählte Komponente: Fasern 102, einen Füllstoff 104, einen Reibungsmodifikator 124, ein Kupplungsmittel 126 oder eine Kombination derselben. Gemäß einem beispielhaften Aspekt wird der Reibungsmodifikator 124 aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Celite^®, Diatomeenerde, Siliciumdioxid, Calciumsilikat, Kaolin, gebranntes Kaolin, aktivierter Kohlenstoff oder eine Kombination derselben.
Die folgenden Informationen betreffen gebrannten Kaolinton. Dem Fachmann ist einsichtig, dass ein Ton wie Kaolin in der Natur in wasserhaltiger Form vorkommt. In der wasserhaltigen Form bilden Kaolinitminerale Kristallstrukturen, die durch Hydroxylgruppen miteinander verknüpft sind. Wasserhaltiges Kaolin kann zum Beispiel durch thermische Prozesse bei oder oberhalb einer Temperatur von 980°C zu Kaolin gebrannt werden, das kristallines Mullit und Siliciumdioxid enthält.
Gebranntes Kaolin kann aus Rohkaolin, grobem wasserhaltigem oder feinem wasserhaltigem Kaolin hergestellt werden. Dem Fachmann ist einsichtig, dass Kaolin an verschiedenen geografischen Orten abgebaut werden kann, darunter Nordamerika, Europa und Asien. Das Kaolin kann einer Vorbearbeitung und/oder Aufbereitung unterzogen werden, um den Transport, die Lagerung und die Handhabung zu erleichtern. Zum Beispiel kann das Kaolin einer oder mehreren der folgenden Operationen unterzogen werden: Brechen, Schleifen, Ablösen (Nassmahlen, Suspensionsmahlen, Nassschleifen und dergleichen), Filtrieren, Fraktionieren, Pulverisieren, Flotation, selektives Ausfällen, Magnettrennung, Fällen/Filtrieren, Bleichen und dergleichen vor oder nach der Wärmebehandlung.
Das Brennen erfolgt durch Wärmebehandlung von wasserhaltigem Kaolin bei Temperaturen im Bereich von ungefähr 500°C bis ungefähr 1.300 °C oder höher. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen wird das gebrannte Kaolin einer Wärmebehandlung bei einer Brenntemperatur von mindestens 1.000 °C und höchstens 1.300 °C für eine Dauer von ungefähr 1 Sekunde bis ungefähr 10 Stunden oder bei einer Temperatur von mindestens 1.050 °C und höchstens 1.250 °C für eine Dauer von ungefähr 1 Minute bis ungefähr 5 Stunden oder bei einer Temperatur von mindestens 1.100 °C und höchstens 1.200 °C für eine Dauer von ungefähr 10 Minuten bis ungefähr 4 Stunden unterzogen. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen wird das Kaolin für eine Dauer von ungefähr 1 Minute bis ungefähr 2 Stunden auf eine Temperatur von ungefähr 1.175 bis 1.200 °C erhitzt. Der hierin verwendete Begriff Brennen kann jeden beliebigen Brenngrad einschließen, darunter Teil-(Meta-)Brand, Komplettbrand, Schnellbrand oder deren Kombinationen.
Das Brennen oder die Wärmebehandlung kann auf eine beliebige geeignete Weise erfolgen. Als Wärmebehandlung kommt üblicherweise Normalbrand, Schnellbrand und/oder eine Kombination von Normal/Schnell-Brand infrage. Beim Normalbrand wird ein wasserhaltiges Kaolin einer Wärmebehandlung bei einer gewünschten Temperatur während einer Zeitspanne (zum Beispiel von mindestens 1 Minute bis ungefähr 5 oder mehr Stunden) unterzogen, die ausreicht, das Kaolin zu entwässern und einen hohen Mullitgehalt zu bilden. Zusätzlich zum gebildeten Mullit enthält das gebrannte Kaolin kristalline polymorphe Anteile an Siliciumdioxid, amorphes Siliciumdioxid oder deren Kombinationen. Beim Schnellbrand wird ein wasserhaltiges Kaolin während einer Zeitspanne von höchstens 10 Sekunden, normalerweise weniger als 1 Sekunde, schnell erhitzt. Beim Schnell/Normal-Brand wird beim Schnellbrand unmittelbar Metakaolin erzeugt, das dann beim Normalbrand zu einem gewünschten Endprodukt weiterverarbeitet wird. Zu bekannten Einheiten, die zum Normalbrand geeignet sind, gehören Hochtemperaturöfen sowie Dreh- und Vertikalbrennöfen. Zu bekannten Einheiten zum Schnellbrand gehören ringförmige Strömungsbrennöfen.
Gemäß einem bevorzugten Beispiel handelt es sich bei dem Reibungsmodifikator 124 um Celite^®, das hierin austauschbar auch als Diatomeenerde, SiO₂ oder Siliciumdioxid bezeichnet wird. Gemäß einem beispielhaften Aspekt kann es sich bei dem Reibungsmodifikator 124 um dasselbe Material handeln wie bei dem Füllstoff 104. Gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt ist der Reibungsmodifikator 124 von dem Füllstoff 104 verschieden. Mit anderen Worten, gemäß einem beispielhaften Aspekt handelt es sich bei dem Füllstoff 104 um ein erstes Siliciumdioxid enthaltendes Material und bei dem Reibungsmodifikator 124 um ein zweites Siliciumdioxid enthaltendes Material. Gemäß einem beispielhaften Aspekt wird das erste Siliciumdioxid enthaltende Material aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Diatomeenerde, Siliciumdioxid, Calciumsilikat oder eine Kombination derselben. Gemäß einem beispielhaften Aspekt wird auch das zweite Siliciumdioxid enthaltende Material 124 aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Diatomeenerde, Siliciumdioxid, Calciumsilikat, gebranntes Kaolin oder eine Kombination derselben. Gemäß einem beispielhaften Aspekt sind das erste und das zweite Siliciumdioxid enthaltende Material 104, 124 gleich oder verschieden.
Die Grenzflächenschicht 112 wird hierin austauschbar auch als Grenzflächenbindeschicht oder Bindeschicht bezeichnet. Das Kupplungsmittel 126 wird hierin austauschbar auch als Bindungsmittel, Organosilan oder einfach als „Silan“ bezeichnet. Gemäß einem beispielhaften Aspekt bildet das Kupplungsmittel 126 eine Grenzflächenbindeschicht 112 zwischen der Basisschicht 110 und der Oberflächenschicht 114, um einen Verbundwerkstoff 150 zu bilden, der die Basisschicht 110, die Grenzflächenbindeschicht 112 und die Oberflächenschicht 114 enthält. Bei dem Kupplungsmittel 126, das die Flächen 118 und 120 miteinander verbindet, handelt es sich vorzugsweise um ein Organosilan. Gemäß einem beispielhaften Aspekt handelt es sich bei dem Silan um ein Organosilan, das eine reaktive organische Ureido-Gruppe und eine hydrolisierbare anorganische Triethoxysilyl-Gruppe aufweist. Gemäß einem beispielhaften Aspekt bildet das Phenolharz beim Aushärten als Nebenprodukt Wasser, das unter Bildung eines vernetzten Bindemittels mit der hydrolisierbaren anorganischen Triethoxysilyl-Gruppe reagiert. Gemäß einem beispielhaften Aspekt, bei dem das Kupplungsmittel ein Organosilan ist, handelt es sich bei dem Organosilan um 3-Ureidopropyl-triethoxysilan, γ-Aminopropyitriethoxyshan oder eine Kombination derselben.
Gemäß einem beispielhaften Aspekt ist der Verbundwerkstoff 150 mit dem Bindemittel B getränkt oder imprägniert. Das Bindemittel B wird aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Phenolharz, Latex, Silan oder eine Mischung derselben. Gemäß einem beispielhaften Aspekt handelt es sich bei dem Bindemittel B um Phenolharz. Gemäß einem beispielhaften Aspekt weist der Verbundwerkstoff 150 aus Reibungsmaterial für eine Kupplung eine Basisschicht 110, eine Oberflächenschicht 114 und eine Grenzflächenbindeschicht 112 auf. Die Basisschicht 110 enthält eine Vielzahl an Fasern 102 und einen Füllstoff 104. Die Oberflächenschicht ist im Wesentlichen frei von Fasern und enthält einen Reibungsmodifikator 124 und ein Kupplungsmittel 126. Die zwischen der Basisschicht 110 und der Oberflächenschicht 114 angeordnete Grenzflächenbindeschicht 112 enthält mindestens eine aus der folgenden Gruppe ausgewählte Komponente: Kupplungsmittel 126, Fasern 102, Füllstoff 104, Reibungsmodifikator 124 oder eine beliebige Kombination derselben. Gemäß einem beispielhaften Aspekt enthält die Grenzflächenbindeschicht 112 ein Kupplungsmittel 126 und zumindest teilweise die Vielzahl an Fasern 102, einen Füllstoff 104, einen Reibungsmodifikator 124 oder eine Kombination derselben.
3 zeigt eine Teilquerschnittsansicht eines beispielhaften Drehmomentwandlers 200, der das in 1 gezeigte Reibungsmaterial 100 enthält. Gemäß einem beispielhaften Aspekt weist der Drehmomentwandler 200 von 3 eine Kupplung 212 und eine (in 1 gezeigte) Scheibe 106 auf. Das Reibungsmaterial 100, 150 ist zwischen der Kupplung und der Scheibe angeordnet. 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 Abtriebsnabe 210, die zum drehfesten Verbinden mit einer (nicht gezeigten) Antriebswelle für ein Getriebe vorgesehen ist, eine Drehmomentwandlerkupplung 212 und einen Schwingungsdämpfer 214. Die Kupplung 212 enthält ein Reibungsmaterial 100 und einen Kolben 216. In der Technik ist bekannt, dass der Kolben 216 verschiebbar ist, damit der Kolben 216 und der Deckel 202 durch das Reibungsmaterial 100 miteinander verbunden werden, um ein Drehmoment vom Deckel 202 über das Reibungsmaterial 100 und den Kolben 216 zur Abtriebsnabe 210 zu übertragen. Eine Flüssigkeit 218 dient zum Betätigen der Kupplung 212.
Zwar ist in 3 eine bestimmte beispielhafte Ausführungsform des Drehmomentwandlers 200 gezeigt, jedoch ist klar, dass die Verwendung des Reibungsmaterials 100 in einem Drehmomentwandler nicht auf einen wie in 3 gestalteten Drehmomentwandler beschränkt ist. Das heißt, das Material 100 ist in jeder beliebigen Kupplungseinheit, in der ein Reibungsmaterial verwendet wird, für jede in der Technik bekannte Konfiguration von Drehmomentwandlern verwendbar.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs mit Reibungsmaterial umfasst: (i) Bilden einer Basisschicht, die eine erste und eine gegenüber angeordnete zweite Fläche und eine erste Dichte aufweist und eine Vielzahl an Fasern und einen Füllstoff enthält; (ii) Mischen eines Reibungsmodifikators und eines Kupplungsmittels aus Organosilan, um eine Mischung zu bilden; (iii) gleichmäßiges Auftragen der Mischung auf die erste Fläche der Basisschicht, um eine die Reibung modifizierende Oberflächenschicht, die eine dritte und eine gegenüber angeordnete vierte Fläche und eine zweite Dichte aufweist, und die Grenzflächenbindeschicht dazwischen zu bilden; und (iv) Tränken der Basisschicht, der Grenzflächenbindeschicht und der die Reibung modifizierende Oberflächenschicht mit einem Bindemittel. Gemäß einem beispielhaften Aspekt beinhaltet der Schritt des Auftragens ein Aufsprühen oder einen Rollauftrag oder andere in der Technik bekannte Techniken. Gemäß einem beispielhaften Aspekt beinhaltet der Schritt des Mischens Celite als Reibungsmodifikator und 3-Ureidopropyl-triethoxysilan oder γ-Aminopropyitriethoxyshan als Organosilan. Gemäß einem beispielhaften Aspekt beinhaltet der Schritt des Tränkens ein Phenolharz als Bindemittel.
Dem Fachmann sind natürlich Änderungen und Modifikationen der obigen Beispiele der Erfindung offensichtlich, ohne vom Wesensgehalt oder Schutzumfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen. Zwar wird die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte und/oder beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, jedoch ist klar, dass daran Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang oder Wesensgehalt der beanspruchten Erfindung abzuweichen.

Claims

Reibungsmaterial (100) für eine Kupplungsscheibe, wobei das Reibungsmaterial (100) umfasst: eine Basisschicht (110), die enthält: eine Vielzahl an Fasern (102); und einen Füllstoff (104); und eine Oberflächenschicht (114), die im Wesentlichen frei von Fasern ist und enthält: einen Reibungsmodifikator (124); und ein Kupplungsmittel (126), dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kupplungsmittel (126) um ein Organosilan handelt und wobei das Organosilan aus der Gruppe ausgewählt wird: 3-Ureidopropyl-triethoxysilan und γ-Aminopropyitriethoxyshan oder eine Kombination derselben.
Reibungsmaterial (100) nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenschicht (114) eine höhere Dichte als die Basisschicht (110) aufweist.
Reibungsmaterial (100) nach Anspruch 1, wobei das Kupplungsmittel (126) eine Grenzflächenbindeschicht (112) zwischen der Basisschicht (110) und der Oberflächenschicht (114) bildet; und wobei die Basisschicht (110), die Grenzflächenbindeschicht (112) und die Oberflächenschicht (114) einen Verbundwerkstoff (150) bilden.
Reibungsmaterial (100) nach Anspruch 3, wobei der Verbundwerkstoff (150) mit einem Bindemittel getränkt ist, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: ein Phenolharz, ein Latex, ein Silan oder eine Mischung derselben.
Reibungsmaterial (100) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl an Fasern (102) aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: organische Fasern, anorganische Fasern, Zellulosefasern, Baumwollfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern oder eine Kombination derselben.
Reibungsmaterial (100) nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Füllstoff (104) um ein erstes Siliciumdioxid enthaltendes Material handelt.
Reibungsmaterial (100) nach Anspruch 6, wobei das erste Siliciumdioxid enthaltende Material aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Diatomeenerde, Siliciumdioxid, Calciumsilikat oder eine Kombination derselben.
Reibungsmaterial (100) nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Reibungsmodifikator (124) um aktivierten Kohlenstoff oder ein zweites Siliciumdioxid enthaltendes Material handelt, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Diatomeenerde, Siliciumdioxid, Calciumsilikat, gebranntes Kaolin oder eine Kombination derselben.