DE1625680B1

DE1625680B1 - Reibkörper für nass-kupplungen und -bremsen

Info

Publication number: DE1625680B1
Application number: DE1967B0094698
Authority: DE
Inventors: Clarence E Albertson
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1966-10-25
Filing date: 1967-09-28
Publication date: 1972-04-27
Also published as: GB1201772A; US3390750A

Description

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basis, gesintertem Metallpulver und gesinterten über 705° C beginnt die Stahlstruktur sich zu wan

Metallfasern gemäß der Erfindung miteinander ver- dein und in Austenit überzugehen. Austenitischei

glichen werden. Stahl kann durch schnelles Abkühlen in den relativ

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines als Kupplungs- harten und zähen Martensit überführt werden. Bei

scheibe dienenden Reibkörpers gezeigt. Eine Metall- 5 langsamerem Kühlen oder Vergüten nach dem

scheibe 10, die aus Bronze, Stahl, Gußeisen oder Kühlen verändert sich die Struktur über eine harte

einer anderen geeigneten Legierung hergestellt ist, und zähe Martensit-Perlit-Mischung zu weichem

dient als Träger für Reibbeläge 12, die durch Schwei- körnigem Perlit. Beläge aus gesinterten Metallfasern

ßen, Sintern, Löten oder Kleben mit Phenolharzen, aus Kohlenstoffstählen werden vorzugsweise karbo-

Epoxyharzen oder anderen geeigneten Klebern an io riert und dann etwa 2 Stunden vergütet, so daß sie

dem Träger befestigt sind. Die Reibbeläge aus ge- eine Rockwell-Härte im Bereich von 35 bis 5OC

sinterten Metallfasern sind an die Form des Trägers haben.

10 angepaßt, der als Kupplungsscheibe einer Lamel- Die Anforderungen, denen die Kupplung ausgelenkupplung dient. Nachdem der Träger chemisch setzt ist (z. B. Größe der aufgenommenen Leistung, oder mechanisch gereinigt worden ist, wird eine 15 Oberflächentemperaturen usw.), bestimmen die Wahl geeignete Klebe- oder Lötpaste auf ihn oder den des Metalls und der Hitzebehandlung, die für den Reibbelag oder beide aufgebracht, und die Reib- Metallfaserstoff erforderlich sind. Gesinterte Weichbeläge werden auf die eine oder auf beide Seiten eisen- oder Kupferfasern ergeben keinen guten Reibdes Trägers aufgelegt. Die Reibkörper kommen dann körper, weil sie dicht sind, nicht die gewünschte in einen Ofen, um das Harz oder den Klebstoff 20 Porosität haben und ihr Verhalten sich schnell dem (die Lötmasse) zwischen Reibbelag und Träger zu eines Bremsbelages aus dichtem gesintertem Metallhärten. Ebenso ist es möglich, die Fasern in einem pulver nähert. Ein Reibbelag aus gesinterten Stahleinzigen Arbeitsschritt auf den Träger aufzusintern. fasern, zu einer Rockwell-Härte C von 35 bis 50

F i g. 2 zeigt eine modifizierte Kupplungsscheibe hitzebehandelt, die elastisch, nicht zu weich und der in F i g. 1 gezeigten Art. Bei dieser Ausführungs- 25 nicht zu spröde sind, ist besonders für automatische form wird jeder der Reibbeläge 12 α von mehreren Getriebe in Kraftfahrzeugen geeignet. Kupplungs-Schichten unterschiedlicher Dichte gebildet. Jede der beläge aus zäheren, hitzebeständigeren gesinterten mit dem Träger in Berührung stehenden inneren Metallfasern sind bei schweren Belastungen erforder-Schichten 14 hat eine relativ große Porosität und lieh. Gesinterte Metallfasern aus chrom- oder molybist daher schwammartig und aufsaugfähig. Die 30 dänlegierten Stählen oder Superlegierungen, die äußeren Schichten 16 sind zur Erzielung einer dich- hitzebehandelt wurden, so daß sie zäh und elastisch teren Reibfläche stärker zusammengedrückt. In einer sind, können bei Hochleistungsmaschinen eingesetzt bevorzugten Ausführungsform hat die äußere Schichi werden. Es können auch Stahlfasern durch Diffu-16 einen Porositätsgrad von etwa 60%, während sionsbeschichtung mit Chrom oder Molybdän und die innere schaumartige Schicht einen Porositätsgrad 35 anschließendes Karborieren verwendet werden, um von über 6O°/o aufweist. Beide Schichten können Öl die Metallfaserfestigkeit zu erhöhen. Es muß dafür absorbieren, aber die innere Schicht ist poröser und Sorge getragen werden, daß die Diffusionsbeschichwird beträchtlich mehr Öl als die äußeren Schichten tungen tief genug in die Struktur eindringen, um absorbieren. Unter Druck wird Öl ausgepreßt und die Fasern ausreichend zu verstärken,
von der Reibungsfläche abgeschabt, und es dringt 40

durch die hochporöse Metallfaserstruktur hindurch, Beispiel
was zu besonders guten Reibungseigenschaften führt.

In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind Fasern aus rostfreiem Stahl eines Außendurchdie Reibbeläge 12 b eines abgewandelten Reibkörpers messers von etwa 0,05 mm und einer Länge von gehärtet und die Haltbarkeit der äußeren Reibungs- 45 6,35 mm wurden mit einer Flüssigkeit zu einem Brei flächen erhöht. Die Härtung dieser Außenflächen verrührt und auf ein Sieb von der Größe kann auf verschiedene Weise erfolgen, z. B. durch eines handelsüblichen Kupplungsbelages (98,425 mm Nitrierhärtung, Karborieren, Aufbringen einer harten Innendurchmesser X 127 mm Außendurchmesser und Auflage oder einer glasigen Emailbeschichtung auf 0,635 mm Dicke) unter Bildung eines Faservlieses die Fasern. Es kann z. B. erwünscht sein, eine be- 50 ausgegossen. Diese vliesartige Scheibe wurde gesondere Beschichtung 20 in Form einer dichten harten trocknet und unter einem Druck von 28 kg/cm² leicht keramikartigen Emailschicht aufzubringen. Nachdem gepreßt, um das faserige Metall zu glätten und zu der Reibbelag 12 & aus gesinterten Metallfasern auf verfestigen. Zwei solcher verfestigter Fasermetalldem Träger 10 fest aufgebracht ist, wird eine Email- scheiben wurden auf je eine Seite einer Stahlkernfritte 20 in Form eines Breies auf die Reibungs- 55 scheibe aufgebracht, und der Verbundkörper wurde flächen aufgebracht. Die Reibkörper werden dann gepreßt, um die Oberflächen in engem Kontakt zu in einen ausreichend aufgeheizten Ofen gebracht, halten, und bei 1316° C 1 Stunde in trockener so daß die Fritte schmilzt und in die Hohlräume Wasserstoffatmosphäre gesintert. Der gelötete Verder Reibbeläge eindringt. Die Fritte sollte in begrenz- bundkörper ist als Reibkörper für Naß-Scheibenten Mengen aufgebracht werden, so daß verhindert 60 kupplungen verwendbar.

wird, daß die ganze Oberfläche des Reibbelages Die Vorteile, die durch die Verwendung von

verklebt, andernfalls würde die Absorption des Öls Metallfaser-Reibbelägen bei Naß-Kupplungen erzielt

durch die poröse untere Schicht durch die Email- werden, gibt die F i g. 4 wieder. In ihr ist der Rei-

schicht verhindert werden. bungskoeffizient von Reibbelägen auf Papierbasis,

Den konventionellen Kohlenstoffstahlsorten kön- 65 Metallfasern und Metallpulver über der Gleit-

nen sehr unterschiedliche Eigenschaften verliehen geschwindigkeit gegen eine Standard-Stahlpreßplatte

werden. Durch entsprechende Hitzebehandlung wer- unter Bedingungen aufgetragen, wie sie bei automa-

den sie weich, zäh oder spröde. Bei Temperaturen tischen Getrieben vorliegen, 93° C, 8,89 kg/cm² Be-

lastung und einem Schmiermittel. Obgleich die um- Papierbasis vermindert die Ölfilmbildung und die

gebenden Schmiertemperaturen näher an 82° C daraus folgende Abnahme des Reibungskoeffizienten

liegen, beträgt die Schmiertemperatur im Kupplungs- bei höheren Gleitgeschwindigkeiten. Es wurde ge-

belag 93° C und mehr. funden, daß fasermetallurgisch gesinterte Reibbeläge

Reibbeläge aus gesintertem Metallpulver sind 5 im Vergleich zu pulvermetallurgisch gesinterten

gekennzeichnet durch eine Reibungskoeffizient-Gleit- Reibbelägen einen nicht abfallenden Reibungs-

geschwindigkeitskurve mit abfallendem Verlauf, wie koeffizientenverlauf und einen höheren Reibungs-

die Kurvet in Fig. 4 eines im Handel befindlichen koeffizienten bei höherer Gleitgeschwindigkeit haben

Reibbelages für eine Kupplung eines automatischen (s. Kurve C). Sie entsprachen im Reibungsverhalten

Getriebes zeigt. Erschütterungen und mechanische io den Bremsbelägen auf Papierbasis (Kurve B), konn-

Schwingungen werden durch die abfallende Reibungs- ten aber in Getrieben höheren Temperaturen stand-

koeffizient-Geschwindigkeitskennlinie verstärkt. Reib- halten.

beläge auf Papierbasis (dargestellt durch die Kurve B), Die Reibbeläge aus gesinterten, elastischen Metalldie einen eher ansteigenden Reibungskoeffizient- fasern neigen weniger zum Fressen als die dichteren Gleitgeschwindigkeitsverlauf aufweisen, sind selbst 15 Bremsbeläge aus Metallpulver, und zwar aus mehbei höherer Reibung viel weniger dazu geeignet, reren Gründen: Auf Grund des größeren Reibungs-Erschütterungen zu verursachen; sie sind aber nur koeffizienten sind geringere Flächenbelastungen erforbegrenzt hitzebeständig. derlich; die elastischen Reibbeläge verteilen die Last

Der abfallende Verlauf der Reibungskoeffizienten- gleichmäßiger als die harten dichten Metallpulverkurve scheint daher zu rühren, daß sich bei zuneh- 20 beläge, und die poröseren Metallfaserbeläge halten mender Geschwindigkeit ein Ölfilm aufbaut. Die mehr Schmiermittel fest, wodurch wiederum mehr größere Porosität und Elastizität der Reibbeläge auf Reibungswärme absorbiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 wesentlichen konstant ist. Dies wird erfindungsgemäß Patentansprüche: dadurch erreicht, daß der Reibbelag aus Metallfasern besteht und der Porositätsgrad mindestens 50%

1. Reibkörper für Naß-Kupplungen und beträgt.

-Bremsen, mit einem Träger und mindestens 5 Ein aus gesinterten Metallfasern bestehender einem am Träger angebrachten gesinterten, Werkstoff mit einem Porositätsgrad von mehr als porösen und metallischen Reibbelag, dadurch 50 % ist an sich bereits bekannt (britische Patentgekennzeichnet, daß der Reibbelag (12; 14) schrift 821690 und USA.-Patentschrift 3 278279). aus Metallfasern besteht und der Porositätsgrad Dieser Werkstoff wurde jedoch bisher im wesentmindestens 50% beträgt. io liehen nur für Filter, als Wärmetauschermaterial,

2. Reibkörper nach Anspruch 1, dadurch ge- für Schwitzkühlungen in Flugzeugen und Maschinenkennzeichnet, daß die Metallfasern aus Stahl teilen, porige Gleitlager oder als Träger für andere oder einer Stahllegierung bestehen. Stoffe, insbesondere Kunststoffe, Harze und Kera-

3. Reibkörper nach Anspruch 1 oder 2, da- mik, verwendet. Es war zwar bereits bekannt, daß durch gekennzeichnet, daß der Reibbelag aus 15 fasermetallurgisch hergestellte Sinterwerkstoffe bei zwei aus gesinterten Metallfasern bestehenden gleicher Porigkeit eine größere Festigkeit als pulver-Schichten gebildet ist, einer ersten Schicht (16) metallurgisch hergestellte Sinterwerkstoffe haben, relativ geringer Porosität, deren eine Oberfläche Überraschend ist es jedoch, daß bei Verwendung die Reibfläche bildet, und einer zweiten Schicht eines aus gesinterten Metallfasern bestehenden Werk-(14) relativ hoher Porosität, welche zwischen 20 stoffes bei Naß-Kupplungen und -Bremsen der Reidem Träger (10) der ersten Schicht (16) liegt. bungskoeffizient über der Gleitgeschwindigkeit kon-

4. Reibkörper nach Anspruch 3, dadurch ge- stant bleibt. Eine einwandfreie wissenschaftliche kennzeichnet, daß die erste Schicht (16) einen Erklärung für das überraschende Reibungsverhalten Porositätsgrad von etwa 60% und die zweite des aus gesinterten Metallfasern bestehenden Werk-Schicht (14) einen Porositätsgrad von über 60% 25 stoffes kann nicht gegeben werden; durch Versuche hat. wurde jedoch festgestellt, daß der Porositätsgrad von

5. Reibkörper nach einem der Ansprüche 1 mehr als 50 % eine notwendige Voraussetzung zur bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall- Erzielung des gewünschten Effektes ist.

fasern (12, 12 a, 12 b) mit einem härteren Metall Daß die vorteilhaften Reibungseigenschaften eines

überzogen sind. 30 fasermetallurgisch hergestellten Sinterwerkstoffes von

der Fachwelt nicht erkannt worden sind, läßt sich

auch daraus ableiten, daß gesinterte Metallfaserstoffe

zwar als Reibungswerkstoffe für trockenarbeitende

Reibbeläge bekannt waren, daß sie in diesem Fall

35 jedoch nur als Träger für den eigentlichen Reibungs-

Die Erfindung betrifft einen Reibkörper für Naß- werkstoff (beispielsweise Graphit, Harz, Gummi Kupplungen und -Bremsen, mit einem Träger und od. dgl.) dienten (französische Patentschrift 1 348 772 mindestens einem am Träger angebrachten gesinter- und F. Eisenkolb, Fortschritte der Pulvermetalten, porösen und metallischen Reibbelag. lurgie, Bd. II, Kapitel 14, S. 910, Tabelle III). In der Bei bekannten Reibkörpern dieser Art (deutsche 40 zuletzt erwähnten Literaturstelle sind beispielsweise Patentschrift 856538) besteht der Reibbelag aus die Anwendungsgebiete für »ungetränkte« und mit gesintertem und gepreßtem Metallpulver, dem ge- einem Füllstoff »getränkte« Metallfaserstoffe angegebenenfalls Graphit, Korund od. dgl. beigemengt geben, wobei im Fall der ungetränkten Faserwerkwird. Der pulvermetallurgisch hergestellte Reibungs- stoffe lediglich die obenerwähnten üblichen Anwenwerkstoff besitzt im allgemeinen eine Porosität von 45 dungsgebiete wie Wärmeisolierung, Schwitzkühlung, 20 bis 30%, um einen Teil des den Reibbelag porige Gleitlager angegeben sind, wogegen das umspülenden Schmieröls aufnehmen zu können. Anwendungsgebiet »Reibwerkstoffe« nur unter der Wenn auch diese Art von Reibungswerkstoffen eine Gruppe der (mit dem eigentlichen Reibwerkstoff) zufriedenstellende Festigkeit und hohe Lebensdauer getränkten Faserwerkstoffe zu finden ist. Der Fachbesitzt, hat es sich jedoch in der Praxis gezeigt, 50 mann hatte somit keinerlei Veranlassung, den an daß die Reibungseigenschaften dieses Werkstoffes sich bekannten Werkstoff aus gesinterten Metallzu wünschen übrig lassen. Insbesondere wurde fest- fasern zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe gestellt, daß der Reibungskoeffizient gesinterter heranzuziehen, da keineswegs vorherzusehen war, Metallpulver mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit daß durch den in Frage stehenden Werkstoff ein des Reibbelages kleiner wird. 55 über der Gleitgeschwindigkeit konstanter Reibungs-Es sind bereits Reibwerkstoffe auf Papierbasis koeffizient zu erzielen ist.

(mit von einem Bindemittel zusammengehaltenen An Hand der Zeichnungen werden bevorzugte

Asbest- oder Zellulosefasern) bekannt, deren Rei- Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, bungsverhalten von der Gleitgeschwindigkeit des Fig. 1 zeigt eine Kupplungsscheibe, zum Teil im

Reibbelages weitgehend unabhängig ist, bei denen 60 Querschnitt, mit einem erfindungsgemäßen Reibais der Reibungskoeffizient über der Gleitgeschwin- körper;

digkeit konstant bleibt. Nachteilig bei diesen Rei- Fig. 2 zeigt eine modifizierte Kupplungsscheibe;

bungswerkstoffen sind jedoch ihre geringe Festigkeit F i g. 3 zeigt eine weitere Abänderung eines erfin-

und niedrige Lebensdauer. dungsgemäßen Reibkörpers, bei dem die Reibungs-

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Reibkörper 65 oberfläche mit einer keramischen Beschichtung beder eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem handelt worden ist;

trotz großer Festigkeit und Lebensdauer der Rei- Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, in der die

bungskoeffizient über der Gleitgeschwindigkeit im Reibungseigenschaften von Werkstoffen auf Papier-