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Die
Erfindung betrifft eine Nasskupplung mit einem porösen
Reibbelag aus organischen oder anorganischen Fasern sowie Füll-
und Bindematerialien.
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Nasskupplungen
der bezeichneten Art finden als Wandlerüberbrückungskupplung
beispielsweise in der
DE
199 20 542 A1 oder Nasskupplungen in Doppelkupplungsgetrieben
beispielsweise wie in der
DE 10 2004 061 020 A1 Anwendung. Der Reibkontakt
zwischen dem Eingangs- und Ausgangsteil der Nasskupplung erfolgt
dabei vorzugsweise zwischen einer oder mehrerer Reibeinheiten, die
jeweils aus einem sogenannten Papierbelag, der auf einem Trägerteil
befestigt ist und einer Metalloberfläche gebildet werden.
Derartige Reibeinheiten sind über deren Betrieb häufig
Schlupf ausgesetzt, der zu einer Erwärmung der Reibbeläge
führt. Eine poröse Ausführung der Reibbeläge – wie
beispielsweise in der
US
2007/0009730 A1 offenbart – ist daher von Vorteil,
weil durch die offenen Poren Kühlölströme
zu deren Kühlung geführt werden können.
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Wegen
der ständig steigenden Leistungen der Antriebsaggregate
ist eine Steigerung der Flächenpressung der Reibbeläge
nötig, die zu einer Abnahme der Porosität und
im Extremfall zu einer Zerstörung der Reibbeläge
führen kann. Abhilfe kann durch gegenüber den
Papierbelägen aufwändigere und teurere Sinterbeläge
geschaffen werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist daher eine Nasskupplung vorzuschlagen, die bei
geringem Kostenaufwand ohne Sinterbeläge betrieben werden
kann.
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Die
Aufgabe wird durch eine Nasskupplung mit zumindest einem Reibbelag
bestehend aus einer nach der Herstellung eine poröse Struktur
bildenden Mischung aus organischen oder anorganischen Fasern, Füllmaterialien
und Bindematerialien mit einer in Reibkontakt mit einer Gegenreibfläche
der Nasskupplung tretenden Reibfläche und einer mit einem Träger
der Nasskupplung verbundenen, der Reibfläche gegenüber
liegenden Aufnahmefläche mit einer durch einen Abstand
der beiden Flächen charakterisierten Belagdicke, gelöst,
wobei in dem Reibbelag ein Trägermaterial mit Partikeln
enthalten ist, deren Durchmesser der Belagdicke entspricht. Durch
das Hinzufügen von besagten Partikeln nimmt zum einen die
thermische Belastbarkeit infolge der höheren Wärmekapazität
der Partikel gegenüber der Wärmekapazität
des porösen Papierbelags zu. Darüberhinaus bestehen
die Partikel aus einem Material, das statisch wesentlich höher
belastbar ist als der aus den Fasern, den Füll- und Bindematerialien
gebildete Reibbelag. Die der Belagdicke entsprechenden Partikel übernehmen
daher eine Stützfunktion für den Belag, so dass
dieser einer wesentlich höheren Flächenpressung,
beispielsweise 15 MPa, ausgesetzt werden kann als der unbehandelte
Papierbelag.
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In
der Regel bestehen Trägermaterialien aus Partikeln mit
einer vorgegebenen Partikelverteilung, die von sehr kleinen bis
sehr großen Durchmessern reichen. Es hat sich daher als
besonders vorteilhaft gezeigt, wenn Trägermaterial mit
einer engen Verteilung der Partikelgröße im Bereich
der Belagdicke ausgewählt wird, beispielsweise indem besonders ausgewählte
Siebfraktionen verwendet werden. So kann es beispielsweise vorteilhaft
sein, wenn die Korngrößenverteilung der Partikel
so gewählt wird, dass zumindest 90% der Partikel einen
Durchmesser zwischen 50 und 100% der Belagdicke aufweist. So kann
es beispielsweise besonders voreilhaft sein, wenn bei einer angenommenen
Belagdicke von ca. 0,6 bis 0,7 mm mindestens ein Anteil von ca.
90% der Partikel einen größeren Durchmesser als
0,5 mm aufweist. Durch die Verteilung der Korngröße,
das heißt, des Partikeldurchmessers kann dann die Stabilität
festgelegt werden. Sind die Partikel zusätzlich noch elastisch,
so können die Partikel mit einem Durchmesser in Stärke
der Belagdicke komprimiert werden, so dass die Flächenpressung,
die auf den übrigen Reibbelag wirkt, durch die als Stützstellen wirkenden
Partikel abgefangen werden. Durch die elastische Verformung wird
zusätzlich Energie verbraucht. Durch den großen
Anteil kleinerer Partikel als der Belagdicke wird zusätzlich
eine Reserve aufgebaut, da bei einer Deformation der Partikel mit
großem Durchmesser die Partikel mit kleinerem Durchmesser
zusätzlich verspresst werden. Auf diese Weise wird der
Reibbelag überproportional gegen zunehmende Flächenpressung
geschützt. Die Elastizität des Trägermaterials
wird dabei so gewählt, dass eine vollelastische Entspannung
bei nachlassender Flächenpressung eintritt, um einem frühzeitigen
Verschleiß des Trägermaterials und damit dem gesamten
Reibbelag vorzubeugen.
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Die
Eigenschaften und die Art des Trägermaterials werden beispielsweise
nach thermischen, elastischen, und/oder statischen Gesichtspunkten ausgewählt.
Dabei hat es sich insbesondere die Verwendung von Graphit als vorteilhaft
erwiesen. Die Art der Modifikation von Graphit kann dabei glasartig,
diamantähnlich oder in einer andersartig verdichteten Form
gewählt werden. Andere Materialien wie temperaturbeständige,
druckbelastbare, beispielsweise glasfaser- oder anderweitig verstärkte
Kunststoffe, Graphit oder Metalle, die einen höheren Abrieb
aufweisen als die metallischen Reibflächen, können ebenfalls
vorteilhaft sein.
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Der
Gewichtsanteil des Trägermaterials am Gesamtgewicht kann
in vorteilhafter Weise von den Anforderungen der Flächenpressung
abhängig gemacht werden. Es haben sich für Partikel
aus Graphit Gewichtsanteile zwischen 1% und 30% bezogen auf das
Gewicht des fertigen Reibbelags als vorteilhaft erwiesen. Besonders
vorteilhaft sind Gewichtsanteile zwischen 2% bis 15%. Es versteht
sich, dass das spezifische Gewicht anderer Trägermaterialien
entsprechend berücksichtigt wird.
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Beimengungen
von Trägermaterialien eignen sich grundsätzlich
für alle porösen Reibbeläge wie Papierbeläge.
Weitere Bestandteile können im wesentlichen Fasern wie
Aramid-Fasern oder Kohlefasern mit 0,4 mm bis 5 mm, vorzugsweise
0,8–3 mm Faserlänge sein. Andere Komponenten können
beispielsweise Aluminiumsulfat als Füllstoff und Latex als
Bindemittel sein. Die Rohmasse der Bestandteile wird vorzugsweise
bei einem pH-Wert zwischen 9 und 10 herge-stellt und anschließend
bei hoher Temperatur zu Reibbelägen verpresst.
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Die
Erfindung wird anhand der 1 und 2 näher
erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen
Teilschnitt einer Nasskupplung
und
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2 eine
schematische Darstellung eines auf einem Träger aufgebrachten
Reibbelags.
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1 zeigt
einen Teilschnitt eines Ausgestaltungsbeispiels einer Nasskupplung 1,
die um eine Rotationsachse R verdrehbar ist. Typischerweise wird
eine derartige Nasskupplung 1 als Wandlerüberbrückungskupplung
in hydrodynamischen Drehmomentwandlern eingesetzt. Ähnliche
Ausführungsbeispiele können auch ohne Drehmomentwandler
als Drehmomentübertragungseinrichtungen zum Verbinden und
Trennen von Brennkraftmaschinen und Getrieben in Antriebssträngen
von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Die Nasskupplung 1 wird
bevorzugt in mit Druckmedium befüllten geschlossenen Vorrichtungen
betrieben, wobei die Reibbeläge 2 von dem Kühl-
und Druckmedium gekühlt werden, um bei Schlupf der Nasskupplung
starke Überhitzungen der Reibbeläge zu verhindern.
Hierzu sind die Reibbeläge 2 porös ausgebildet,
um eine Permeation des Druckmediums durch die Reibbeläge 2 zu
ermöglichen und die Kontaktfläche zum Druckmedium
zu erhöhen. Das Druckmedium dringt dabei einem Druckunterschied,
der auch das Schließen der Nasskupplung durch Ausüben
eines Drucks auf den Schließkolben 4 bewirkt,
folgend im Wesentlichen von einer ersten Druckkammer 3 von
radial außen nach radial innen in eine zweite, im Wesentlichen
drucklose Kammer 5.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Reibbeläge 2 einander
entgegengesetzt auf einem Träger 6, einer sogenannten
Reiblamelle, aufgebracht und bilden mit ihrer freien Oberfläche 7 jeweils
einen Reibkontakt zu Gegenreibflächen 8 des Gehäuses 9 und
dem Schließkolben 4, die radial außen
in Drehrichtung fest und axial verlagerbar miteinander mittels Nieten 10 verbunden
sind. Dabei bilden Gehäuse 9 und Schließkolben 4 das
Eingangsteil der Nasskupplung 1 und das Trägerteil 6,
das mit dem Drehschwingungsdämpfer 11 verbunden
ist, das Ausgangsteil der Nasskupplung 1, das mit einer
Getriebeausgangswelle direkt oder über weitere Bauteile
drehschlüssig verbunden sein kann. Weitere Ausgestaltungen
von Nasskupplungen können lediglich einen Reibbelag oder
mehr als zwei Reibbeläge aufweisen, die in entsprechender
Weise mit Gegenreibflächen in Wechselwirkung treten.
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2 zeigt
einen mit einem teilweise dargestellten Trägerteil 16 verbundenen
Reibbelag 12 im Querschnitt. Der im Wesentlichen ringförmige
Reibbelag 12 ist nicht maßstabsgetreu dargestellt
und soll den inneren Aufbau in skizzenhafter Darstellung deutlich
machen. Der Reibbelag 12 besteht aus einem an sich bekannten
porösen Gerüst 13 aus Fasern wie Aramid-,
Kohle-, Graphit-, Mineral- und/oder Zellulosefasern, Füllmaterial
wie Kieselerde, Graphit, Kieselgel, Kieselgur, Diatomeenerde und
dergleichen sowie Bindematerialien wie Harzen, Phenolharzen auf
Kautschukbasis, beispielsweise Latex, Silikonharze.
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Um
bei hohen Anpresskräften die Porosität des Reibbelages 12 aufrecht
zu erhalten, sind dem Gerüst 13 Partikel 14 beigemischt,
die verglichen mit der Druckfestigkeit des Gerüsts 13 eine
höhere Belastung tragen können. Hierdurch kann
sich der Reibbelag 12 an den Partikeln 14 bei
auftretenden Anpresskräften gegenüber den Gegenreibflächen
(siehe 8, Figur) abstützen, so dass dessen Porosität
im Wesentlichen erhalten bleibt. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere
Partikel mit einem Durchmesser D im Bereich der Belagdicke d besonders
vorteilhaft sind. In vorteilhafter Weise kann eine Siebfraktion
mit Partikeln in einem vorgegebenen Durchmesserbereich vorgesehen
werden, so dass – Teilelastizität der Partikel
vorausgesetzt – nach elastischer Verformung der großen
Partikel 14 die Partikel 15 mit geringerem Durchmesser
mit zunehmender Anpresskraft an der Gegenreibfläche zur
Anlage kommen und damit mit zunehmender Anpresskraft eine überproportionale Abstützung
des Reibbelags 12 resultiert. In vorteilhafter Weise sind
die Partikel 14, 15 aus Graphit gebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19920542
A1 [0002]
- - DE 102004061020 A1 [0002]
- - US 2007/0009730 A1 [0002]