DE2354944A1 - Vorrichtung zum aufkleben von reibmaterial auf einen metallring - Google Patents

Description

i'ATENTA». WAMjS

dr. ing. H. NEGElNrDAJVK · uii>:l.-ing. H. HAXTCK · dipb-phys. W. SCHMITZ L-ING..E. GRAAIiFS · dipping. W. WEHNERT

HAMBURG-MÜNCHEN

ZUSTEIXUNGSANSCHRIFT; HAMBURG 36 -NETTER WAI.!. 41 . ; TEL·. 86 74 28 UND 86 41 IB

IELEGH. NBGÄDA.PATENT HAUBURQ MÜNCHEN 15 · MOZAHTSTH. 23 TEXEQS. NEQEDAFATENT MÜNCHEN

Hamburg, den 1. November 1973

Γ>.Α.Γ. INDUSTRIES, INC.
Detroit, Hicliir;an/uS A

Vorrichtung zum Aufkleben von

Reibmaterial auf einen Hetallring '

Die Erfindung betrifft eine Yorrichtung zum Aufkleben von Reibmaterial auf einen Eetallring und ist besonders zweckmäßig bei der Herstellung von Kupplungsscheiben, die allge.-mein in automatischen Getrieben verwendet werden. ELn Paket, bestehend aus abwechselnden, blanken Metallscheiben und mit Reibmaterial versehene Scheiben sind in automatischen Getrieben vorgesehen, um den Antrieb ein- und auszukuppeln. Bs war bisher kostspielig, das Reibmaterial auf die öcheiben zu kleben, da die verwendeten Verfahren mit gewissen Hachteilen behaftet waren. .

Ein bisher weitverbeitestes zur Anwendung gekommenes Verfahren besteht in einem sat ssweisen Arbeiten, "bei dem ötapel

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von Ringzusammenstellungen, die abwechselnd ochichtenauareib-

ringen und mit einem Kleber überzogene L'etallringe aufweisen, die zu einer oäule zusammengepreßt und .'dann in einem Ofen einer Wärmebehandlung unterworfen werden, damit der Kleber die Reibringe mit den Metallringen verbindet. Dieses Verfahren ist nicht nur zeitraubend, sondern es treten große Ausschußmengen auf, wenn aus irgendeinem Grunde die Haftung schlecht ist. Hinzu kommt, daß das Reibmaterial bei-diesem Verfahren eine verhältnismäßig lange Zeit der Hitze ausgesetzt ist. Diese Hitzeeinwirkung kann zerstörend auf einige Bestandteile wirken, die die Zusammensetzung des Reibmaterials bilden.

Eine andere zur Anwendung gekommene Technik ähnelt etwas der der Erfindung, indem eine Presse mit beheizten Platten verwendet wird, um eine Ringzusammenstellung, bestehend aus einem metallischen, ringförmigen Element mit an jeder Seite vorgesehenen Ringen aus Reibmaterial aufzuheizen. Die Nachteile dieses Verfahrens sind wiederum in der zur Durchführung des Verfahrens benötigten Zeitdauer zu sehen. Die normale Zeit beträgt etwa,zwanzig Minuten im Gegensatz zu drei bis zehncbkuncten gemäß der Erfindung. Die erforderliche Eapitalinvestierung ist bei derart langsamen Verfahren beträchtlich höher als die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderliche. Bei den bekannten Verfahren muß das Reibmaterial eine verhältnismäßig lange Zeitdauer einer erhöhten [Temperatur ausgesetzt werden. Gemäß der Erfindung wird die hohe Temperatur nur eine sehr kurae Zeit zugeführt und wirkt nicht auf die Arbeitsfläche, denn die hohe !Temperatur wird nur auf die

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Fläche angrenzend an die mittlere Metellechei.be ausgeübt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ie* «ich insofern vorteilhaft, da es eine sehr genaue Steuerung der abgeführten Warme sowohl hinsichtlich der Temperatur als auch der Geschwindig keit der Aufhellung auiäfit, was au einer guten Klebverbindung führt. Bas Terfahren gestattet eine häufig erfolgende Inspektion, eine genaue Steuerung der Kompression des Heibmaterials und damit eine genaue Innehaltung der endgültigen Dicht» desselben, wobei gleichzeitig; Muster aus Nuten od. dgl· im Reibmaterial vorgesehen werden können, die während der Kompression des Reibmaterials darauf angebracht werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet die Verwendung verschiedener wärme empfindlicher Materialien in der Zusammensetzung dee Reibmaterials, was die Verwendung eines gewünschten Reibma terials gestattet, was anderenfalls nicht verwendbar wäre.

Das Verfahren gemäß der Brfindung dient zum Aufkleben von Reibmaterial auf eine Metallscheibe zur Herstellung einer irupplungsscheibe. Das Verfahren umfaßt die "-richritte, daß zunächst eine Fläche eines der Reibmaterialien und die Metallscheibe mit einem Kiebstoffüberzug versehen werden, der bei einer warmezuführung eine Verbindung bewirkt. Das Reibmate rial und die Metallscheibe werden dann mit dem Klebstoff dazwischen in Anlage aneinander gelegt. Vorzugsweise wird der Klebstoff, bevor das Heibmaterlal und die Sietallscheibe aneinander gelegt werden, in einen nichtklebenden Zustand getrocknet. Druck wird dann auf das⁷ Reibmaterial und die scheibe ausgeiibt. 3ine elektrisch leitende Windung wird an die Metall-

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scheibe angrenzend gelegt. Wechselstrom wird dann der Windung zugeführt, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, das einen Strom in der- Metallscheibe indusiert. Die Metallscheibe wird infolge des induzierten Stromes erhitzt. Der induzierte Strom wird fur eine Zeitdauer aufrechterhalten, die ausreicht, um das Reibmaterial mit der Metallscheibe zu verbinden.

Sin Auaf&hrangsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung soll nachfolgend in Verbindung mit £-©n Zeieimnngen beschrieben werden. Ss zeigen*

Hg« 1 eine perspektivisch© Ansicht einer Metallecheibe, die zur Herstellung einer Kupplungsscheibe gemäß einer Ausf&irungsf o:m der a?fin&ung verwendet wird;

Jig· 2 ©ine perspektivische Ansicht eines ringförmigen Seibelementes, das auf eine Fläche der in 2fig. gezeigten Scheibe gemäß dem Verfahren der Erfindung geklebt wird}

Hg* 3 eine schematische Barstellung des Schrittes der Auftragung von Klebstoff auf die Metallscheibe nach Hg. 1 gemäß einem Verfahrenssehritt der Erfindung;

Fig· 4 eine schematische Darstellung des Yerfahrensschrittes der „Trocknung des Klebstoffs nach seiner Auftragung gemäß Fig. 3 entsprechend einem weiteren Verfahrensschritt der Erfindung}

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Fig. 5 einen von vorn gesehenen Aufriß einer Vorrichtung zur gleichzeitigen Druck- und Wärmeeinwirkung auf die Metallscheibe nach Fig. 1_r wobei die ringförmigen Seibeimente der ffig. 2 an den gegenüberliegenden Stirnflächen anliegen, um mit der Metallscheibe gemäß einem weiteren: Yerfahrensschritt der jicfindung verklebt zu werden;

Fig. 6 eine Draufsieht eines elektrisch leitenden.Ringes der Vorrichtung nach■-Fig. 5|d^r.a2seine einzige Windung verwendet wird, um die Metallscheibe während des Klebe schritt es nach 3?ig. 5 induktiv aufzuheizen?" ------

5'ig. 7 eine perspektivische Ansicht ,einer gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellten fertigen Kupplungsscheibe,

In den Figuren 1 und 2 sind die zu bearbeitenden Elemente und in Fig. 7 das gemäS der isrfindung hergestellte Endprodukt gezeigt. Das Endprodukt ist als Ausfiihrungsbeispiel eine ringförmige Kupplungsscheibe 10, wie sie im allgemeinen iii automatischen Fahrzeuggetrieben verwendet,werden. Die Kupplungsscheibe 10 ist ein SchichtverbunderzeiigQiSs bestellend aus einer mittleren Hetallscheibe 12, aiif deren gegenüberliegende ötirnflachen ringförmige Reibelemente 14, 16 geklebt sind. Die Metallscheibe 12 ist beispielsweise aus Stahl hergestellt und hat einen kleineren Innendurchmesser als die Reibelemente 14 und 16. Der^ 2nnenumfang der Kupplungsscheibe 12 ist mit einer Verzahnung 18 in der nicht: durch. ■

die Reib elemente 14, 16 überdeckten Zone versehen. Die Verzahnung 18 ist geeignet, gleitend auf einer Keilwelle auf ge-

j-

nommen zu werden.

Pie Reibelemente 14, '16 'können aus einem papierähnlichen Reibmaterial hergestellt sein." Dieses Material kann in seiner Zusammensetzung unterschiedlich sein, was von den besonderen erwünschten Eigenschaften zur zufriedenstellenden Wirkungsweise bei der beabsichtigten Verwendung abhängt. Im allgemeinen, kann die Zusammensetzung Zellulosefasern, Asbest_fasern, Kunstharzfasern, zusammen mit verschiedenen Modifizierungsmitteln aufweisen, um die Heib- und Abnutzungseigenschaften zu beeinflussen. Derartige Eittel können aus vielerlei Füll-

materialien bestehen, wie z. B. Crocus, Martis sowie verschiedene Kunstharze, einige in der Zusammensetzung vorhandene:· Materialien zersetzen sich, wenn aie hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Beispielsweise sind Kunstharzfasern, Eunstharapartikel, gesättigte Kunstharze und Zellulose wärmeempfindlich. Aus diesem Grunde ist es wichtig, daß die Reibelemente 14, 16 nicht zu hohen Temperaturen über längere Zeitabschnitte während des Aufklebevorgangs auf die lletallscheibe 12 ausgesetzt werden.

Andere Reibmaterialien, wie z.B. ein Halbmetall- oder ein JCunststoffmaterial können ebenfalls zur Herstellung der Reibelemente 14, 16 verwendet werden.

Pig, 3 zeigt den Vorgang der Klebstoff auf tragung auf die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen der Metallscheibe 12. Dies ist der erste tfchritt beim Verfahren gemäß der Erfindung.

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. Wie ersichtlich, ist die Metallscheibe 12 an einem Förderband · 20 aufgehäng*:, und wird in einem flüssigen oder halbfIttssigen · Kunstharsskleber 24 enthaltenden Tank 22 eingetaucht«, Die Metallscheibe 12 wird vollständig bei diesem Torgang mit Klebstoff überzogen. Es können natürlich auch andere Mittel zur

»■"■■■"■ Auftr&gung des Klebstoffs verwendet ...werden. Beispielsweise kann der Klebstoff auf die Heizelemente 14, 16 aufgetragen werden oder er kann als trockenes Pulver ■ auf einest Elebefilm angeordnet sein₉- der auf die Größe zugeschnitten ist und sswischen das Beibelement und die Metallscheibe gelegt wird₀

Der Klebstoff kann entweder wäsiB®aushärt@nä oder thexmoplas-feisch sein oder aus einem Material begehen., das beide Eigenschaften in sich vereint. JäJin wäBjaeaush^tendes Mat©rial₉ wie" a.B« ein Phenolklebers wird bevorzugt. Der Klebstoff anaB von der Art sein, die bei HItze bindet,-was-"dahin, ssa verstehen ist, daß die Bindung des Klebstoffs direkt cteeh Hltae "bewirkt oder beschleunigt wird, den Klebstoff ..ausrohärfeen ®d@r stm Zwecke der Bindung sru schmelzen.

Nachdem die Metallscheibe 12 mit Klebstoff übersogen ist, durchlauft sie einen Ofen 26, der HelzeXmaeate 28 enthält. Im Ofen 26 wird der Klebstoff in ©inen niohthaftenden Zustand getrocknet, in_dem die meisten darin enthaltenien Lösungsmittel ausgetrieben werden. Im Falle der Wärmeaushärtung kann auch ein geringfügiges Yoraushärten erfolgen. Die iPCTiperatur und Zeit im Ofen 26 wird durch den besonderen verwendeten Klebst of t bestimmt. Voraugsweise wird der Hauptanteil irgendwelcher Lösungsmittel im Klebstoff im Ofen 26 ausgetrieben und zwar so, daß im Endprodukt keine Blasen entstehen, die

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die Hafteigenschaften vermindern würden. Dieser Zwischenschritt wird beim erf indungsgemäßen Verfahren aus Gründen der leichten Handhabung und der Verminderung der notwendigen Zeit beim endgültigen Hebegang bevorzugt. Wenn ein trockener, pulverförmiger HLebstoff oder ein auf Größe zugeschnittener Mim verwendet wird, ist dieser Schritt nicht erforderlich.

Es wird nunmehr auf Figur 5 Bezug genommen. Die ringförmige Metallscheibe 12, die auf beiden ötirnf lachen mit getrocknetem Hebst off über a ogen ist, wird »wischen zwei ringförmige Reibelemente 14, 16 in eine Vorrichtung 30 eingelegt. Die Vorrichtung 30 ist so ausgebildet j daß gleichzeitig Druck und Wärme wif die ringförmige Metallscheibe 12 und die daran anliegenden Reibelemente 14, 16 einwirkt, um die Elemente zusammen- . zukleben.

Die Yorrichtiing. 30 weiat^eine untere, beispielsweise aus Stahl hergestellte bewegliche Druckplatte 32 auf, die normalerweise auf; einer Abstützung 34 ruht, jsin stempel 36 erstreckt sich durch eine öffnung in der Abstützung 34 und ist mit der Druckplatte 32 verbunden. Der Stempel 36 ist mit einer Kraftvorrichtung (nicht dargestellt) verbunden, um die Druckplatte 32 je nach Wunsch anzuheben oder abzusenken. Ein rechteckiger Block 38, der aus einem elektrisch nichtleitendem Material hergestellt ist, ist auf der oberen fläche der Druckplatte 32 befestigt. Der Block 38 hat eine flache, obere Fläche 40, auf de? eiae flache, aus elektrisch nichtleitendem Material hergestellte Platte 42 befestigt ist. Die geschichtete Anordnung der ringförmigen Elemente wird auf die obere, flache Fläche

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44 der Platte 42 gelegt.

Der bewegliche Druckplattenaufbau fluchtet mit einem ortsfesten Druckplattenaufbau, der eine Druckplatte 46 aufweist\ die an einer oberen, ortsfesten Abstützung 48 befestigt ist. Ein aus elektrisch nichtleitendem Material hergestellter Block 50 ist an der Druckplatte 46 befestigt. Ein leitender Ring 52, der als eine Windung bildend zur induktiven Heizung der Metallscheibe 12 während des Klebevorgangs verwendet wird," ist an der unteren Fläche 54 des Blockes 50 befestigt, ji'ine flache, aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellte Platte 56 ist an' der unteren Fläche des Binges 52 befestigt. Die Platten 42 und 56 können als Abnutsungsplatten bezeichnet und ersetzt werden, wenn dies nach einer gewissen Abnutzung notwendig wird. ·

Zwei Blöcke 58, 59 sind im Ausführungsbeispile auf der oberen fläche 54 der Platte 42 innerhalb des Innendurchmessers der Metallseife ibe 12 befestigt. Die Blöcke 58, 59 dienen zur Begrenzung der Bewegung der unteren Druckplatte zur oberen Druckplatte hin und steuern so die genaue, endgültige Dicke des ringförmigen, geschichteten Aufbaues, um die gewünschte, endgültige Dicke des Aufbaus zu erreichen. Jedex ringförmige, geschichtete Aufbau wird daher auf die gleiche endgültige ■ Dicke gepreßt.

Aus Jig. 6 ist ersichtlich, daß der leitende Hing 52 geteilt ist.' Der Ring 52 ist aus? einem elektrisch leitendem Material, wie z.B. Kupfer, hergestellt. Eine elektrisch© Isölierschichtr 60 ist zwischen den geteilten Baden des Ringes52zur

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Verhinderung einer Berührung derselben angeordnet. Zwei Leiter 62, 64 erstrecken sich vom Sing 52. In den jinden der Leiter sind Zapfen 66, 68 angeordnet, die zur- Befestigung eines

. elektrischen Kabels zur Zuführung elektrischer Energie zum Hing dienen. Der Eing hat vorzugsweise eine radiale Breite,

. gemessen zwischen dem Außen- und dem Innendurchmesser, die ausreicht, um einen Bereich verschieden großer Kupplungsscheiben aufzunehmen. Die radiale Breite reicht aus, um das federähnliche Reibelement vollständig zu überdecken, wenn die beiden Druckplatten zusammenbewegt werden. Der die Elemente 12, 14, 16 enthaltende, geschichtete Aufbau wird dann axial zum Eing 52 ausgerichtet auf die untere -Di-uckplatte gelegt.

Nachdem die Elemente 12, 14, 16 ordnungsgemäß auf der unteren Druckplatte in Stellung gebracht sind, wird die untere Druckplatte durch den Stempel 36 aufwärts bewegt, bis diese Bewegung durch die Blöcke 58, 59 angehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das obere Element 14 an der Platte 56 zur Anlage gekommen, wobei die Elemente 14, 16 etwas zusammengedrückt worden sind.

TJm den Eing 52 herum wird ctann durch Zuführung von wechselstrom ein Feld aufgebaut, das einen Strom in der Metallscheibe 12 induziert. Der StromfluB in der Metallscheibe 12 bewirkt eine Aufheizung derselben und zwar infolge von Hystereseverlusten und elektrischen Widerstand, wenn die Metallscheibe aus einem magnetischem Material, wie z.B. Stahl besteht und

hauptsächlich infolge des elektrischen Widerstandes, wenn die Metallscheibe aus nichtmagnetischem Material hergestellt

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ist.. Die Temperatur steigt sehr schnell an und zwar au einem Bereich von etwa 224 bis 280° C bei einer praktischen Ausführung. Der Temperaturanstieg bewirkt eine Aufheizung des Klebstoffs an der Metallscheibe 12, so daß dieser vollständig aushärtet, wenn er wärme aushärtend ist oder schmilzt, wenn er thermoplastisch ist, um auf diese Weise die Elemente 12, 14 und 16 miteinander zu verbinden.

Bei einer kennzeichnenden Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dauert der ganz© Torgang 3,6 Sekunden. Der durch die Druckplatten ausgeübte Druck ist vorteilhaft so bemessen

daß die Elemente 14, 16 in innige Berührung mit dem Hebstqff gebracht werden, um eine gute Verbindung zu erzielen. Der Druck wird- auch benutz ., um die Elemente 14, 16 auf eine gewünschte Dichte und Gesamtdicke der fertigen Kupplungsscheibe zusammenzudrucken.

Zur Erreichung der gemäß der Erfindung erforderlichen induktiven Heizung sollte der elektrische Eingang incldes Größenordnung zwischen 20 bis 20 000 Hs liegen. Bei einer speziellen Ausführung war die Vorrichtung so ausgebildet, daß Kupplungsscheiben mit einem Innendurchmesser von 82,55 mm und einem Außendurchmesser von 203,2 mm !aufgenommen werden konnten. Des Ring 52 hat einen Innendurchmesser von 69 »85 mm und einen Außendurchmesser von etwa 228,6 mm. Der Sing 52 hatte somit eine ausreichende radiale Breite, um die Elemente 12, 14* 16 zu überdecken und einen gleichmäßig« Druck darauf auaxuüben sowie ein gleichmäßiges ?e Id im Element 12 au indusi er en, was zu der gewünschten gleichmäßigen Erhitzung führte.

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Bei dieser Ausführung lag der elektrische Eingang zwischen 9 600 bis 10 000 Hz bei 1 500 W. Der Spannungs- und Stromeingang sollte ausreichend sein, um die erforderliche Energie zu liefern und das Werkstück in Sekundenschnelle auf die erforderliche Temperatur zu erhitzen. Der durch die Druckplatten

ausgeübte Druck kann beispielsweise etwa 428 kg/cm betragen. Profiliesungselemente können an den Platten 42, 46 vorgesehen sein, um gleichzeitig eine genutete oder erhabene Profilierung an den Außenflächen der Elemente 14, 16 zu erzeugen, wenn dies an der fertigen Kupplungsscheibe erwünscht ist.

Mit der Erfindung werden eine Anaahl von Topteilen gegenilber den bekannten Verfahren zur Herstellung von Kupplungsscheiben erzielt» näalich dem satsweisen Bearbeiten von Stapeln von Kupplungsscheiben in einem Ofen oder der Binzeleinlegung der Kupplungsscheiben in eine Presse, ähnlich wie bei der Erfindung, wobei iJeäoeh die Wärme durch äuBere Heizvorrichtungen zugeführt, wird, wie dies eingangs schon beschrieben ist. Die Hauptvorteile sind folgendet

1. Dies ist ein mit hoher Geschwindigkeit arbeitendes Terfuhren.

2* Das verfahren gestattet eine genaue Steuerung der erhitzten Fläche.

3· Dae Terf ahren gestattet eine genaue Steuerung der Erhitzungsgeschwindigkeit;

4· Das Verfahren erleichtert eine gute Qualitätskontrolle,

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da es.-häufig Öberp:riifungen des fertigen Produktes hinsichtlich der Verbindung und Dicke erlaubt.

5. Das Verfahren gestattet die Anbringung einer Profilierung im Heibmaterial gleichzeitig bei derKlebverbindung mit der. Metallscheibe.

6. Infolge des schnellen Terfaüirensablaufs wird das HeibmaterialM'drte hohen Temperaturen über längere

Zeidauer ausgesetzt, so daß Beschädigungen von darin enthaltenem, wärmeempfindlichem Material auf ein

MiniBrum. beschränkt werden.

7. Da nur der Metallring aufgeheizt wird, wird nur die

Innenfläche des Reibmaterials erhitzt, so daß Beschädigungen des Reibmaterials vermieden werden und derartige mögliche Schäden von der Außenfläche des Reibmaterials, die tatsächlich die arbeitende Fläche, ist, ferngehalten werden.

8. Das Verfahren bewirkt, daß der Spalt■ in dem die Verbindung auftritt, ein festes Maß hat, so daß eine konstante Dicke der Kupplungsscheiben erzielt wird.

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Claims (1)

1. Pat β η t a η s ρ_ r u c h

   Vorrichtung zum Aufkleben von Reibmaterial auf einen Metallring zur Herstellung einer Kupplungsscheibe, dadurch - gekennzeichnet, daß eine untere Druckplatte (32,38) und eine obere Druckplatte (46,50) mittels einer Vorrichtung (36) zueinander hin und voneinander fortbeweglich sind und ein Druck auf das zwischen ihnen angeordnete Werkstück ausübbar ist? daß ein elektrisch leitender, geteilter, eine einzige Windung bildender Bing (52) mit einer flachen Fläche an einer der Druckplatten und eine Aufnahmevorrichtung (58,59) für eine aus einem Metallring (12) und beiderseits angeordnetem, nicht damit verklebtem Reibmaterial (14,16) bestehende Kupplungsscheibenanordnung (12,14,16) an der anderen Druckplatte befestigt ist, wobei zwischen dem Metallring und dem Reibmaterial eine Schicht eines wärmebindenden Klebers (24) vorgesehen ist, daß der die einzige Windung bildende Bing (52) eine das Reibmaterial vollständig überlagernde radiale Breite hat und Mittel vorgesehen sind, um der Windung Wechselstrom zur Bildung eines elektrischen Feldes zuzuführen, das in dem Metallring (12) einen ötrom induziert und ihn während einer ausreichenden Zeitdauer erhitzt, um das Reibmaterial mit dem Metallring zu verbinden, während gleichzeitig ein ausreichender Druck ausgeübt wird, der eine geringfügige, vorbestimmte Kompression des Reibmaterials und damit eine vorbestimmte Dichte und Dicke der fertigen Kupplungsscheibe bewirkt.

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   Le e rs e i te