DE3406766A1 - Reibungskupplung - Google Patents

Description

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Dr. re?, aar. Tlicmeo Bcrendt D-.-'nr. Her.s Leyh

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

Dana Corporation
4500 Dorr Street
Toledo, Ohio, U.S.A.

Reibungskupplung

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X- A 14 754

Dana Corporation

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung, insbesondere zur Verwendung im Antriebssystem von Hochleistungsfahrzeugen. Sie betrifft insbesondere die Reibungsbeläge oder Reibungselemente, die an der getriebenen Kupplungsscheibe derartiger Reibungskupplungen verwendet werden.

übliche Reibungselemente, die mit den Kupplungsscheiben durch Kleben oder Nieten verbunden sind, bestehen hauptsächlich aus organischen Fasermaterialien. Solche Materialien haben sich als zufriedenstellend erwiesen bei normalen Betriebsbedingungen, wobei die Reibungselemente eine Standard-Nutzungsdauer haben. Im Hochleistungsbetrieb jedoch, neigen die organischen Reibungselemente dazu, in beträchtlich kürzeren Zeiten zu verschleißen und sie müssen daher häufiger ersetzt werden. Dieses Problem tritt besonders in modernen Hochleistungsfahrzeugen auf, in welchen diese Reibungselemente hoch belastet werden.

Dies hat zur Entwicklung von Reibungselementen geführt, die keramische Schichten oder Beläge verwenden, um zu einer größeren Dauerfestigkeit zu gelangen. Es wurde jedoch gefunden, daß bei Kupplungen keramische Materialien empfindlich gegenüber Wärme sind, insofern, als ihre Reibungskoeffizienten als Funktion der Temperatur sich ändern. Hat z.B. der Reibungskoeffizient eines keramischen Elementes einen Wert von 0,3 bei einer Temperatur von 177⁰C, so kann dasselbe Element z.B. in einem separaten lokalen Bereich einen Reibungskoeffizient von 0,5 bei einer Temperatur von 315⁰C haben. Derartige Unterschiede der Reibungswerte über der Oberfläche eines Reibungselementes verursachen ein Rattern oder Prellen, wobei das Reibungselement bei eingerückter Kupplung abwechselnd schnell in Eingriff mit der zugehörigen Druckplatte tritt und sich wieder von ihr löst.

Es besteht daher ein Bedarf für keramische Reibungselemente, die weniger empfindlich gegen Wärme sind und die vorgenannten Nachteile vermeiden.

Das keramische Reibungseiement nach der Erfindung ermöglicht eine bessere Wärmeübertragung und erreicht somit eine gleichmäßigere Temperaturverteilung über ihre radial äußeren und radial inneren Oberflächen, als dies bisher möglich war. Das erfindungsgemäße Reibungselement hat daher auch einen gleichmäßigeren Reibungskoeffizienten über seine Oberfläche. Das Element kann an den Kupplungsscheiben, insbesondere der getriebenen Scheibe, befestigt werden und es hat radial-symmetrische vordere und hintere Kanten oder Ränder, die jeweils konvexe und konkave Abschnitte bilden.

Vorzugsweise hat das Reibungselement ein Paar in radialem Abstand angeordneter Teilabschnitte, die radial- und umfangssymmetrisch sind. Eine radiale Mittellinie läuft durch das Reibungselement zwischen entsprechenden, im Abstand liegenden radial inneren und äußeren Teilabschnitten. Ein Paar solcher Mittellinien der Teilabschnitte hat gleichen radialen Abstand von der radialen Mittellinie. Die Mittellinien bilden Bögen, welche an die radial verlaufenden vorderen und hinteren Kanten des Elementes angrenzen. Die zwei Mittellinien der Teilabschnitte bilden zwei im Abstand liegende Bögen, die sich zwischen zwei Linien erstrecken, die radial auswärts von der Drehachse der getriebenen Scheibe verlaufen, an der das Element befestigt ist. Die letztgenannten Bögen der Teilabschnitte erstrecken sich je über einen größeren Winkel als der dazwischenliegende Bogen der radialen Mittellinie.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 in Draufsicht eine getriebene Kupplungsscheibe mit einem Reibungselement zeigt.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht ein bevorzugtes keramisches Reibungselement nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht die Kupplungsscheibe nach Fig. 1.

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Fig. 1 zeigt eine getriebene Kupplungsscheibe 10 mit einer Drehachse 12. Die Scheibe 10 hat eine Eingangsseite 3 mit Innenverzahnung zur Aufnahme einer nicht-gezeigten Eingangswelle. Eine Mehrzahl von Federdämpfungselementen 5 sind am Umfang um die Drehachse positioniert zum absorbieren von Stoßbelastungen, die durch einen äußeren Abschnitt 7 der getriebenen Scheibe 10 übertragen werden. Der Außenteil 7 hat radial verlaufende Arme oder Schaufeln 9, welch letztere Kupplungsreibungselemente 60 tragen. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind die Reibungselemente durch Nieten 11 befestigt, obwohl sie an den Schaufeln 9 auch durch andere Mittel, z.B. durch Ankleben, befestigt werden können. Eine zweite Gruppe von Nieten 13 hält die Eingangs- und Ausgangsteile, sowie die Federdämpfungselemente zusammen, während eine dritte Gruppe von Nieten 19 verwendet wird, um eine Relativbewegung zwischen Eingangs- und Ausgangsteilen um die Drehachse 12 zu begrenzen, wie an sich bekannt.

Jedes Reibungselement 60 hat eine Stützplatte 44, mit der ein Reibungsbelag 46 verbunden ist. Obwohl in der bevorzugten Ausführungsform die Stützplatte 44 dieselbe Form wie der Reibungsbelag hat, kann sie auch eine völlig andere Form als der Reibungsbelag haben.

Fig. 2 zeigt das Reibungselement 60 im Detail. Jeder Reibungsbelag 46 hat einen bogenförmigen, wärmeabsorbierenden Körper, vorzugsweise aus einer keramischen Zusammensetzung. Um Verformungen oder Temperaturgradienten über die radial verlaufende Oberfläche minimal zu halten, hat der Reibungsbelag 46 eine größere Wärmeführungskapazität in seinen radial inneren und radial äußeren Abschnitten. Diese Abschnitte sind daher in Umfangsrichtung vergrößert, um sicherzustellen, daß irgendwelche heiße Stellen relativ zentrisch zwischen, oder radial innerhalb des Körpers des Reibungselementes liegen, anstatt längs der radial inneren und äußeren Umfangsabschnitte des Elementes. Hohe Wärmekonzentrationen in den letztgenannten Bereichen verursachen die unerwünschten Verzerrungen der Reibungskoeffizienten, die bei Verwendung von keramischen Belägen zum Rattern führen.

Jedes Reibungselement 60 kann sich um die Drehachse 12 in Gegenuhrzeigerrichtung drehen, wie durch den Pfeil R angezeigt ist. Bei dieser angenommenen Drehung hat der Belag 46 jedes Elementes 60 radiale vordere und hintere Kanten 14 bzw. 16, sowie eine in Umfangsrichtung verlaufende radiale Mittellinie 18, die durch das radiale Symmetriezentrum des Elementes 16 geht. Radial auswärts von der Mittellinie 18 und radial einwärts der Mittellinie 18 liegt ein etwas schmalerer, aber ähnlich geformter Teilabschnitt 22. Beide Abschnitte sind in der rechten Schaufel 9 der Scheibe 10 nach Fig. 1 dargestellt und sie sind in Draufsicht etwa wurstförmig ausgebildet. Die Teilabschnitte 20, 22 haben größere Abmessungen und damit größere Wärmeführungskapazitäten als der dazwischenliegende Mittelabschnitt 21 des Belages 46. Die beiden Teilabschnitte 20, 22 sind sowohl radial, als auch in Umfangsrichtung symmetrisch, und sie haben Mittellinien 24, 26 (Fig. 2), die beide parallel zu der dazwischenliegenden Mittellinie 18 verlaufen. Die effektiven Grenzen der Teilabschnitte 20, 22 relativ zum Mittelabschnitt 21 sind in Fig. 1 durch gestrichelte Linien 23 dargestellt.

Die radialen vorderen und hinteren Kanten 14, 16 sind symmetrisch ausgerichtet bezüglich der Drehachse 12 der Scheibe 10. Eine radiale Linie 28, die von der Drehachse 12 ausgeht, tangiert somit die Enden 15 der vorderen Kante 14, während eine radiale Linie 30, die von derselben Mittelachse 12 ausgeht, eine Tangente an die Enden 17 der hinteren Kante 16 bildet.

Der radial äußere Teilabschnitt 20 hat einen konvexen vorderen Randabschnitt 32, der eines der obengenannten Enden 15 einschließt. Das Ende 15 liegt im Schnitt der Mittellinie 24 mit der radialen Linie 28. In gleicher Weise hat der radial innere Teilabschnitt 22 einen konvexen vorderen Randabschnitt 34, der das zweite Ende 15 umfaßt, das im Schnitt der Mittellinie 26 des inneren Teilabschnittes 22 mit der radialen Linie 28 liegt. Zwischen den konvexen vorderen Randabschnitten 32 und 34 liegt ein konkaver vorderer Randabschnitt 36 symmetrisch zu der Mittellinie 18, jedoch im Abstand von der radialen Linie 28, die er nicht berührt.

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Die radiale hintere Kante 16 hat radial äußere und innere konvexe hintere Randabschnitte 38 und 40, die dieselben Merkmale wie die konvexen vorderen Randabschnitte 32 und 34 haben, wobei beide symmetrisch von der hinteren radialen Linie 30 tangential berührt werden. Ebenso liegt ein konkaver hinterer Randabschnitt 42 zwischen den konvexen Randabschnitten 38 und und der Abschnitt 42 hat einen Abstand von der radialen Linie 30.

Jeder Reibungsbelag 46 ist vorzugsweise mit der Stützplatte 44 verbunden. Die Platte 44 besteht vorzugsweise aus Stahl, oder einem anderen geeigneten Material. Der Reibungsbelag 46 besteht in der bevorzugten Ausführungsform aus einer gesinterten keramischen Zusammensetzung, obwohl im Rahmen der Erfindung auch konventionelle organische Reibungsmaterialien verwendbar sind. In der hier beschriebenen Ausführungsform wird jedoch vorzugsweise eine Keramik auf Kupferbasis verwendet, mit einem Anteil von 70-80% Kupfer, es können aber auch andere keramische Zusammensetzungen verwendet werden. Ein solches gesintertes Material auf Kupferbasis für die Beläge ist handelsüblich käuflich.

Wie Fig. 2 zeigt, verläuft die Mittellinie 28 des Reibungsbelages 46 in Umfangsrichtung zwischen den konkaven Randabschnitten 36 und 42. Dieser Umfangsabschnitt der Mittellinie 18 zwischen den Rändern 36 und 42 bildet einen Bogen, der verschieden ist von jedem der Bögen, die durch die Umfangsabschnitte der Mittellinien 24, 26 zwischen den Rändern 32 und sowie 34 und 40 gebildet werden.

Die Bögen, die durch die Mittellinien 24 und 26 gebildet werden, erstrecken sich über denselben Winkel, vorzugsweise etwa 40° bei der Ausführungsform nach Fig. 2. Im Gegensatz hierzu erstreckt sich die Mittellinie 18 des Mittelabschnittes 21 über einen kleineren Winkel, etwa 35° in dieser Ausführungsform. Die Folge davon, daß der Mittelabschnitt 21 sich in Umfangsrichtung über einen kleineren Winkel erstreckt, gewährleistet, daß der radial dazwischenliegende Teil des Reibungsbelagmaterials relativ kürzer ist und damit einer höheren Temperaturbelastung ausgesetzt ist als der innere und der äußere Teilabschnitt, bei Voraussetzung einer konstanten Dicke des Belages. In der dargestellten Ausführungsform sind

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Nietlöcher 48 (Fig. 2) symmetrisch auf der Mittellinie 18 angeordnet, wodurch die Menge des Reibungsbelagmaterials im Mittelabschnitt weiter reduziert wird und damit auch die Wärmekapazität in diesem Bereich.

Der Teilabschnitt 22 wird derselben Reibungsbelastung und daraus resultierenden Wärmeenergie ausgesetzt wie der Teilabschnitt 20, obwohl die Länge des Bogens 26 kleiner ist als die des Bogens 24. Dies ist eine Folge der Drehgeschwindigkeit der zugehörigen Druckplatte, die niedriger ist im Bereich des Bogens 26 als im Bereich des Bogens 24. Die relative Geschwindigkeit nimmt zu mit dem Abstand von der Drehachse 12.

Die Stützplatte 44 und der Reibungsbelag 46 haben, wie oben erwähnt, dieselbe Form, wobei die Stlitzplatte 44 etwas größer ist als der Reibungsbelag 46. Wie Fig. 2 zeigt, bildet die Stützplatte einen um den Umfang verlaufenden Rand oder eine Überlappung 70 mit einer Breite von etwa 1,5 mm. Die Überlappung 70 der Stützplatte 44 kann aber auch breiter sein und z.B. bis zu 18 mm betragen, wobei die Nieten 11 sich durch den überlappungsteil der Stutzplatte 44,anstatt durch das Reibungsmaterial selbst, erstrecken können. Auch eine solche Ausführungsform liegt im Rahmen der Erfindung.

In der bevorzugten Ausführungsform des Reibungsbelages 46 haben die konvexen Ränder 32, 34, 38 und 40 gleiche Abmessungen, sie liegen separat auf gleichem Radius 50, der von einem Krümmungsmittel punkt ausgeht, welcher entsprechend auf der Mittellinie 26 bzw. 24 liegt. In der bevorzugten Ausführungsform hat die Mittellinie 18 einen radialen Abstand von der Drehachse 12 von etwa 127 mm, wobei dieser Abstand für andere Ausführungsformen, z.B. im Bereich von 100-175 mm liegen kann. Für diesen Bereich der radialen Abmessungen hat der Radius 50 vorzugsweise eine Größe von etwa 12,5-15,0 mm, während ein bevorzugter Radius für die konkaven Randabschnitte 36 und 42 im Bereich von 44,5-63,5 mm liegt.

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Die vordere und die hintere Kante14 und 16 sind vorzugsweise längs ihrer gesamten Ausdehnung gekrümmt, um das Vorhandensein von Teilen, die senkrecht zu einer Umfangswirkungslinie relativ zu einer zugehörigen Druckplatte liegen, minimal zu halten, wobei solche Teile parallel zu den radialen Linien 28 bzw. 30 liegen würden. Insoweit, als jedes Segment (mit Ausnahme der Punkte auf der Mittellinie 18) der vorderen und hinteren Ränder oder Kanten gebogen ist und damit einen spitzen Winkel zu der Wirkungslinie bildet, wird die Neigung zum Aufbau von lockerem Reibungsmaterial längs einzelner Segmente und darauf resultierenden lokalen Hitzetaschen auf einem Minimum gehalten. Eine solche kontinuierliche Krümmung ist daher sehr erwünscht, um lokale Beschädigungen der Reibungsbelagkanten zu vermeiden.

Die Reibungsbeläge 46 haben vorzugsweise bestimmte Abmessungen zwischen den Teilabschnitten und den Mittellinien, sowie zwischen den radialen inneren und äußeren Kanten. So ist das Maß A (Fig. 2) der Abstand zwischen der inneren Mittellinie 18 und den Mittellinien 24 und 26. Der Abstand zwischen der Mittellinie 18 und dem radialen Innenrand 54 des Reibungsbelages ist durch das Maß B gegeben. In gleicher Weise ist der Abstand zwischen der Mittellinie und dem radialen Außenrand 18 vorzugsweise gleich demselben Maß und damit auch durch das Maß B gegeben. Vorzugsweise ist das Verhältnis von A zu B etwa 0,6. Das radiale Maß A zwischen einer der Mittellinien 24, 26 und der Mittellinie 18 beträgt somit vorzugsweise 60% des Abstandes zwischen der Mittellinie 18 und dem entsprechenden Außenrand. Dieser letztgenannte Parameter liefert eine optimale Wärmeabfuhr von den inneren und äußeren Teilabschnitten 20, 22 relativ zum mittleren Abschnitt 21, konstante Dicke des Reibungsbelages vorausgesetzt.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Reibungselemente 60 paarweise montiert. Die Nieten 11 halten zusammengehörige Paare von Reibungselementen zusammen, die symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der Scheibe angeordnet sind, wobei je ein Paar von Reibungselementen auf jeder Schaufel 9 angeordnet ist. Der vordere und hintere Rand 14 und 16 sind

insoweit austauschbar als die Elemente symmetrisch aufgebaut sind. Eine Drehrichtung umgekehrt zur Pfeil richtung R in Fig. 2 führt daher zu einer vorderen Kante 16 und einer hinteren Kante 14.

Claims (1)

1. A 14 754

   Dana Corporation

   Patentansprüche

   \ 1./ Reibungskupplung mit einem Reibungseiement, das an einer um eine Drehachse rotierbare Kupplungsscheibe montierbar ist, wobei das Reibungselement einen Reibungsbelag aufweist mit radial vorderen und hinteren Rändern, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungsbelag (46) eine erste in Umfangsrichtung verlaufende Mittellinie (18) aufweist, die einen Bogen bildet, der sich zwischen dem vorderen und dem hinteren Rand (14, 16) ersteckt, daß der Reibungsbelag (46) einen radial äußeren und einen radial inneren Teilabschnitt (20, 22) aufweist und jeder Teilabschnitt einen radialen Abstand von der Mittellinie (18) hat, daß ferner jeder Teilabschnitt eine in Umfangsrichtung verlaufende Mittellinie (24 bzw. 26) hat, die parallel zur Mittellinie (18) verlaufen, daß die Mittellinien(24, 26) der Teilabschnitte (20, 22) Bögen bilden, welche durch die Ränder (14, 16) des Belages (46) begrenzt sind, und daß die Bögen, die durch die Mittellinien (24, 26) der Teilabschnitte (20, 22) gebildet sind, sich über einen größeren Winkel in Umfangsrichtung erstrecken, als der Bogen, der durch die Mittellinie (18) gebildet ist.

   Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilabschnitt (20, 22) des Reibungsbelages (46) je einen konvexen vorderen und hinteren Randabschnitt (15, 17) aufweist, die symmetrisch zur jeweiligen Mittellinie (24) bzw. (26) des jeweiligen Teilabschnittes (20 bzw. 22) angeordnet sind, daß ferner die Enden der konvexen Randabschnitte (15) des vorderen Randes (14) auf einer Linie (28) liegen, die radial von der Drehachse (12) ausgeht, und daß die Enden der konvexen Randabschnitte (17) des hinteren Randes (16) auf einer Linie (30) liegen, die radial von der Drehachse (12) ausgeht.

   3. Reibungskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungsbelag (46) konkave vordere und hintere Randabschnitte (36, 42) aufweist, die zwischen den konvexen Randabschnitten (15, 17) liegen.

   4. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen und hinteren Ränder (14, 16) kontinuierlich gekrümmt sind.

   5. Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungselement eine Stützplatte (44) aufweist und daß der Reibungsbelag (46) aus einem gesinterten keramischen Material besteht.

   6. Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

   . durch gekennzeichnet, daß der Reibungsbelag (46) eine Mehrzahl von Nietlöchern (48) aufweist, die symmetrisch auf der Mittellinie (18) liegen.

   7. Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexen Randabschnitte (15, 17) einen Radius (50) von wenigstens etwa 12,5 mm aufweisen.

   8. Reibungskupplung nach-einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand von einer der Mittellinien (24, 26) von der Mittellinie (18) etwa 60% des radialen Abstandes von der Mittellinie (18) zu einem der in Umfangsrichtung verlaufenden Ränder (58, 54) der Teilabschnitte (20, 22) beträgt.

   9. Reibungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material des Reibungsbelages (46) eine Keramik auf Kupferbasis ist und daß der Anteil des Kupfers im Bereich von 70-80% liegt.

   10. Reibungskupplung nach Anspruch 1, mit einer drehbaren getriebenen Kupplungsscheibe, mit wenigstens einem Paar Reibungselementen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Kupplungsscheibe angeordnet sind, welche um eine Drehachse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungselement einen gebogenen Reibungsbelag aufweist mit radialen vorderen und hinteren Rändern, daß der Reibungsbelag eine erste in Umfangsrichtung verlaufende Mittellinie aufweist, die einen Bogen zwischen dem vorderen und dem hinteren Rand bildet, daß der Reibungsbelag ferner einen radial äußeren und einen radial inneren Teilabschnitt aufweist, daß jeder Teilabschnitt im radialen Abstand von der Mittellinie angeordnet ist und jeder Teilabschnitt in Umfangsrichtung und in Radialrichtung symmetrisch ausgebildet ist, und die Teilabschnitte zweite und dritte in Umfangsrichtung verlaufende Mittellinien aufweisen, die parallel zu der dazwischenliegenden ersten Mittellinie verlaufen, daß die zweite und die dritte Mittellinie der Teilabschnitte im Abstand liegende Bögen bilden, die durch die radial veralufenden Ränder des Reibungsbelages und zwei Linien begrenzt sind, die radial von der Drehachse ausgehen, und daß die Bögen, die durch die zweite und dritte Mittellinie der Teilabschnitte gebildet werden, sich über einen größeren Winkel erstrecken, als der Bogen, der durch die dazwischenliegende erste Mittellinie gebildet wird.

   11. Reibungskupplung nach Anspruch 1, mit wenigstens einem Paar Reibungselementen, die auf gegenüberliegenden Seiten einer Kupplungsscheibe angebracht sind, welche um eine Drehachse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Reibungselement einen gebogen ausgebildeten Reibungsbelag aufweist, mit radial verlaufenden vorderen und hinteren Rändern, daß der Reibungsbelag eine erste in Umfangsrichtung verlaufende Mittellinie aufweist, die einen Bogen definiert, der sich zwischen dem vorderen und hinteren Rand erstreckt, daß der Reibungsbelag ferner einen radial äußeren und einen radial inneren Teilabschnitt besitzt, daß jeder Teilabschnitt in radialem Abstand von der Mittellinie liegt und jeder Teilabschnitt sowohl in Umfangsrichtung als auch

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   in radialer Richtung symmetrisch ist und zweite und dritte in Umfangsrichtung verlaufende Mittellinien parallel zu der dazwischenliegenden ersten Mittellinie aufweist, daß die zweite und die dritte Mittellinie der entsprechenden Teilabschnitte im Abstand liegende Bögen definieren, die durch die radial verlaufenden Ränder des Reibungsbelages und zwei Linien begrenzt sind, die radial von der Drehachse aus verlaufen, daß die Bögen, die durch die zweite und dritte Mittellinie der Teilabschnitte gebildet sind, sich über einen größeren Winkel erstrecken, als der Bogen, der durch die dazwischenliegende erste Mittellinie gebildet ist, daß der äußere und der innere Teilabschnitt des Reibungsbelages konvexe radial verlaufende vordere und hintere Randabschnitte aufweist, welche symmetrisch zu der jeweiligen Mittellinie des jeweiligen Teilabschnittes liegen, und daß der Reibungsbelag ferner konkave radial verlaufende vordere und hintere Randabschnitte aufweist, die zwischen den entsprechenden konvexen Randabschnitten liegen, und daß die vorderen und hinteren Ränder kontinuierlich gekrümmt sind.