DE3145999C1 - Reibbelag fuer eine Nass-Kupplung oder-Bremse - Google Patents
Reibbelag fuer eine Nass-Kupplung oder-BremseInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Reibbelag für eine Naß-Kupplung oder -Bremse, insbesondere für eine
hochbelastete Fliehkraftkupplung.
Beim Betrieb von Fliehkraftkupplungen, wie sie beispielsweise in hydrodynamischen Drehmomentwandlern
als Überbrückungskupplungen (DE-OS 27 43 595) eingesetzt sind, müssen Reibbeläge verwendet
werden, die hohe mechanische und thermische Belastungen ertragen können und dabei möglichst
keinen Verschleiß aufweisen sollen. Bei umfangreichen Untersuchungen von solchen Fliekraftkupplungen hat
sich herausgestellt, daß ähnliche Reibbeläge, wie sie z. B. in automatischen Kraftfahrzeuggetrieben verwendet
werden, aus unterschiedlichen Gründen keine befriedigenden Ergebnisse erbringen.
Semimetallbeläge (Asbest/Bindemittel/Metallspäne) z. B. haben einen zu hohen Verschleiß, wobei außerdem
im Bereich des Synchronisierens ein starkes Rattern auftritt (stick-slip-Effekt).
Metallbeläge verhalten sich hinsichtlich der mechanischen
Belastbarkeit wesentlich besser, doch tritt auch bei ihnen in;der. Synchronisationsphase ein leichter
stick-slip-Effekt auf. Ungünstig wirkt sich auch der sehr niedrige Gleitreibungskoeffizient aus, so daß bei
bestimmten Betriebszuständen lange Schlupfphasen und damit verbunden ein erhöhter Wärmeanfall
entstehen können. Eine ausgesprochen günstige Eigenschaft des Metallbelages ist es allerdings, daß er bei
stoßartiger Belastung parallel zur Reibfläche einen niedrigeren Haftreibungskoeffizienten aufweist als bei
stetig steigend aufgebrachter Belastung. Dies wirkt sich so aus, daß bei einem Drehmomentstoß, der beispielsweise
durch einen Gangwechsel in einem automatischen Getriebe ausgelöst werden kann, die Kupplung kurz
öffnet und somit über den dadurch entstehenden Schlupf der Ruck abgebaut wird. Bei stetig oder langsam
steigend aufgebrachtem Drehmoment wie z.B. während einer Beschleunigungsphase, kann jedoch ein
höheres Drehmoment übertragen werden.
Papierbeläge (auf Asbestfaserbasis mit Bindemitteln versehene und auf Papiermaschinen hergestellte Beläge)
verhalten sich hinsichtlich des stick-slip-Effektes erwartungsgemäß einwandfrei. Im Gegensatz zu Semimetall-
und Metallbelägen haben sie die Eigenschaft, daß ihr Gleitreibungskoeffizient größer ist als ihr
Haftreibungskoeffizient, was während der Synchronisierungsphase ein weiches, ruckfreies Verhalten bewirkt
Leider sind solche Reibbeläge den hohen energetischen und mechanischen Belastungen nicht
gewachsen. Beim Betrieb in einer Fliehkraftkupplung stellen sich bald irreversible ungünstige Veränderungen
der Belageigenschaften ein. Ähnlich ungünstige Eigenschaften hat ein für Friktionsscheiben bekannter
Holzpappebelag gemäß CH-PS 2 40 511.
Es stellt sich somit die Aufgabe, einen Reibbelag für eine Naß-Kupplung oder -Bremse zu finden, der die
günstigen Eigenschaften des Papierbelages mit denen des Metallbelages vereinigt wie ratterfreies, weiches
Verhalten in der Synchronisationsphase, hohe energetische und mechanische Belastbarkeit äußerst geringer
ίο Verschleiß, hohe Beständigkeit gegen die in Hochleistungsgetrieben
verwendeten Flüssigkeiten (z. B. ATF-öle), höherer Reibungskoeffizient in der Gleitphase vor
der Synchronisation als nach erfolgter Synchronisation sowie niedrigerer Reibungskoeffizient bei stoßartiger
Belastung gegenüber stetiger Belastung nach erfolgter Synchronisation und bei hohen Flächenpressungen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Reibbelag auf harzfreier Holzbasis, dessen Fasern im
wesentlichen parallel zur Reibrichtung laufen, gelöst der dadurch gekennzeichnet ist daß das Holz eine
mittlere Rohdichte im Darrzustand ρσ von mindestens 550 kg/m3 aufweist
So wurde bei Untersuchungen in der eingangs erwähnten Fliehkraftkupplung überraschenderweise
gefunden, daß bei der Verwendung von Holz mit Stahl als Gleitpartner und ATF als Schmier- und Kühlmittel
über den gesamten Schlupfbereich vom Anlegen der Fliehkörper bis zum Synchronisieren und dem Lösen
aus dem Haftzustand durch Übermomentenstöße ein absolut ratterfreies Verhalten erreicht wird.
Zwar ist es ganz allgemein bekannt Bremsbacken aus Holz, z.B. bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen mit
Außenbackenbremsen, wie Leiterwagen, zu verwenden, jedoch kommen diese Bremsklötze nur bei sehr
niedrigen Reibgeschwindigkeiten unter im wesentlichen trockener Reibung zum Einsatz. Diese Bremsklötze
unterliegen bekanntlich einem hohen Verschleiß, was aus der DE-PS 3 32063 hervorgeht in der ein
Bremsklotz mit besonders einfach und schnell auswechseibarem hölzernen Bremsschuh beschrieben wird. Die
überraschend positiven Eigenschaften insbesondere auch hinsichtlich der Standfestigkeit von Holz bestimmter
Rohdichte bei nasser Reibung sind bei diesem Stand der Technik unvorhersehbar.
Sowohl die Festigkeitswerte als auch der Abnutzungswiderstand
nehmen mit größer werdender Rohdichte ρσ zu. (Die Rohdichte ρσ ist das Verhältnis der
Masse einer Holzprobe zu ihrem Volumen, d. h. dem von ihrer äußeren Begrenzung umschlossenen Raum
so nach Trocknung bei 1030C bis zur Gewichtskonstanz.)
Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, Holz mit einer möglichst hohen Rohdichte zu verwenden. Andererseits
ist es jedoch ebenfalls vorteilhaft wenn die Struktur des Holzes so beschaffen ist daß das zur Kühlung und
Schmierung verwendete Fluid gut in die Faserstruktur eindringen kann. Diese Anforderung wird von Holz mit
kleinerer Rohdichte besser erfüllt
Unter Berücksichtigung der z. T. entgegenlaufenden
Eigenschaften muß als Reibmaterial ein Holz mit einer mittleren Rohdichte von mindestens ρσ = 550 kg/m3
verwendet werden. Ein sehr guter Kompromiß hinsichtlich der Eigenschaften wird mit Holz einer Rohdichte
von etwa 600 bis 660 kg/m3 erreicht Holz mit dieser Rohdichte wird in der Praxis bevorzugt
Für die Herstellung von gekrümmten und dicken Belägen ist es außerdem wichtig, daß das Holz gut
biegbar ist In Frage kommende Hölzer sind beispielsweise Lärche (Larix), Ahorn (Acer), Birke (Betula), Eiche
(Quercussessiliflora), Eukalyptus, Hickory (Hicoria),
Nuß (Juglans regia) und Teak (Tectona grandis) sowie
Esche (Fraxinus) und Ulme (Ulmus campestris), wobei insbesondere Ulmenholz ein hervorragendes Verhalten
besitzt Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Reibbelag aus Furnierholz angefertigt ist
Anhand der Abbildungen wird die Erfindung weiter erläutert Es zeigt
F i g. 1 den Verlauf der Reibungskoeffizienten verschiedener Reibbeläge,
Fig.2 die Seitenansicht eines Fliehkörpers für eine
Fliehkraftkupplung mit aufgeklebtem Holzbelag,
Fig.3 die Draufsicht auf einen Fliehkörper gemäß
Fig. 2.
In Fig. 1 ist der Verlauf der Reibungskoeffizienten verschiedener Reibbeläge in Abhängigkeit von der
Flächenpressung und mit dem Drehzahlschlupf als Parameter dargestellt Die durchgezogenen Kurven
entsprechen dabei dem Haftreibungskoeffizienten, die Masse und stärkeren Rückstellfedern zu verwenden.
Entsprechend dem Fliehkraftgesetz bewirkt dies eine steilere Momentehübertragungskurve Mf(n) für eine
Fliehkraftkupplung, was zur Folge hat daß sie einem geringeren Schlupfbereich ausgesetzt ist als beispielsweise
mit Semimetall- oder Metallbelägen ausgerüstete Kupplungen. Bei automatischen Kraftfahrzeuggetrieben
bedeutet dies, daß geringere Anpreßkräfte erforderlich sind und somit Energie eingespart werden kann.
Die hohe, ohne Schaden betreibbare Flächenpressung des Holzbelages gestattet ferner kleinere Abmessungen,
was in Kraftfahrzeug-Getrieben von enormer Bedeutung ist Besonders erstaunlich ist auch, daß der
Holzbelag sehr dünn ausgeführt werden kann. Bei den oben erwähnten Versuchen betrug die Dicke s des
Belags lediglich 1,5 bzw. 2,0 mm, was bezogen auf den Durchmesser an der Reibfläche D (Reibdurchmesser)
maximal 1% entsprach.
Von nicht unerheblicher Bedeutung ist auch, daß die
gestrichelten dem Gleitreibungskoeffizienten bei 20% 20 Herstellung der Beläge sehr einfach ist und daß Holz im
Drehzahlschlupf.
Man sieht daß Ulmenholz H ein ähnliches Reibverhalten aufweist wie ein Papierbelag P. Bis zu einer
Flächenpressung von ca. 60 N/cm2 hat dieses Holz einen
höheren Gleitreibungskoeffizienten als sein Haftreibungskoeffizient ist Oberhalb dieser Flächenpressung
kehrt sich dieses Verhalten um. Der Semimetallbelag 5Mund der Metallbelag Mzeigen dagegen das typische
Festkörperreibverhalten. Ihre Gleitreibungskoeffizien-Gegensatz
zu Asbest eine absolut umweltfreundliche Bearbeitung zuläßt Bei sehr dünnen Belägen kann
beispielsweise Furnierholz verwendet werden.
Um den praktischen Einsatz von Holzreibbelägen zu verdeutlichen, ist in Fig.2 und 3 ein auf einen
Fliehkörper aufgeklebter Holzbelag dargestellt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der auf bekannte Art und
Weise vorgebogene Holzbelag direkt auf die bearbeitete Oberfläche eines Fliehkörpers 2 aufgeklebt. Die
ten sind wesentlich kleiner als ihre Haftreibungskoeffi- 30 Klebung erfolgte mit einem Kleber auf der Basis von
zienten. Nitrilkautschuk mit Bestandteilen aus Phenol, Kresol
Bei vergleichenden Versuchen, bei denen Flächen- und Ketonen (Bostik® 1777), womit ausgezeichnete
Pressungen beim Papierbelag bis zu 110 N/cm2 und beim Ergebnisse erzielt wurden. Die seitlichen Einf räsungen 7
Holzbelag bis zu 150 N/cm2 und energetische Belastun- und 8 (F i g. 3) im Fliehkörper dienen zur Abstützung der
gen von 550 J/cm2 auftraten, stellte sich heraus, daß die 35 Rückstellfedern, die nicht dargestellt sind. Außer durch
Papierbeläge nach ca. 12 Stunden ihre ursprünglich Kleben kann der Belag natürlich auch auf andere
feinfaserige, poröse Struktur änderten. Sie backten
quasi zusammen, so daß die oben erwähnten günstigen
Reibeigenschaften verloren gingen und an Stelle dessen
das typische Festkörperverhalten eintrat
quasi zusammen, so daß die oben erwähnten günstigen
Reibeigenschaften verloren gingen und an Stelle dessen
das typische Festkörperverhalten eintrat
Der Belag aus Ulmenholz dagegen änderte seine Eigenschaften über die gesamte Versuchsdauer (ca.
100 Stunden) nicht wobei sogar in Einzelfällen Flächenpressungen bei 400 N/cm2 auftraten. Außerdem war
über die gesamte Versuchsdauer kein Verschleiß festzustellen. Vergleichende Messungen mit Eschenholz
z.B. zeigten, daß dieses Holz bei sonst günstigen Gleiteigenschaften einen gegenüber Ulmenhölz leichten
Verschleiß aufwies.
Das Holz soll harzfrei sein, weil einerseits das Harz 50 sich häufig Schwierigkeiten bei der Herstellung des
das Eindringen des Öles in die Fasern verhindert und Rohbelages. Dünnere Beläge werden beispielsweise aus
andererseits beim Austreten des Harzes unerwünschte Furnierholz hergestellt Im allgemeinen verwendet man
Volumenänderungen am Holz und Verunreinigungen eine Dicke des Reibbelags, die bis etwa 1% des
des Öles auftreten können. Durchmessers an der Reibfläche entspricht, d. h, daß in
Um diesen Zustand zu erreichen, kann harzhaltiges 55 Kraftfahrzeug-Getrieben eine Belagstärke von 0,5 bis
bekannte Arten, z. B. durch Schrauben oder Nieten, auf dem Träger befestigt werden, jedoch wird Kleben
insbesondere bei dünnen Reibbelägen verwendet
Fig.3 zeigt ferner, daß der Belag mit einer, an sich
bekannten Längs- und Querrillierung versehen ist, die dem Ablauf des Öls dient Ferner ist eine Bohrung (6)
vorgesehen, die dem Ablauf des Öls in radialer Richtung dient
Der Reibbelag kann eine Dicke (S) von ca. 0,3 bis zu
ca. 5 mm besitzen. Überschreitet man den oberen Wert, so können Schwierigkeiten beim Biegen auftreten oder
der erforderliche Bauraum kann zu groß werden. Unterschreitet man die Dicke von 0,3 mm, dann ergeben
Holz durch geeignete Maßnahmen entharzt werden. Im allgemeinen ist kurzfaseriges Holz vorzuziehen, wie es
bei Laubhölzern der Fall ist Mitunter sind aber auch langfaserige Hölzer (z. B. Nadelhölzer wie Parkettkiefer
(Pinus palustris)) geeignet
Ferner soll das Holz eine hohe Druck- und Scherfestigkeit aufweisen, um den auftretenden Flächenpressungen
und Scherkräften standzuhalten. Weiter ist ein hoher Abnutzungswiderstand notwendig, um
mm zur Anwendung gelangt Beläge dieser Dicke sind gut handhabbar sowie leicht und preiswert aus
Furnierholz herzustellen. Für Beläge mit dieser Belagstärke, insbesondere solchen aus Ulmenholz hat
sich eine Längsrillierung als besonders geeignet erwiesen, bei der die Rillenbreite zwischen 1 und 2 mm,
insbesondere bei etwa 1,5 mm liegt Die Breite der durch die Längsrillen gebildeten Stege soll das 2- bis 3fache,
insbesondere das 2,5fache der Rillenbreite betragen.
den Verschleiß möglichst gering zu halten oder gar 65 Durch diese Abmessungen werden sehr gute Ergebnisse
auszuschließen. hinsichtlich Flächenpressung und Öldurchsatz erzielt.
Durch
den hohen Gleitreibungskoeffizienten des Holzbelages ist es möglich, Fliehkörper mit kleinerer
Der Belag kann auch noch mit einer oder mehreren Querrillen versehen sein, insbesondere, wenn die Länge
der Stege ca. 5 cm überschreitet oder ein besonders hoher Fluiddurchsatz notwendig ist Als besonders
geeignet hat sich eine Breite der Querrillen erwiesen, die etwa dem 2fachen der Breite der Längsrillen
entspricht.
Die Gleitbewegung erfolgt parallel zu den Stegen 3, weshalb der Holzbelag so geschnitten wird, daß die
Längsrichtung seiner Fasern ebenfalls im wesentlichen parallel zu der Reibrichtung liegt. Dies ist erforderlich,
um ein Abschälen und Aufsplittern des Holzbelages in sich zu verhindern.
Die Einbringung der Rillierung kann sowohl vor als
auch nach der Befestigung des Holzbelages auf dem Grundkörper vorgenommen werden. Bei einer Serienfertigung
sollten jedoch genau bemessene und profilierte Leisten bzw. Bänder hergestellt werden, die auf
Länge geschnitten, die einzelnen Belagstücke ergeben. Außer der in der Abbildung dargestellten Form von
Holzbelägen für Fliehkörper von Fliehkraftkupplungen ist es ohne weiteres möglich, die Reibbeläge auf der
Innenseite von Hohlzylindern (z.B. Bremsbänder für automatische Kraftfahrzeuge-Getriebe) anzubringen
oder als Scheibenbeläge auszuführen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Reibbelag auf harzfreier Holzbasis, dessen Fasern im wesentlichen parallel zur Reibrichtung
laufen, für eine Naß^-Kupplung oder -Bremse,
dadurch gekennzeichnet, daß das Holz eine mittlere Rohdichte im Darrzustand ρσ von
mindestens 550 kg/m3 aufweist.
2. Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Ulmenholz besteht
3. Reibbelag nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Furnierholz
angefertigt ist
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