DE112017002571T5

DE112017002571T5 - Nassreibungsmaterialien mit Träger für Reibungsmodifikatoren

Info

Publication number: DE112017002571T5
Application number: DE112017002571.0T
Authority: DE
Inventors: Murat Bakan; Rashid Farahati
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2019-03-07
Also published as: US20170335913A1; WO2017200661A1; KR102421543B1; CN109073015A; JP7051708B2; CN109073015B; KR20180138209A; JP2019520431A; US10132375B2

Abstract

Ein Reibungsmaterial für einen Kupplungsbelag umfasst: eine Vielzahl von Fasern; und einen Füllstoff, der mindestens 0,1 Gew.-% und höchstens 100 Gew.-% siliciumdioxidreiche Trägerpartikel in Bezug auf die Gesamtmasse des Füllstoffs enthält; wobei die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel: eine mittlere Partikelgröße von mindestens 0,1 µm und höchstens 50 µm; und einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,1 µm und höchstens 10 µm haben.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Nassreibungsmaterial für Kupplungsbeläge und insbesondere ein Nassreibungsmaterial mit einem höheren Reibungskoeffizienten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In der US-Patentschrift 6 121 168 , die durch Bezugnahme hierin einbezogen ist, wird eine Diatomeenerde in Form poröser zylindrischer Partikel in einem Papier-Nassreibungsmaterial beschrieben.
KURZDARSTELLUNG
Beispielhafte Aspekte umfassen allgemein ein Reibungsmaterial für einen Kupplungsbelag, das umfasst: eine Vielzahl von Fasern; und einen Füllstoff, der mindestens 0,1 Gew. % und höchstens 100 Gew. % siliciumdioxidreiche Trägerpartikel an der Gesamtmasse des Füllstoffs enthält; wobei die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel: eine mittlere Partikelgröße von mindestens 0,1 µm und höchstens 50 µm; und einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,1 µm und höchstens 10 µm haben. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel ferner: eine mittlere Partikelgröße von mindestens 1 µm und höchstens 20 µm; und einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,5 µm und höchstens 7 µm. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel ferner: eine mittlere Partikelgröße von mindestens 5 µm und höchstens 15 µm; und einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,5 µm und höchstens 5 µm. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel ferner: eine mittlere Partikelgröße von mindestens 9 µm und höchstens 11 µm; und einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 1 µm und höchstens 3 µm. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel ferner: eine mittlere Partikelgröße von ungefähr 10 µm; und einen mittleren Porendurchmesser von ungefähr 2 µm. Gemäß einem beispielhaften Aspekt handelt es sich bei den siliciumdioxidreichen Trägerpartikeln um Diatomeenerde. Gemäß einem beispielhaften Aspekt wird die Diatomeenerde aus der Gruppe: Celite® 281, DiaFil® 230, CelTiX™ oder einer geeigneten Kombination derselben ausgewählt. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 10 % und höchstens 40 % in Bezug auf die mittlere Partikelgröße. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 15 % und höchstens 25 % in Bezug auf die mittlere Partikelgröße. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel einen mittleren Porendurchmesser von ungefähr 20 % in Bezug auf die mittlere Partikelgröße. Gemäß einem beispielhaften Aspekt enthalten die siliciumdioxidreichen Siliciumdioxidpartikel Oberflächenporen, die zum Aufnehmen eines Reibungsmodifikators vorgesehen sind. Gemäß einem beispielhaften Aspekt wird der Reibungsmodifikator aus der Gruppe: Fettsäureamine, Fettsäuren, Fettsäureamide, Fettsäureester, Paraffinwachse, oxidierte Wachse, Fettsäurephosphate, sulfurierte Fette, langkettige Alkylamine, langkettige Alkylphosphite, langkettige Alkylphosphate, langkettige borierte polare Verbindungen oder beliebige Kombinationen derselben gewählt.
Andere beispielhafte Aspekte umfassen allgemein ein Reibungsmaterial für einen Kupplungsbelag, der umfasst: eine Vielzahl von Fasern; und einen Füllstoff, der mindestens 0,1 Gew.-% und höchstens 100 Gew.-% siliciumdioxidreiche Trägerpartikel in Bezug auf die Gesamtmasse des Füllstoffs; wobei die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel zum Aufnehmen eines Reibungsmodifikators vorgesehen sind. Gemäß einem beispielhaften Aspekt wird der Reibungsmodifikator aus der Gruppe: Fettsäureamine, Fettsäuren, Fettsäureamide, Fettsäureester, Paraffinwachse, oxidierte Wachse, Fettsäurephosphate, sulfurierte Fette, langkettige Alkylamine, langkettige Alkylphosphite, langkettige Alkylphosphate, langkettige borierte polare Verbindungen oder eine beliebige Kombination derselben ausgewählt. Gemäß einem beispielhaften Aspekt sind die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel gekennzeichnet durch: eine mittlere Partikelgröße von mindestens 0,1 µm und höchstens 50 µm; und einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,1 µm und höchstens 10 µm.
Andere beispielhafte Aspekte umfassen allgemein ein Reibungsmaterial für einen Kupplungsbelag, wobei der Reibungsbelag umfasst: eine Vielzahl von Fasern; und einen Füllstoff, der mindestens 0,1 Gew.-% und höchstens 100 Gew.-% Diatomeenerdepartikel in Bezug auf die Gesamtmasse des Füllstoffs enthält; wobei die Diatomeenerdepartikel einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 1 µm und höchstens 3 µm haben; und die Diatomeenerdepartikel eine mittlere Partikelgröße haben; wobei der mittlere Porendurchmesser mindestens 10 % und höchstens 40 % in Bezug auf die mittlere Partikelgröße beträgt; und wobei die Poren einen Reibungsmodifikator enthalten. Gemäß einem beispielhaften Aspekt ist der Reibungsmodifikator mit Getriebeflüssigkeiten von Automatikgetrieben kompatibel und wird aus der Gruppe: Fettsäureamine, Fettsäuren, Fettsäureamide, Fettsäureester, Paraffinwachse, oxidierte Wachse, Fettsäurephosphate, sulfurierte Fette, langkettige Alkylamine, langkettige Alkylphosphite, langkettige Alkylphosphate, langkettige borierte polare Verbindungen oder einer beliebigen Kombination derselben ausgewählt. Gemäß einem beispielhaften Aspekt enthält das Reibungsmaterial ferner ein Phenolharzbindemittel; und wobei durch das Vorhandensein des Reibungsmodifikators in den Poren verhindert wird, dass das Phenolharz in die Poren eindringt. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die Diatomeenerdepartikel einen mittleren Porendurchmesser von ungefähr 20 % in Bezug auf die mittlere Partikelgröße.
Andere beispielhafte Aspekte umfassen allgemein einen Drehmomentwandler, der umfasst: eine Kupplung; eine Scheibe; und das Reibungsmaterial nach einem der vorhergehenden Absätze, das zwischen der Kupplung und der Scheibe angeordnet ist.
Figurenliste
Im Folgenden werden das Wesen und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ausführlich in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine schematische Querschnittsansicht eines Reibungsmaterials veranschaulicht, das siliciumdioxidreiche Füllstoffträgerpartikel gemäß einem beispielhaften Aspekt enthält;
2 eine Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers veranschaulicht, der ein Reibungsmaterial gemäß einem beispielhaften Aspekt hat;
3A ein Diagramm ist, in dem entsprechende Reibungskoeffizienten als Funktion der Drehzahl für ein Reibungsmaterial aufgezeichnet sind, das einen Füllstoff A mit und ohne Reibungsmodifikator gemäß einem beispielhaften Aspekt enthält;
3B ein Diagramm ist, in dem entsprechende Reibungskoeffizienten als Funktion der Drehzahl für ein Reibungsmaterial aufgezeichnet sind, das einen Füllstoff B mit und ohne Reibungsmodifikator gemäß einem beispielhaften Aspekt enthält; und
3C ein Diagramm ist, in dem entsprechende Reibungskoeffizienten als Funktion der Drehzahl für ein Reibungsmaterial aufgezeichnet sind, das einen Füllstoff C mit und ohne Reibungsmodifikator gemäß einem beispielhaften Aspekt enthält.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Von vornherein sollte einsichtig sein, dass gleiche Zeichnungsnummern in verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente bezeichnen. Ferner 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 vorliegenden Erfindung einschränken sollen, der nur durch die beiliegenden Ansprüche eingeschränkt wird.
Sofern nicht anderweitig definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftliche Begriffe dieselbe Bedeutung, wie sie dem Fachmann geläufig ist, an den sich diese Erfindung richtet. Zwar könne zum Umsetzen oder Testen der Erfindung beliebige Verfahren, Einheiten oder Materialien verwendet werden, die den hierin beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind, jedoch werden nunmehr die folgenden beispielhaften Verfahren, Einheiten und Materialien beschrieben.
Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf die 1 bis 3C.
In der Technik bekannte Nassreibungsmaterialien sind zum Beispiel für Kupplungen von Nutzen. Gemäß einem beispielhaften Aspekt umfasst ein Reibungsmaterial für eine Kupplung eine Vielzahl von Fasern und einen Füllstoff, der einen Trägerfüllstoff, oder mit anderen Worten, eine Vielzahl von Trägerfüllstoffpartikeln enthält. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Reibungsmaterials 100, das Fasern 102 und einen Füllstoff 104 enthält, der eine Vielzahl von Partikeln zum Aufnehmen eines Reibungsmodifikators enthält. Bei dem hierin beschriebenen Füllstoff oder den Füllstoffpartikeln zum Aufnehmen eines Reibungsmodifikators handelt es sich um eine Vielzahl von Trägerfüllstoffpartikeln mit den folgenden Eigenschaften: (i) Fähigkeit zu Oberflächenwechselwirkungen mit einem Reibungsmodifikator; oder (ii) Partikelform, die dem Aufnehmen eines Reibungsmodifikators förderlich ist; oder (iii) Partikelgröße, die dem Aufnehmen eines Reibungsmodifikators förderlich ist; oder (iv) Poren zum Aufnehmen eines Reibungsmodifikators; oder (v) eine beliebige Kombination derselben. Hierin betrifft ein Reibungsmodifikator ein Additiv, eine Komponente oder einen Bestandteil einer Automatikgetriebeflüssigkeit (ATF), wie sie zum Beispiel in Nasskupplungen oder Drehmomentwandlern verwendet wird. Gemäß einem beispielhaften Aspekt besteht der Träger aus siliciumdioxidhaltigen Partikeln, die hierin austauschbar auch als „siliciumdioxidreiche Trägerfüllstoffpartikel“ oder einfach „siliciumdioxidreiche Trägerpartikel“ bezeichnet werden. Gemäß einem beispielhaften Aspekt sind die siliciumdioxidhaltigen Partikel in der Lage, einen Reibungsmodifikator aufzunehmen, für diesen zur Verfügung zu stehen, diesen anzuziehen oder zu umhüllen. Gemäß einem beispielhaften Aspekt zeichnen sich die siliciumdioxidhaltigen Partikel durch eine mittlere Partikelgröße der Größenordnung von ungefähr 10 µm aus. Gemäß einem beispielhaften Aspekt zeichnen sich die siliciumdioxidhaltigen Partikel durch Poren aus, die kleiner als ungefähr 10 µm sind. Unabhängig von theoretischen Erwägungen sind die Poren geeignet, den Reibungsmodifikator aufzunehmen.
Bei dem Reibungsmodifikator handelt es sich um ein Additiv, zum Beispiel in einer Automatikgetriebeflüssigkeit (ATF). Gemäß einem beispielhaften Aspekt sind viele in der Schmierstofftechnik bekannte Reibungsmodifikatoren geeignet, sofern sie mit der Metallkupplung, d.h. mit den Stahlscheiben, und der ATF für eine Kupplung oder einen Drehmomentwandler kompatibel sind. Reibungsmodifikatoren wechselwirken mit Metalloberflächen, indem polare Köpfe des Reibungsmodifikators eine Verbindung mit der Metalloberfläche der Kupplung eingehen und Abstoßungskräfte der Molekülschwänze eine Trennung der Metalloberflächen unterstützen.
Das Reibungsmaterial 100 kann für jede in der Technik bekannte Kupplungsscheibe 106 verwendet werden. Das Reibungsmaterial 100 enthält einen Faserstoff 102 und einen Füllstoff 104, der siliciumdioxidhaltige Füllstoffpartikel enthält. Ferner enthält das Reibungsmaterial 100 ein Bindemittel B wie beispielsweise ein Phenolharz, einen Latex, ein Silan oder eine Mischung derselben. 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.
Im Allgemeinen können siliciumdioxidhaltige Diatomeenerdepartikel verwendet werden, jedoch sind auch andere siliciumdioxidhaltige Trägerpartikel als Diatomeenerde brauchbar. Bei Diatomeenerde (DE) handelt es sich um einen natürlichen Siliciumdioxidrohstoff, der durch Ablagerung einzelliger, im Wasser lebender Organismen gebildet wird, die als Kieselalgen bezeichnet werden. DE kann in Seewasser oder Süßwasser gebildet werden und weist Eigenschaften auf, die auf ihre einzigartige Form und Struktur zurückzuführen sind. Diese Eigenschaften sind je nach der in einer Lagerstätte gefundenen Art verschieden, wobei sie unterschiedliche chemische Zusammensetzung, Abmessungen und Porenstruktur aufweisen. Einige Beispiel siliciumdioxidhaltiger Trägerpartikel sind Celite® 281, DiaFil® 230 und CelTiX™. Celite® 281 ist eine strömungskalzinierte Diatomeenerde von Seewasserdiatomit aus Plankton; und CelTiX™ ist ein feines Süßwasserdiatomeenprodukt mit ausgezeichneten Verstärkungseigenschaften in den meisten Elastomersorten. Die Diatomeenerde enthält im Allgemeinen außer Siliciumdioxid ungefähr zehn Prozent andere Oxide und ist im Wesentlichen frei von kristallinem Siliciumdioxid. Üblicherweise ist Diatomeenerde amorph.
Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel eine mittlere Partikelgröße von mindestens 0,1 µm und höchstens 50 µm; gemäß anderen beispielhaften Aspekten eine mittlere Größe von mindestens 1 µm und höchstens 20 µm; gemäß anderen beispielhaften Aspekten eine mittlere Partikelgröße von mindestens 5 µm und höchstens 15 µm; gemäß anderen beispielhaften Aspekten eine mittlere Partikelgröße von mindestens 9 µm und höchstens 11 µm; und gemäß anderen Beispielen eine mittlere Partikelgröße von ungefähr 10 µm.
Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,1 µm und höchstens 10 µm; gemäß anderen beispielhaften Aspekten einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,5 µm und höchstens 7 µm; gemäß anderen beispielhaften Aspekten einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,5 µm und höchstens 5 µm; gemäß anderen beispielhaften Aspekten einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 1 µm und höchstens 3 µm; und gemäß anderen beispielhaften Aspekten beträgt die mittlere Partikelgröße ungefähr 2 µm.
Unabhängig von theoretischen Erwägungen wird davon ausgegangen, dass die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel für eine bessere und stärkere Wechselwirkung mit Reibungsmodifikatoren, die mit ATF kompatibel sind, und gleichzeitig für einen höheren Wirkungsgrad sorgen, d.h. für einen Anstieg des Reibungskoeffizienten bei hohen Drehzahlen und in einem breiten Druck- und Temperaturbereich. Unabhängig von theoretischen Erwägungen wird davon ausgegangen, dass die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel mit der oben erwähnten mittleren Partikelgröße und/oder mit der oben erwähnten Porengröße ermöglichen, dass die ATF leicht durch den Füllstoff fließt und somit das Schmiermittel gleichmäßig verteilt und somit der Wirkungsgrad erhöht wird. Aufgrund der Bindung des Reibungsmodifikators in der ATF mit der Porosität ergibt sich zusätzlich der Vorteil, dass das Harz nicht in die Poren gelangen kann, wenn das Bindemittel B in den fertigen Verbundwerkstoff des Reibungsmaterials eindringt.

Als siliciumdioxidhaltige Trägerpartikel, die in der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, kommen zum Beispiel die Füllstoffe A, B und C infrage, deren Eigenschaften in der folgenden Tabelle 1 gezeigt sind. Die beispielhaften Füllstoffe A, B und C sind amorph. Tabelle 1.

Eigenschaft	Maßeinheit	Füllstoff A Celite® 281	Füllstoff B DiaFil® 230	Füllstoff C CelTiX™
Chemische Formel		SiO₂	SiO₂	SiO₂
Beschreibung		strömungskalzinierte Diatomeenerde	natürliche Diatomeenerde	natürliche Diatomeenerde
Mittlere Partikelgröße	µm	9,2	11	11
Mittlerer Porendurchmesser	µm	<3	1,8	2
Feuchtigkeitsgehalt	Gew.-%	0,3		3
Ölabsorption	Gew.-%	150	120	220
BET-Oberfläche	m²/g	2,0	33,1	26,8
pH-Wert		10	8	8

Tabelle 1 zeigt, dass die nach dem BET-Verfahren (nach Brunauer, Emmett und Teller) gemessene Oberfläche des Füllstoffs A um einen Faktor kleiner als die Oberfläche der Füllstoffe B und C sein kann und dennoch zu einer deutlichen Verbesserung führt, was in den 3A bis 3C gezeigt ist.
Ungeachtet theoretischer Überwägungen wird davon ausgegangen, dass siliciumdioxidreiche Trägerpartikel mit einer relativ geringen mittleren Partikelgröße, d.h. weniger als 50 µm und vorzugsweise ungefähr 10 µm, und einem mittleren Porendurchmesser von mindestens 10% der mittleren Partikelgröße zu stärkerer Wechselwirkung mit der oberflächenaktiven Reibungsmodifikatorkomponente der ATF beitragen. Mit anderen Worten, der Durchmesser der Poren beträgt mindestens 10% der mittleren Partikelgröße oder des mittleren Partikeldurchmessers. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 10% und höchstens 60% der mittleren Partikelgröße. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 10% und höchstens 40% der mittleren Partikelgröße. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 15% und höchstens 25% der mittleren Partikelgröße. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel einen mittleren Porendurchmesser von ungefähr 20% der mittleren Partikelgröße.
Alternativ oder zusätzlich wird davon ausgegangen, dass die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel Poren an der Oberfläche oder am Außendurchmesser der Partikel haben, wobei die Poren bei Bedarf einen Mittler darstellen, um mit mindestens einem mit der ATF kompatiblen Reibungsmodifikator zu wechselwirken, diesen aufzunehmen und/oder zu umhüllen. Als Nassreibungsmaterial für Kupplungsanwendungen kann jeder beliebige in der Technik bekannte Reibungsmodifikator verwendet werden. Üblicherweise sind ein oder mehrere Reibungsmodifikatoren in der Additivzusammensetzung einer ATF-Rezeptur enthalten. Gemäß einem beispielhaften Aspekt sind ein oder mehrere Reibungsmodifikatoren in einer die Gesamtmenge der Additivzusammensetzung der ATF unterschreitenden Menge enthalten, d.h. ungefähr 3 bis 20 Vol.-%. Gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt sind der oder die Reibungsmodifikatoren in einer die Gesamtmenge der Additivzusammensetzung der ATF unterschreitenden Menge enthalten, d.h. ungefähr 6 bis 12 Vol.-%.
Als typische Reibungsmodifikatoren kommen Fettsäureamine, Fettsäuren, Fettsäureester, Paraffinwachse, oxidierte Wachse, Fettsäurephosphate, sulfurierte Fette, langkettige Alkylamine, langkettige Alkylphosphite, langkettige Alkylphosphate, langkettige borierte polare oder andere in der Technik bekannte Verbindungen infrage. Gemäß einem beispielhaften Aspekt umfasst der Reibungsmodifikator eine im Allgemeinen gestreckte oleophile Schwanzgruppe mit 10 bis 24 Kohlenstoffatomen (10 bis 24 C) sowie eine aktive polare Kopfgruppe. Gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt enthält die Schwanzgruppe 18 bis 24 Kohlenstoffatome (18 bis 24 C). Die Kopfgruppen bilden durch Oberflächenabsorption Schichten auf den Reibungsflächen. Reibungsmodifikatoren müssen nicht nur mit dem Reibungsmaterial, sondern auch mit der üblicherweise aus Stahl bestehenden Kupplungsscheibe kompatibel sein, dürfen also nicht korrosiv oder verschlechternd wirken. Ein gemäß einem beispielhaften Aspekt nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel eines brauchbaren Reibungsmodifikators ist Stearinsäure. Vorzugsweise ist gemäß einem beispielhaften Aspekt mindestens ein mit der ATF kompatibler Reibungsmodifikator von Nutzen.
Gemäß einem beispielhaften Aspekt werden die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel durch Verfahren unter Verwendung von Lösemitteln oder durch Kondensieren mit einem Reibungsmodifikator befrachtet. Dies ist besonders bei siliciumdioxidreichen Trägerpartikeln mit einem mittleren Porendurchmesser von mindestens 10% der mittleren Partikelgröße und/oder der Oberflächenporosität von Vorteil. Gemäß einem beispielhaften Aspekt haben die porösen siliciumdioxidreichen Trägerpartikel einen Porendurchmesser von ungefähr 20% der mittleren Partikelgröße. Üblicherweise ist die ATF so zusammengesetzt, dass sie ein mit Bereichen kompatibles Additivprofil enthält, die nicht den Reibungsbereichen für eine Kupplung oder einen Drehmomentwandler entsprechen, zum Beispiel können die porösen siliciumdioxidreichen Trägerpartikel alternativ mit einem Reibungsmodifikator befrachtet oder umhüllt werden, der aus der Gruppe: Fettsäureamine, Fettsäuren, Fettsäureamide, Fettsäureester, Paraffinwachse, oxidierte Wachse, Fettsäurephosphate, sulfurierte Fette, langkettige Alkylamine, langkettige Alkylphosphite, langkettige Alkylphosphate, langkettige borierte polare Verbindungen oder eine beliebige Kombination derselben ausgewählt wird. Gemäß einem beispielhaften Aspekt müssen die Oberflächenporen der porösen siliciumdioxidreichen Trägerpartikel mit mindestens einem mit der ATF kompatibler Reibungsmodifikator befrachtet werden. Gemäß einem ersten beispielhaften Aspekt wird ein mit der ATF kompatibler Reibungsmodifikator in Aceton gelöst, um eine Lösung zu bilden. Dann werden die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel 24 Stunden lang in der Lösung gerührt und anschließend die Lösung dekantiert. Dann werden die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel als Füllstoff bei der Papierherstellung unter Beteiligung der in der Technik bekannten Fasern verwendet. Es ist von Vorteil, wenn die Trägerpartikel mit den mit Reibungsmodifikator gefüllten Poren wahllos in dem Reibungsmaterial verteilt sind. Wenn das Öl während der Anwendung oder Verwendung durch diese Trägerpartikel fließt, werden die Reibungsmodifikatoren desorbiert und wandern zur Oberfläche des Reibungsmaterials, wo sie die gewünschten Reibungseigenschaften entfalten. Gemäß einem zweiten beispielhaften Aspekt sind die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel mit geschmolzenen Reibungsmodifikatoren vermischt; in diesem Fall wird kein Lösemittel benötigt.
2 ist eine Teilquerschnittsansicht eines 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. Der Kolben ist wie in der Technik bekannt verschiebbar, damit das Reibungsmaterial 100 in den Kolben 216 und den Deckel 202 eingreift, um ein Drehmoment vom Deckel 202 über das Reibungsmaterial 100 und den Kolben 216 zur Abtriebsnabe 210 zu übertragen. Die Flüssigkeit 218 dient zum Betätigen der Kupplung 212.
Zwar ist in 2 eine bestimmte beispielhafte Ausgestaltung des Drehmomentwandlers 200 gezeigt, jedoch sollte einsichtig sein, dass das Verwenden des Reibungsmaterials 100 in einem Drehmomentwandler nicht auf einen Drehmomentwandler mit der Ausgestaltung in 2 beschränkt ist. Das heißt, das Material 100 ist in jeder Kupplungseinheit unter Verwendung von Reibungsmaterial für jede in der Technik bekannte Anordnung von Drehmomentwandlern verwendbar.
Beispielhafte Rezepturen: Das Reibungsmaterial enthält 45 Prozent Füllstoff, 55 Prozent Fasern und ein Latexbindemittel. Die Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozent. Als Füllstoffe kommen der Füllstoff A, der Füllstoff B und der Füllstoff C; beziehungsweise Celite® 281, DiaFil® 230 und CelTiX™ infrage. Die Diagrammkurven gelten für Daten, die bei einem Oberflächendruck von 2.960 kPa und einer Flüssigkeitstemperatur von 90 °C gewonnen wurden. Die Daten wurden für die Füllstoffe mit und ohne Befrachtung mit Reibungsmodifikator gewonnen. Als Reibungsmodifikator wurde Stearinsäure verwendet. Allgemein sind ein niedriger statischer Reibungskoeffizient und ein möglichst hoher dynamischer Reibungskoeffizient für das Reibungsmaterial für eine Kupplung wünschenswert.
3A ist ein Diagramm, in dem entsprechende Reibungskoeffizienten als Funktion der Drehzahl für ein Reibungsmaterial 100 mit dem Füllstoff A dargestellt sind, wobei die Daten mit und ohne Befrachtung mit dem Reibungsmodifikator gewonnen wurden. Desgleichen handelt es sich bei 3B und 3C um Diagramme, in denen entsprechende Reibungskoeffizienten als Funktion der Drehzahl für ein Reibungsmaterial 100 mit dem Füllstoff B beziehungsweise Füllstoff C dargestellt sind, wobei die Daten mit und ohne Befrachtung mit dem Reibungsmodifikator gewonnen wurden. Bei der Drehzahl auf der Abszisse des Diagramms handelt es sich um die Drehzahl des Reibungsmaterials in Bezug auf eine Scheibe, die in Kontakt mit dem Reibungsmaterial steht. Zum Beispiel handelt es sich bei der Drehzahl um die Rutschdrehzahl zwischen dem Reibungsmaterial und der Scheibe.
Die statischen Reibungskoeffizienten sind bei Befrachtung mit Reibungsmodifikator für alle drei Füllstoffe niedriger, was darauf zurückzuführen ist, dass durch Hinzufügen des Reibungsmodifikators Stearinsäure beim Einkuppeln ein besserer Oberflächenschutz erreicht und somit der statische Reibungskoeffizient verringert wird.
Ein Vorteil besteht darin, dass bei dem mit den Füllstoffen A, B und C gemäß den 3A bis 3C versehenen Reibungsmaterial der dynamische Reibungskoeffizient einen steileren Anstieg zeigt, wenn der aus siliciumdioxidreichen Trägerpartikeln bestehende Füllstoff mit einem Reibungsmodifikator befrachtet ist. Mit anderen Worten, der Reibungskoeffizient der Kurven in 3A bis 3C nimmt bei dem Beispiel mit dem Reibungsmodifikator von der Rutschdrehzahl 16 min^-1 ständig bis auf 235 min^-1 zu: beim Füllstoff A nimmt der Reibungskoeffizient mit Reibungsmodifikator von 0,136 auf 0,144, ohne Reibungsmodifikator hingegen von 0,141 auf 0,143 zu; beim Füllstoff B nimmt der Reibungskoeffizient mit Reibungsmodifikator von 0,137 auf 0,145, ohne Reibungsmodifikator hingegen von 0,139 auf 0,146 zu; beim Füllstoff C nimmt der Reibungskoeffizient mit Reibungsmodifikator von 0,138 auf 0,155, ohne Reibungsmodifikator hingegen von 0,138 auf 0,150 zu. Abweichungen im Verhalten der Füllstoffe werden zumindest teilweise auf die Partikelmorphologie zurückgeführt.
Dem Fachmann sollten Änderungen und Modifikationen der obigen Beispiele der Erfindung natürlich offensichtlich sein, 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 und Wesensgehalt der beanspruchten Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6121168 [0002]

Claims

Reibungsmaterial für einen Kupplungsbelag, wobei das Reibungsmaterial umfasst: eine Vielzahl von Fasern; und einen Füllstoff, der mindestens 0,1 Gew.-% und höchstens 100 Gew.-% siliciumdioxidreiche Trägerpartikel in Bezug auf die Gesamtmasse des Füllstoffs enthält; wobei die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel: eine mittlere Partikelgröße von mindestens 0,1 µm und höchstens 50 µm; und einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,1 µm und höchstens 10 µm haben.
Reibungsmaterial für einen Kupplungsbelag, wobei das Reibungsmaterial umfasst: eine Vielzahl von Fasern; und einen Füllstoff, der mindestens 0,1 Gew.-% und höchstens 100 Gew.-% siliciumdioxidreiche Trägerpartikel in Bezug auf die Gesamtmasse des Füllstoffs enthält; wobei die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel zum Aufnehmen eines Reibungsmodifikators vorgesehen sind.
Reibungsmaterial für einen Kupplungsbelag, wobei das Reibungsmaterial umfasst einen Füllstoff, der mindestens 0,1 Gew.-% und höchstens 100 Gew.-% Diatomeenerdepartikel in Bezug auf die Gesamtmasse des Füllstoffs enthält; wobei die Diatomeenerdepartikel einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 1 µm und höchstens 3 µm haben; und wobei die Diatomeenerdepartikel eine mittlere Partikelgröße haben; wobei der mittlere Porendurchmesser mindestens 10 % und höchstens 40 % der mittleren Partikelgröße beträgt; und wobei die Poren einen Reibungsmodifikator enthalten.
Reibungsmaterial nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel ferner: eine mittlere Partikelgröße von mindestens 1 µm und höchstens 20 µm; und einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,5 µm und höchstens 7 µm haben.
Reibungsmaterial nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel ferner: eine mittlere Partikelgröße von mindestens 9 µm und höchstens 11 µm; und einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 1 µm und höchstens 3 µm haben.
Reibungsmaterial nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel ferner: eine mittlere Partikelgröße von ungefähr 10 µm; und einen mittleren Porendurchmesser von ungefähr 2 µm haben.
Reibungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei den siliciumdioxidreichen Trägerpartikeln um Diatomeenerde handelt.
Reibungsmaterial nach Anspruch 3, wobei die Diatomeenerde aus der Gruppe: Celite® 281, DiaFil® 230, CelTiX™ oder einer beliebigen Kombination derselben ausgewählt wird.
Reibungsmaterial nach einem der Ansprüche1, 2 oder 3, wobei die siliciumdioxidreichen Trägerpartikel einen mittleren Porendurchmesser von ungefähr 20 % in Bezug auf die mittlere Partikelgröße haben.
Reibungsmaterial nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Reibungsmodifikator aus der Gruppe: Fettsäureamine, Fettsäuren, Fettsäureamide, Fettsäureester, Paraffinwachse, oxidierte Wachse, Fettsäurephosphate, sulfurierte Fette, langkettige Alkylamine, langkettige Alkylphosphite, langkettige Alkylphosphate, langkettige borierte polare Verbindungen oder eine beliebige Kombination derselben ausgewählt wird.