DE60204936T2

DE60204936T2 - Trockenkupplungsreibebelag und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE60204936T2
Application number: DE2002604936
Authority: DE
Inventors: Masahiro Nishikamo-gun Aichi-ken Katsukawa
Original assignee: Aisin Chemical Co Ltd
Current assignee: Aisin Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: EP1319860B1; JP2003184921A; EP1319860A1; DE60204936D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Trockenkupplungsbelag, welcher in einer automatischen Kupplung, einem stufenlosen Getriebe und dergleichen eines Automobils verwendet wird. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf sein Herstellungsverfahren.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Eine automatische Kupplung, die ein automatisches Kontrollsystem für eine Kupplung eines manuellen Getriebes aufweist, wurde entwickelt und mehr und mehr zur praktischen Verwendung gebracht. Ebenso verhält es sich für ein stufenloses Getriebe, das einen Trockenkupplungsbelag für eine Anfahrkupplung verwendet. Ein in diesen Systemen verwendeter Trockenkupplungsbelag wird häufig im halb gekuppelten Zustand zur Verbesserung des Gefühls beim Anfahren oder beim Wechseln eines Ganges betrieben. Daher wird der Kupplungsbelag sehr heiß. Wenn darüber hinaus der Kupplungsbelag unter einer Kriechkontrolle betrieben wird, um die Rückwärtsbewegung zum Zeitpunkt des Berganfahrens zu verhindern, gleitet er kontinuierlich und wird viel heißer. Schwefel wird zum Vernetzen des Kautschuks in den Trockenkupplungsbelag gemischt. Dann wird der Schwefel aufgrund der Hitze in ein Gas überführt, welches wahrscheinlich H₂S oder CS₂ ist, und erzeugt Geruch. Der Geruch kann in den Innenraum des Autos eindringen und Probleme erzeugen.
Der Trockenkupplungsbelag ist aus Glasfasern, einem synthetischen Harz und einem Verbundkautschuk zusammengesetzt. Der Schwefel ist mit Blick auf die Kosten und den Verschleißwiderstand am besten geeignet, den Verbundkautschuk zu vernetzen. Folglich ist es sehr schwierig, die Verwendung des Schwefels zu unterlassen oder die Menge des Schwefels zu verringern. Folglich wurde ein Verfahren untersucht, in welchem im Vorhinein Wärme auf eine Oberfläche des Kupplungsbelages durch eine heiße Platte aufgebracht wurde. Dieses Verfahren ist theoretisch auf einer Daumenregel aufgebaut, daß der Trockenkupplungsbelag, wenn er einmal seinen Geruch abgegeben hat, nicht wieder Geruch abgibt, selbst wenn er mit der gleichen Wärmebelastung beaufschlagt wird. Es ist jedoch vorauszusehen, daß, da eine gesamte Oberfläche des Kupplungsbelages erhitzt wird, der Kupplungsbelag sehr heiß wird, so daß er sich verwirft, selbst wenn er zum Zeitpunkt des Kühlens langsam abgekühlt wird. Darüber hinaus ist vorauszusehen, daß ein Gerät dafür großformatig und kompliziert sein wird.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für einen Trockenkupplungsbelag zur Verfügung zu stellen, das dazu fähig ist, Schwefel effizient zu entfernen, so daß Geruch verhindert und keine Verwerfung erzeugt wird. Es ist ebenso ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Trockenkupplungsbelag zur Verfügung zu stellen, welcher keinen Geruch erzeugt.
Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für einen Trockenkupplungsbelag, wie er in Patentanspruch 1 definiert ist, zur Verfügung gestellt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahl auf den Schwefel in dem Oberflächenschichtanteil des Trockenkupplungsbelages eingestrahlt wird, so daß der Schwefel verbrannt und entfernt wird.
Das Behandeln von Oberflächen mit einem Laserstrahl ist in anderen technischen Bereichen bekannt. Zum Beispiel offenbart DE 35 16 759 A1 das Einstrahlen eines Laserstrahls auf eine Reibungseingreifoberfläche eines Bremsbelages, der aus einem schwammförmigen Eisenreibungsmaterial hergestellt ist, welches aus Eisenpulver, schwammartigen Eisenteilchen, Bariumsulfat, Stahlfaser, Kautschukteilchen, Graphit und Phenolharz zusammengesetzt ist. Die Laserbehandlung verbessert die anfängliche Reibung, wenn der Bremsbelag in Kontakt mit einer Bremstrommel oder einer Bremsscheibe gebracht wird. Die Behandlung des Oberflächenanteils eines Trockenkupplungsbelages zur Verhinderung von Geruch ist jedoch nicht bekannt.
Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung wird ein Trockenkupplungsbelag zur Verfügung gestellt, wie er in Patentanspruch 5 definiert ist. Der Trockenkupplungsbelag weist anfänglich einen Oberflächenschichtanteil auf, in welchem Schwefel zum Vernetzen eines Verbundkautschuks existiert, und ist durch eine karbonisierte Schicht in dem Oberflächenanteil gekennzeichnet, in welchem der Schwefel verbrannt und entfernt wurde. Die karbonisierte Schicht wird durch Laserstrahleinstrahlung erhalten, welche zum Verbrennen und Entfernen des Schwefels verwendet wird.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich. Bezug wird auf die beigefügten Zeichnungen genommen, wobei die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung deutlich gezeigt werden.
KURZE BESCHREIBUNGEN DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Zeichnung, welche ein Gerät zum Entfernen von Schwefel durch einen Laserstrahl zeigt.
2 ist eine graphische Darstellung, welche ein Geruchsniveau nachdem der Laserstrahl eingestrahlt wurde vergleicht.
3 ist eine graphische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen dem schwefelentfernenden Verfahren und einem Betrag der Verwerfung eines Trockenkupplungsbelages zeigt.
4 ist eine graphische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen einer Dicke einer karbonisierten Schicht und einem Geruchsniveau zeigt.
5 ist eine graphische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen einer Dicke einer karbonisierten Schicht und einer Verschleißrate zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der Erfindung wird hiernach unter Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben. 1 ist eine schematische Zeichnung, welche ein Gerät zum Entfernen von Schwefel durch einen Laserstrahl zeigt. 2 ist eine graphische Darstellung, welche ein Geruchsniveau vergleicht, nachdem der Laserstrahl eingestrahlt wurde. 3 ist eine graphische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen schwefelentfernenden Verfahren und einem Verwerfungsbetrag eines Trockenkupplungsbelages zeigt. 4 ist eine graphische Darstellung, welche ein Verhältnis zwischen der Dicke einer karbonisierten Schicht und einem Geruchsniveau zeigt. 5 ist eine graphische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen einer Dicke einer karbonisierten Schicht und einer Verschleißrate zeigt.
Ein Trockenkupplungsbelag gemäß der vorliegenden Erfindung ist aus Glasfasern, einem synthetischen Harz und einem Verbundkautschuk zusammengesetzt. Schwefel wird verwendet, um den Verbundkautschuk zu vernetzen. Wenn, wie vorstehend bemerkt, der Trockenkupplungsbelag eine hohe Temperatur erreicht, wird der Schwefel gasförmig und Geruch tritt in den Innenraum eines Autos ein. Folglich wird ein Laserstrahl auf den Oberflächenschichtanteil des Trockenkupplungsbelages eingestrahlt, so daß der Schwefel entfernt wird.
Als erstes wird ein Verfahren zum Entfernen des Schwefels durch den Laserstrahl unter Bezug auf 1 beschrieben. Ein Gerät 1 zum Entfernen von Schwefel durch einen Laserstrahl der vorliegenden Ausführungsform ist wie in 2 gezeigt konfiguriert. Ein Trockenkupplungsbelag 2 ist eine ringförmige flache Platte und auf einem Drehteller 3 plaziert. Ein Drehteller 3 weist einen ringförmig hervorspringenden Anteil an einem äußeren Umfang davon auf, der die gleichen Dimensionen wie der Kupplungsbelag 2 aufweist, und auf welchem der Kupplungsbelag 2 plaziert ist. Der Drehteller 3 wird durch einen nicht gezeigten Motor gedreht, so daß seine Drehgeschwindigkeit verändert werden kann. Ein Laserstrahl L wird aus einem Laseroszillator 5 emittiert und an einem Bereich des ringförmig hervorspringenden Anteils des Drehtellers 3 durch ein optisches System wie einer konvexen Linse 6 fokussiert. Dann wird die Oberflächenschicht des Trockenkupplungsbelages 2, welche auf dem Drehteller 3 angeordnet ist, durch einen verdichteten Laserstrahl 3 erhitzt. Auf diese Weise wird der Schwefel in der Oberflächenschicht verbrannt und entfernt. Zur gleichen Zeit werden das synthetische Harz und der Verbundkautschuk in der Oberflächenschicht durch die Wärme des Laserstrahls karbonisiert und verändern sich graduell zu einer karbonisierten Schicht.
Der Grad der Entfernung des Schwefels und die Dicke der karbonisierten Schicht verändern sich abhängig von der Bedingung der Einstrahlung des Laserstrahls. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Kohlendioxidgas (CO₂) Laseroszillator als Laseroszillator 5 verwendet. Der Laserstrahl wurde unter der Bedingung eines Einstrahlungsausgangs von 11 Watt, einer Einstrahlungszeit von 20 Minuten und einer Drehgeschwindigkeit des Drehtellers von 100 U/min eingestrahlt. Als Ergebnis war das Geruchsniveau 3 und die Dicke einer gebildeten karbonisierten Schicht 40 μm.
Eine Messung des Geruchsniveaus des Schwefels wird durch eine sensorische Auswertung oder eine sensorische Prüfung aufgeführt. Das heißt, eine Probe des Trockenkupplungsbelages 2, die durch eine schwefelentfernende Behandlung bearbeitet wurde, wird auf eine Heizplatte von 300°C gepreßt. Dann wird eine Intensität des Geruchs eines erzeugten Schwefelgases in elf Niveaus von 0 bis 10 durch die sensorische Auswertung eingeordnet, während 10 das Geruchsniveau einer unbehandelten Probe ist.
Als nächstes wird eine Beziehung zwischen schwefelentfernenden Verfahren und dadurch erhaltenen Geruchsniveaus unter Bezug auf 2 beschrieben. Die Geruchsniveaus wurden nach den Messungen für die vorliegende Ausführungsform eines Lasereinstrahlungsverfahrens und eines Heizverfahrens mit Heizplatte als Stand der Technik erhalten und hierin verglichen, während die Bedingungen hierfür jeweils verändert wurden. Wie in 2 gezeigt, werden sie durch die sensorische Auswertung verglichen, während 10 den Fall einer unbehandelten Probe zeigt. Folglich wurde ein Geruchsniveau von 3 bis 4 in dem Fall des Lasereinstrahlungsverfahrens erhalten. Ein Geruchsniveau von 4 bis 5 wurde in dem Fall des Heizverfahrens mit der Heizplatte erhalten. Daher wurde bestätigt, daß das Lasereinstrahlungsverfahren ein wenig überlegen war.
Als nächstes wird eine Beziehung zwischen den schwefelentfernenden Verfahren und den dadurch erhaltenen Verwerfungsbeträgen des Trockenkupplungsbelages 2 unter Bezug auf 3 beschrieben. Die Verwerfungsbeträge wurden nach den Messungen für die vorliegende Ausführungsform eines Lasereinstrahlungsverfahrens eines Heizverfahrens mit einer Heizplatte als Stand der Technik erhalten und hierin verglichen, während die Bedingungen hierfür jeweils verändert wurden. Folglich wurde der Kupplungsbelag 2 mit etwa 0,9 bis 2,2 mm in dem Fall des Heizverfahrens mit der Heizplatte verworfen. Im Gegensatz dazu war der Verwerfungsbetrag des Kupplungsbelages 2 etwa 0,2 bis 0,8 mm in dem Fall des Lasereinstrahlungsverfahrens. Daher wurde bestätigt, daß der Verwerfungsbetrag im Fall des Lasereinstrahlungsverfahrens im wesentlichen derselbe war wie in dem unbehandelten Trockenkupplungsbelag 2.
Wie vorstehend beschrieben, weist der durch die vorliegende Ausführungsform des Lasereinstrahlungsverfahrens erhaltene Trockenkupplungsbelag 2 den Schwefel in der Oberflächenschicht im wesentlichen vollkommen entfernt auf und das Geruchsniveau ist niedrig. Darüber hinaus ist die vorliegende Ausführungsform des Lasereinstrahlungsverfahrens fähig, nur die Oberflächenschicht des Kupplungsbelages 2 aufzuheizen. Dann wird das Innere des Kupplungsbelages 2 nicht heiß. Folglich wird eine Verwerfung des Kupplungsbelages 2 nur schwer erzeugt. Daher ist die vorliegende Ausführungsform des Kupplungsbelages 2 ein exzellenter Trockenkupplungsbelag, während das Lasereinstrahlungsverfahren ein exzellentes Herstellungsverfahren für den Trockenkupplungsbelag gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist.
Als nächstes wird eine Beziehung zwischen der Dicke der karbonisierten Schicht 4, welche auf der Oberflächenschicht des Trockenkupplungsbelages 2 beim Entfernen des Schwefels durch die Lasereinstrahlung gebildet wurde, und Geruchsniveaus unter Bezug auf 4 beschrieben. Die Geruchsniveaus wurden durch die sensorische Auswertung unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend genannt gemessen. Wie in 4 gezeigt nimmt das Geruchsniveau graduell ab, wenn die Dicke der karbonisierten Schicht 4 zunimmt. Das Geruchsniveau wird jedoch 3 oder 4 und stabil, wenn die Dicke der karbonisierten Schicht 4 20 μm oder mehr beträgt. Demzufolge ist es möglich, einen Trockenkupplungsbelag 2 mit sehr kleiner Geruchserzeugung zu erhalten, wenn die Bedingung der Lasereinstrahlung so bestimmt ist, daß die Dicke der karbonisierten Schicht 4 20 μm oder mehr wird.
Als nächstes wird eine Beziehung zwischen der karbonisierten Schicht 4 und Verschleißraten unter Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist eine graphische Darstellung, welche eine Korrelation zwischen der Dicke der karbonisierten Schicht 4 und den Verschleißraten zeigt. Ein Experiment wurde unter einer Bedingung wie in 5 gezeigt durchgeführt. Die Prüfungsergebnisse wurden in der graphischen Darstellung aufgetragen und das Verfahren der kleinsten Quadrate darauf angewendet. Dann wurde eine Korrelation der quadratischen Gleichung, welche in der graphischen Darstellung zitiert wird, wie folgt erhalten. y = 0,0001 x2 + 0,0173 x + 0,7547
Der Korrelationsgrad davon ist ein Quadrat eines Korrelationskoeffizienten R, das heißt 0,964 und sehr hoch.
Wenn demzufolge die Dicke der karbonisierten Schicht 4 zu groß wird, wird die Abrasion bemerkbar und für den Trockenkupplungsbelag 2 nicht bevorzugt. Aus den Prüfungsergebnissen ist 80 μm eine Grenze für die Dicke der karbonisierten Schicht 4.
Folglich ist es möglich, einen Trockenkupplungsbelag 2 mit exzellenten Eigenschaften zu erhalten, die eine sehr kleine Geruchserzeugung und eine kleine Abrasion aufweisen, wenn die Bedingung der Lasereinstrahlung so bestimmt wird, daß die Dicke der karbonisierten Schicht 4 nicht weniger als 20 μm und nicht mehr als 80 μm wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Kohlendioxidgas (CO₂) Laseroszillator als Laseroszillator 5 verwendet. Es ist jedoch möglich, einen anderen Laseroszillator wie einen YAG Laser zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese der vorstehend genannten Ausführungsformen in Bezug auf andere Strukturen, die Form, die Anzahl oder Menge, das Material, die Dimension, die Konfiguration der Verbindung und dergleichen des Trockenkupplungsbelages sowie die anderen Schritte des Herstellungsverfahrens des Trockenkupplungsbelages begrenzt.
Vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Erfindung sind wie folgt.
Der Trockenkupplungsbelag 2 wird durch Einstrahlen eines Laserstrahls L auf den Schwefel erhalten, welche in dem Oberflächenschichtanteil vorkommt, so daß er verbrannt und entfernt wird. Folglich wird der Schwefel im Oberflächenschichtanteil des Trockenkupplungsbelages durch die Hitze des Laserstrahls verbrannt und entfernt. Wenn daher der Trockenkupplungsbelag durch einen halb gekuppelten Zustand oder ein kontinuierliches Gleiten sehr heiß wird, wird kein Schwefelgas erzeugt und der Geruch wird verhindert. Darüber hinaus ist der Laserstrahl fähig, nur den Oberflächenschichtanteil des Trockenkupplungsbelages auf sehr hohe Temperaturen aufzuheizen, so daß das Innere des Trockenkupplungsbelages nicht heiß und demzufolge nicht verworfen wird.
Es ist bevorzugt, daß die karbonisierte Schicht, welche in dem Oberflächenschichtanteil des Trockenkupplungsbelages 2 durch die Einstrahlung des Laserstrahls L erzeugt wurde, eine Dicke von etwa 20 bis 80 μm aufweist.
Der Trockenkupplungsbelag ist aus Glasfasern, dem synthetischen Harz und dem Verbundkautschuk zusammengesetzt. Folglich werden das synthetische Harz und der Verbundkautschuk karbonisiert, wenn die Oberflächenschicht beim Entfernen des Schwefels der Oberflächenschicht durch die Laserstrahleinstrahlung heiß wird. Wenn die Dicke der karbonisierten Schicht 20 μm oder mehr wird, wird der Schwefel in der Oberflächenschicht im wesentlichen vollständig entfernt. Wenn die Dicke der karbonisierten Schicht mehr als 80 μm wird, wird die Abrasion aufgrund der Reibung bemerkenswert. Demzufolge sollte die Dicke der karbonisierten Schicht bei nicht mehr als 80 μm gehalten werden.
Wie vorstehend bemerkt sind der Trockenkupplungsbelag und sein Herstellungsverfahren fähig, Schwefel effizient zu entfernen, so daß Geruch verhindert und keine Verwerfung erzeugt wird.
Die bevorzugten Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, sind illustrativ und nicht restriktiv. Der Bereich der Erfindung ist durch die beigefügten Patentansprüche angezeigt, und alle Veränderungen, welche in die Bedeutung der Patentansprüche kommen, sind beabsichtigt, daß sie hierin einbezogen sind.

Claims

Herstellungsverfahren für einen Trockenkupplungsbelag, wobei das Verfahren die Herstellung eines Trockenkupplungsbelags (2), anfänglich mit einem schwefelhaltigen Oberflächenschichtanteil, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die Einstrahlung eines Laserstrahls (L) auf den Schwefel in dem Oberflächenschichtabschnitt des Trockenkupplungsbelags (2) umfaßt, so daß der Schwefel verbrannt und entfernt wird.
Das Herstellungsverfahren für einen Trockenkupplungsbelag (1) nach Anspruch 1, wobei der Oberflächenschichtabschnitt anfänglich einen Verbundkautschuk enthält, welcher durch den Schwefel vernetzt wurde.
Das Herstellungsverfahren für einen Trockenkupplungsbelag (1) nach Anspruch 2, wobei der Oberflächenschichtabschnitt anfänglich aus Glasfasern, einem synthetischen Harz und dem Verbundkautschuk zusammengesetzt ist.
Das Herstellungsverfahren für einen Trockenkupplungsbelag (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in welchem durch die Einstrahlung des Laserstrahls (L) eine karbonisierte Schicht (4) auf dem Oberflächenschichtabschnitt erzeugt wird und die karbonisierte Schicht (4) eine Dicke von etwa 20 bis 80 μm aufweist.
Trockenkupplungsbelag (2), welcher anfänglich einen Oberflächenschichtabschnitt aufweist, in dem Schwefel zum Vernetzen eines Verbundkautschuks vorhanden ist, gekennzeichnet durch eine karbonisierte Schicht (4) an dem Oberflächenschichtabschnitt, in welchem der Schwefel verbrannt und entfernt wurde, wobei die karbonisierte Schicht (4) durch Einstrahlung eines Laserstrahls erhalten wurde, welcher für das Verbrennen und Entfernen des Schwefels verwendet wurde.
Der Trockenkupplungsbelag (1) nach Anspruch 5, wobei der Oberflächenschichtanteil anfänglich aus Glasfasern, einem synthetischen Harz und dem Verbundkautschuk zusammengesetzt ist.
Der Trockenkupplungsbelag (1) nach Anspruch 5 oder 6, in welchem die karbonisierte Schicht (4) eine Dicke von etwa 20 bis 80 μm aufweist.