-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung, die mit Reibung in einem flüssigem Medium arbeitet, etwa
insbesondere eine Kupplungs- oder Bremsscheibe,
vor allem für
ein Automatikgetriebe oder damit verbunden, oder etwa eine gemeinhin
als LOCK-UP bezeichnete Überbrückungskupplung oder
etwa einen Synchronring oder einen Synchronkegel eines Getriebes,
der einen Reibbelag mit flacher ringförmiger Gesamtform trägt, der
zur Ausrüstung
einer mit Reibung in einem flüssigem
Medium arbeitenden Vorrichtung bestimmt ist.
-
Der Reibbelag ist in Form eines flachen Rings
oder eines Kegelstumpfes gestaltet, und die damit ausgerüstete Vorrichtung
ist eine Kupplungs- oder Bremsscheibe, insbesondere eines in Öl laufenden
automatischen Getriebes oder damit verbunden, oder ein Synchronring
oder Synchronkegel eines ebenfalls in Öl laufenden Handschaltgetriebes,
wobei eine derartige Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug eingebaut
ist.
-
Die Vorrichtung kann natürlich mehrere Kupplungs-
oder Bremsscheiben umfassen, wie dies in der US-A-5,566,802 beschrieben
ist.
-
Die Erfindung betrifft beispielsweise
eine Vorrichtung mit einem Reibbelag, der aus einem Reibwerkstoff
ausgeführt
ist, der aus einer mit einem Duroplast imprägnierten Fasermatte besteht
und dessen Herstellungsverfahren eine abschließende Brennphase in Verbindung
mit einem Form- oder Aufformvorgang umfasst, in dessen Verlauf eine
Druckbeaufschlagung des zuvor aus der imprägnierten Fasermatte ausgeführten ringförmigen Rohlings
des Reibbelags erfolgt.
-
Die Zusammensetzung und die Struktur
eines Reibwerkstoffs, der aus einer mit einem Duroplast imprägnierten
Fasermatte besteht, sind in der Druckschrift WO-A-95/26.473 eingehender
beschrieben.
-
In dieser Druckschrift werden außerdem die strukturellen
und die anwendungstechnischen Vorteile eines derartigen Werkstoffs
im Vergleich zu den Werkstoffen nach dem Stand der Technik, vor
allem im Vergleich zu einem Werkstoff des Typs "Papier", dargelegt, die im wesentlichen aus
Zellstoffasern bestehen, die im Feuchtverfahren nach einem üblichen Papierherstellungsprozess
hergestellt werden, das heißt,
indem eine Dispersion von Zellulosefasern in einer ein Harz enthaltenden
wässrigen
Lösung
ausgeführt
wird, woraufhin eine Entwässerung
und eine Trocknung stattfinden.
-
In diesem Zusammenhang kann auch
auf den detaillierten Inhalt dieser Druckschrift im Rahmen der Anwendung
eines solchen Werkstoffs für
die Herstellung eines Reibbelags bei einer Vorrichtung gemäß den Lehren
der Erfindung verwiesen werden.
-
Ein derartiger Vliesstoff, bei dem
ein Trockenverfahren zum Einsatz kommt, hat im Vergleich zu dem
für die
Herstellung eines papierartigen Werkstoffs eingesetzten Feuchtvertahren
den strukturellen Vorteil, dass er porös ist und Poren mit erheblicher
Größe zwischen
50 und 500 Mikrometer enthält, die
untereinander zusammenhängen,
während
Papier Poren mit kleiner Größe zwischen
5 und 50 Mikrometer aufweist, die nicht untereinander zusammenhängen.
-
Bei dem Begriff zusammenhängende Poren handelt
es sich um einen relativen Begriff, das heißt, dass er unter Bezugnahme
auf die Flüssigkeit
zu bewerten ist, in die der Reibbelag eingetaucht wird, das heißt genauer
gesagt: bezogen auf Getriebeöl.
-
Denn das Öl geht nicht durch einen papierartigen
Werkstoff hindurch, während
es durch den gemäß den Lehren
der WO-A-95/26.473 ausgeführten porösen Reibwerkstoff
hindurchtritt.
-
Die Porosität eines derartigen Werkstoffs
ermöglicht
daher die Zirkulation des Öls
direkt im Innern des Reibbelags, vor allem von seinem Innendurchmesser
zu seinem Außendurchmesser
und umgekehrt, so dass die bei der Reibung des Reibbelags erzeugte
Wärme sehr
effizient abgeführt
werden kann, wodurch sich Temperaturanstiege vermeiden lassen, die
eine Qualitätsminderung
des Reibwerkstoffs, des Öls
oder des Gesamtsystems, in dem die mit einem solchen Reibbelag bestückte Kupplung eingebaut
ist, zur Folge haben könnten.
-
Ein solches vorteilhaftes Merkmal
ist bei Systemen mit kontrolliertem oder kontinuierlichem Schlupf
und bei Kupplungen besonders interessant.
-
Diese interne Ölzirkulation im Reibbelag kann
sich hingegen in Systemen wie in sogenannten LOCK-UP-Vorrichtungen
nachteilig auswirken, in denen der Reibbelag auch eine Funktion
als Dichtung zu erfüllen
hat, um das Auftreten von Gegendrücken in der LOCK-UP-Kammer
auszuschließen,
das einen Leistungsrückgang
hinsichtlich der Drehmomentübertragung
zur Folge hätte.
-
In der FR-A-2.760.504 ist bereits
eine Verbesserung eines Reibbelags vorgeschlagen worden, bei dem
ein Werkstoff der vorgenannten Art zum Einsatz kommt, um einen derartigen
Werkstoff bei verschiedenen Systemtypen mit einer perfekten Beherrschung
der Strömung
der Flüssigkeit
verwenden zu können.
-
Diese Druckschrift schlägt einen
Reibbelag vor, bei dem das Verfahren zur Herstellung des Reibbelags
einen Form- oder Aufform- und Brennvorgang in einer Druckform umfasst
und der Bereiche mit unterschiedlichen und kontrollierten Porositäten enthält.
-
Gemäß den Lehren dieser Druckschrift
ermöglicht
der Umstand, dass sich die Porosität des Reibwerkstoffs an allen
Stellen des Reibbelags oder in bestimmten Bereichen dieses Reibbelags
kontrollieren lässt,
eine Kontrolle der Ölmenge
im Innern des Reibbelags und auch ihre Beseitigung, wobei gleichzeitig
die tribologischen Eigenschaften des Reibbelags erhalten bleiben.
-
Nach anderen Lehren dieser Druckschrift umfasst
der Reibbelag wenigstens einen ringförmigen Bereich mit geringerer
kontrollierter Porosität, das
heißt
mit einer größeren Dichte,
als die mittlere Porosität
des Körpers
aus Reibwerkstoff, der den Reibbelag bildet, wobei der ringförmige Bereich
mit kontrollierter Porosität
beispielsweise aus einer Umfangsabschrägung besteht, die an einem
der, inneren oder äußeren, Umfangsränder des
Reibbelags angeordnet ist, oder wobei er dank eines konzentrischen ringförmigen Einsatzes,
insbesondere mit undurchlässiger
Struktur, hergestellt wird, dessen Dicke kleiner als die mittlere
Dicke des flachen ringförmigen Reibbelags
ist, während
der gegenüberliegende
ringförmige
Bereich des Werkstoffs, aus dem der Körper des Reibbelags besteht,
eine kontrollierte Porosität aufweist,
die kleiner als die mittlere Porosität des besagten Reibwerkstoffs
ist.
-
Diese Lösung ist vor allem im Falle
der sogenannten LOCK-UP-Vorrichtungen
zufriedenstellend, bei denen der Bereich mit kleinerer Porosität es ermöglicht,
die Zirkulation des Öls
im Innern des Reibbelags zu "sperren".
-
In der EP-A-0867,634 wird die Veränderung der
Porosität
mit Hilfe eines porösen
Trägers
herbeigeführt.
Diese Lösung
ist aufgrund der Zusammensetzung des Trägers auf Kohlenstoffbasis nicht
wirtschaftlich.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
wirtschaftliche Lösung
vorzuschlagen, die eine Verbesserung der Ölzirkulation im Reibbelag und eine
verbesserte Verteilung der Beanspruchungen und der Verformungen
im Reibwerkstoff ermöglicht.
-
Dazu schlägt die Erfindung eine Vorrichtung der
vorgenannten Art vor, umfassend einen für die Flüssigkeit undurchlässigen Träger, insbesondere aus
Metall, von dem eine Grenzfläche
einen Träger für einen
Reibbelag bildet, der aus einem Reibwerkstoff ausgeführt ist,
der eine poröse
Struktur mit zusammenhängenden
Zellen aufweist und der Bereiche mit unterschiedlichen und kontrollierten
Porositäten
enthält,
wobei das Verfahren zur Herstellung des Reibbelags einen Druckformvorgang
umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche des Trägers wenigstens
eine Nut enthält,
in der sich der druckgeformte Reibwerkstoff erstreckt, um einen
Bereich mit kontrollierter Porosität zu bilden, die größer als
die mittlere Porosität
des den Reibbelag bildenden Körpers
aus Reibwerkstoff ist, insbesondere um einen Kanal für die Zirkulation
des Öls
im Innern des Reibbelags zu bilden.
-
Dank der Erfindung entsteht eine
bessere Verbindung zwischen dem Reibbelag und seinem Träger. Dadurch
ergibt sich eine bessere mechanische Festigkeit, vor allem gegenüber den
Fliehkrafteinflüssen.
Außerdem
lässt sich
eine effiziente Ableitung des Öls
herbeiführen.
-
Nach anderen Merkmalen der Erfindung
ist folgendes vorgesehen:
- – Die mittlere Tiefe der Nut
liegt zwischen 10% und 50% der mittleren Dicke des flachen ringförmigen Reibbelags.
- – Die
Nut ist so beschaffen, dass sie einen, quer zu ihrer Gesamtrichtung
angeordneten, Querschnitt aufweist, der senkrecht zur Scherrichtung des
Reibwerkstoffs bei der Benutzung der Vorrichtung verläuft.
- – Wenigstens
ein Teil der Grenzfläche
verläuft nicht
parallel zur Reibwirkfläche
des Reibbelags.
- – Der
Träger
ist insgesamt in Form eines flachen Rings ausgeführt, die Grenzfläche weist
ein kegelstumpfartiges Profil auf, und die Reibwirkfläche verläuft nicht
parallel zur kegelstumpfartigen Grenzfläche, um einen ringförmigen Bereich
mit kontrollierter Porosität
zu bilden, die kleiner als die mittlere Porosität des den Reibbelag bildenden Körpers aus
Reibwerkstoff ist.
- – Die
Grenzfläche
besteht aus dem Boden einer ringförmigen Nut mit großer Breite,
die in einer Seitenfläche
des flachen ringförmigen
Trägers ausgebildet
ist.
- – Die
kegelstumpfartige Grenzfläche
enthält
wenigstens eine Nut mit geringer Breite, in der sich der druckgeformte
Reibwerkstoff erstreckt.
- – Der
Reibwerkstoff besteht aus einer mit einem Duroplast imprägnierten
Fasermatte.
- – Die
Größe der zusammenhängenden
Zellen liegt zwischen 50 und 500 Mikrometer.
- – Die
Porosität
des Reibwerkstoffs ist kleiner als 60%.
- – Die
Reibwirkfläche
des Reibbelags enthält
ein Netz von Nuten, das eine bessere Zirkulation des Öls zwischen
dem Reibbelag und einer Gegenanpressfläche ermöglicht, mit der die Vorrichtung
zusammenwirkt.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung,
zu deren Verständnis
auf die beigefügten Zeichnungen
verwiesen wird. Darin zeigen im einzelnen:
-
1:
eine schematische Perspektivansicht eines ersten Beispiels eines
Metallträgers
in Form einer Scheibe, die beispielsweise einen Kolben einer Lock-up-Vorrichtung
bildet, mit einem ersten Beispiel einer Ableitungsnut gemäß den Lehren
der Erfindung, wobei der Träger
vor dem Vorgang zum Druckformen des Reibbelags dargestellt ist.
-
2:
eine ähnliche
Ansicht wie 1, wobei
ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Ableitungsnut dargestellt ist;
-
3:
eine vergrößerte und
im Querschnitt durch eine radiale Ebene ausgeführte schematische Ansicht des
Metallträgers
von 1, der nach dem Formen
des Reibbelags dargestellt ist;
-
4:
eine ähnliche
Ansicht wir 1 zur Veranschaulichung
eines anderen Ausführungsbeispiels
des Metallträgers
einer Lock-up-Scheibe
nach einem ersten Arbeitsgang, in dessen Verlauf eine Nut mit großer Breite
mit kegelstumpfartigem Boden ausgeführt worden ist;
-
5:
eine ähnliche
Ansicht wie 3 nach der
Ausführung
einer Ableitungsnut mit geringer Breite im Boden der kegelstumpfartigen
Nut;
-
6:
eine im Querschnitt durch eine radiale Ebene und in vergrößertem Maßstab ausgeführte schematische
Ansicht der Scheibe von 4 vor dem
Formen des Reibbelags;
-
7:
eine ähnliche
Ansicht wie 6 zur Darstellung
der Scheibe nach dem Aufformen des Reibbelags;
-
8 bis 10: drei ähnliche Ansichten zur Darstellung
von drei Ausführungsbeispielen
für Ableitungsnuten
in der kegelstumpfartigen inneren Seitenfläche des ringförmigen Metallträgers, der
den Körper
eines Synchronrings bildet, in schematischer Darstellung;
-
11:
eine ähnliche
Ansicht wie 7 zur Darstellung
des Synchronrings nach dem Aufformen des Reibbelags;
-
12:
eine vergrößerte Detailansicht
in Richtung des Pfeils F12 von 11;
und
-
13:
eine im Querschnitt durch eine radiale Ebene ausgeführte schematische
Ansicht zur Veranschaulichung einer anderen Gestaltung eines Synchronrings
gemäß den Lehren
der Erfindung;
-
14:
eine Darstellung der Veränderungen des
Youngschen Moduls (Elastizitätsmoduls)
des Reibwerkstoffs in Abhängigkeit
von den bei der Benutzung der Vorrichtung auftretenden Beanspruchungen;
-
15:
eine im Axialschnitt ausgeführte
Teilansicht eines hydrodynamischen Momentwandlers mit einer erfindungsgemäßen Reibungskupplungsscheibe.
-
In der nachfolgenden Beschreibung
werden identische, gleichartige oder einander entsprechende Bestandteile
und Elemente jeweils durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
-
In 1 ist
ein Teil, hier der Kolben einer als "Lock-up" bezeichneten verriegelbaren Kupplung oder Überbrückungskupplung,
eines hydrodynamischen Momentwandlers dargestellt, das einen Metallträger 20 mit der
Gesamtform einer Scheibe bildet, die durch wenigstens eine ebene
ringförmige
Seitenfläche 22 begrenzt
wird, die für
die Aufnahme eines Reibbelags 24 vorgesehen ist (siehe 3), der aus einer mit einem
Duroplast imprägnierten
Fasermatte besteht.
-
Der Reibbelag ist aus einem Fasern
enthaltenden Vlieswerkstoff ausgeführt.
-
Zu weiteren Einzelheiten kann an
dieser Stelle auf die Druckschrift WO-A-95/26473 oder auf ihre Entsprechung
US-A-5,807,518 verwiesen werden.
-
Bei den Fasern handelt es sich somit
um Langfasern mit einer Länge
beispielsweise zwischen 15 mm und 120 mm.
-
Die Fasern werden aus der Gruppe
der Glas-, Baumwoll-, Keramik- und Polyacrylnitrilfasern ausgewählt, wobei
es sich insbesondere um voroxidierte Fasern handelt.
-
In die Fasermatte sind pulverförmige Füllstoffe
eingebracht. Diese Füllstoffe
umfassen alle oder einen Teil der folgenden Elemente oder Verbindungen:
Kupfer, Steinwolle, Kohlenstoff (Koks und/oder zu Pulver verarbeitete
Kohlenstoffasern, Graphit), Zirkoniumsilikat, Eisensulfid, Aluminiumoxid,
Latex.
-
Der Duroplast umfasst ein polares,
vorzugsweise wässriges,
Lösungsmittel.
Dieser Duroplast ist beispielsweise auf Resolbasis ausgeführt. Dem
Duroplast ist zum Beispiel Latex zugesetzt.
-
Die Fasern werden vermischt und anschließend gekrempelt,
um ein Krempelvlies zu bilden, auf dem Füllstoffe aufgestäubt werden.
Danach wird das Vlies ausgebreitet, woraufhin gegebenenfalls ein
Nadelungsvorgang stattfindet, um eine genadelte Vliesmatte zu erhalten.
-
Anschließend erfolgt ein Imprägniervorgang in
einem Bad, das ein oder mehrere Harze des Typs Duroplast in Lösung oder
im Bad dispergiert enthält.
-
Danach findet ein abschließender Brennvorgang
in Verbindung mit einem Form- oder Aufformvorgang statt, in dessen
Verlauf eine Druckbeaufschlagung erfolgt. Das Brennen bewirkt das
Anhaften des Reibbelags 24 am Träger 20.
-
Bei diesem Arbeitsgang kommt ein
Kolben zum Einsatz, dessen Bewegung begrenzt wird, um die gewünschte Porosität zu erzielen.
-
Der Reibbelag wird durch den Kolben
in Kontakt mit dem Träger
gepresst, so dass er sich gut an dessen Form anpasst. Dadurch wird
eine effiziente Anfügung
des Reibbelags an seinen Träger
herbeigeführt.
-
Der Reibbelag besitzt daher einen
hohen und stabilen Reibungskoeffizienten, eine ausgeprägte Hitzebeständigkeit
bei hohen Arbeitsdrücken
und eine gute Verschleißfestigkeit.
-
Gemäß den Lehren der Erfindung
enthält
die Seitenfläche 22,
die hier die Grenzfläche
zum Reibbelag 24 im Sinne der Erfindung bildet, wenigstens eine
Nut 26.
-
In der Ausführungsart von 1 ist die Nut 26 in sich geschlossen,
wobei sie hier aus einer geschlossenen kreisförmigen Nut besteht, die bezogen auf
die Achse der Scheibe 20 und somit im Verhältnis zur
ringförmigen
Fläche 22 außermittig
versetzt ist.
-
Als Variante weist die Nut 26 eine
längliche Form
auf, wobei sie zum Beispiel in Form einer Ellipse ausgeführt ist.
Es können
auch mehrere Nuten 26 vorgesehen sein. In 1 kann beispielsweise eine andere konzentrische
Nut im Innern der Nut 26 vorgesehen sein.
-
Bei der in 2 veranschaulichten Ausführungsvariante
ist die Nut 26 nicht in sich geschlossen, sondern sie mündet vielmehr
mit ihren Enden 28 und 30 radial nach innen und
nach außen.
-
Es können natürlich auch mehrere Nuten 26 mit
kürzerer
Länge vorgesehen
sein, wobei jede Nut mit ihren Enden radial nach außen und
nach innen mündet.
-
In allen Fällen ist der Träger 20 aus
einem Werkstoff ausgeführt,
der für
die im hydrodynamischen Momentwandler enthaltene Flüssigkeit,
hier Öl,
undurchlässig
ist. Er ist daher wirtschaftlich ausgeführt, wobei er hier aus Metall
besteht Der mit seinem Reibbelag bestückte Träger 20 bildet hier
eine Kupplungsscheibe.
-
Nach einer bekannten Gesamtkonzeption
ist der Reibbelag 24 in Form eines, beispielsweise durchgehenden,
flachen Rings mit konstanter mittlerer Dicke ausgeführt, der
eine ebene ringförmige Reibwirkfläche 32 begrenzt,
die für
das Zusammenwirken mit einer entsprechenden Fläche eines (nicht dargestellten)
Gegenanpressorgans vorgesehen ist.
-
Wie vorstehend erwähnt, wird
der Reibbelag 24 an der Grenzfläche 22 bei einem unter
Druck durchgeführten
Form- und Brennvorgang angebracht und befestigt, in dessen Verlauf
ein (nicht dargestelltes) Element des Formwerkzeugs eine Druckbeanspruchung
P entlang einer zur Ebene der Grenzfläche 22 insgesamt senkrechten
Richtung ausübt.
-
Aufgrund des Vorhandenseins der Nut 26 dringt
ein Teil des Reibwerkstoffs, aus dem der Reibbelag 24 besteht,
in die Nut bzw. die Nuten 26 des Trägers 20 ein, der starrer
als der Reibbelag ausgeführt
ist.
-
Infolge der Ausübung eines Formdrucks P führt das
Eindringen des Reibwerkstoffs in die Nut 26 gemäß den Lehren
der Erfindung zu einer niedrigeren Dichte des in der Nut 26 aufgenommenen
und unmittelbar darüber
befindlichen Werkstoffs M1 im Vergleich zur konstanten mittleren
Dichte des restlichen Werkstoffs M2 des Reibbelags 24.
-
Die niedrigere Dichte M1 des Werkstoffs
hat daher eine größere Porosität dieses
Werkstoffs im Vergleich zur mittleren Porosität des Werkstoffs M2 zur Folge.
-
Dank des Vorhandenseins der Nut 26 wird die
Porosität
des Werkstoffs beim Formvorgang kontrolliert, wodurch in Höhe der Nut 26 eine
um 10 bis 50% erhöhte
Porosität
bezogen auf die mittlere Porosität
des Werkstoffs M2 herbeigeführt
werden kann. Die Nut 26 stellt daher eine Ableitungsnut
dar.
-
Im einzelnen entsteht auf diese Weise
ein Kanal im Innern des Reibbelags 24, der einen Umfangsdurchlass
des Öls
unter dem Reibbelag 24 ermöglicht, so dass ein Ableitungsnetz
für das Öl geschaffen
werden kann, wodurch sich wiederum die Schmiermittelmengen entsprechend
vergrößern lassen.
-
Diese Ableitung vergrößert sich
natürlich entsprechend,
wenn mehrere Nuten vorgesehen sind.
-
Der Wärmeaustausch an der Wirkfläche 32 des
Reibbelags wird dadurch beträchtlich
gesteigert, ebenso wie die langfristige Dauerschlupffestigkeit oder
die langfristige Schlupffestigkeit unter hohen Belastungen.
-
Außerdem ergibt sich dadurch
eine homogenere Verteilung des Öldrucks
im Innern und an der Oberfläche
des Reibwerkstoffs, wobei sich der Ölfilm kontrollieren lässt, der
sich an der Oberfläche 32 des Reibwerkstoffs
M2 des Reibbelags 24 bildet, um die tribologischen Leistungen
der Vorrichtung in etwa konstant zu halten.
-
Die erfindungsgemäße Gestaltung ermöglicht außerdem eine
Verlängerung
der Halte- und Erneuerungsbedingungen des Ölfilms an der Oberfläche 32 des
Reibbelags 24 unter dem Einfluß der reversiblen Kompression
des Werkstoffs, aus dem er besteht, der sich bei Beanspruchung wie
ein Schwamm verhält,
wobei er das in ihm enthaltene Öl zur
Oberfläche 32 hin
freigibt.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es
darüber
hinaus, die Ableitung des überschüssigen Öls an der
Oberfläche 32 zu
vereinfachen.
-
Diese Anordnung verändert weder
die Nutzdicke des Reibbelags 24 noch seine mittlere Porosität bei einer
Reibungskupplungsscheibe mit Ableitungsnuten.
-
Dank der Erfindung wird die feste
Verbindung des Reibbelags 24 mit seinem Metallträger verstärkt.
-
Die in der Grenzfläche 22 ausgebildete(n) Nuten)
hat/haben zum Beispiel eine axiale Tiefe zwischen 10 und 50% der
mittleren Dicke des Reibbelags, und zwar in Abhängigkeit von der Ölmenge,
die in dem so gebildeten Kanal zirkulieren soll.
-
Die Form und die Abmessungen sowie
die Ausrichtung der Nut bzw. des Netzes der in die Grenzfläche 22 eingearbeiteten
Nuten sind so vorgesehen, dass Kanäle gebildet werden können, die
eine Ölzuführung in
das Innere des Werkstoffs ermöglichen,
wobei sie außerdem
so vorgesehen sind, dass sie Querschnitte senkrecht zur Scherrichtung
des Werkstoffs bei der Benutzung der Vorrichtung aufweisen.
-
Die Nuten können alle einfachen oder kombinierten
Formen aufweisen, mit denen sich ein effizientes Ableitungsnetz
schaffen lässt.
-
Abgesehen von den beiden in den 1 und 2 angeführten schematischen Darstellungen
können die
Nuten daher beispielsweise radial, spiralförmig, S-förmig, als Umfangsnuten, geradlinig
usw. gestaltet sein.
-
Bekannterweise kann auch die Reibwirkfläche 32 des
Reibbelags 24 ihrerseits ein Netz von (nicht dargestellten)
Nuten enthalten.
-
Abgesehen von der Verbesserung und
der Kontrolle der Ölzirkulation
zielt die Erfindung auch auf eine Verbesserung der Verteilung der
Beanspruchungen und der Verformungen im Reibwerkstoff.
-
Dazu wird, wie dies in den 4 bis 7 dargestellt ist, zum Beispiel in der
ringförmigen
Seitenfläche 22 der
Scheibe 20 eine erste Nut 34 mit großer Breite
ausgeführt,
bei der es sich hier um eine zentrierte ringförmige Nut mit kegelstumpfartigem
Profil handelt, deren größte axiale
Tiefe hier radial nach innen angeordnet ist.
-
In der Oberfläche des kegelstumpfartigen Bodens
der Nut 34 kann außerdem
eine Ableitungsnut 26 mit geringer Breite in der Art der
zuvor unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 erwähnten Nut ausgeführt sein.
-
Im Anschluß an das Aufformen des Reibbelags 24,
wie dies in 7 zu erkennen
ist, weist dieser eine in seinen verschiedenen Bereichen kontrollierte
Dichte und somit auch Porosität
auf.
-
Nach dem Form- und Brennvorgang weist der
Reibbelag 24 weiterhin eine Reibwirkfläche 32 senkrecht zur
Achse der Scheibe 20 auf, die daher parallel zum Boden
der Nut 34 verläuft,
der hier die Grenzfläche
bildet, auf welcher der Reibwerkstoff angebracht ist.
-
Aufgrund des Druckformvorgangs ist
die Dichte des Reibwerkstoffs M3 im radial äußeren ringförmigen Teil des Reibbelags 24 größer als
die Dichte des Reibwerkstoffs M2 im radial inneren ringförmigen Teil
des Reibbelags, während
die Dichte des in der Ableitungsnut 26 aufgenommenen Reibwerkstoffs M1
ihrerseits kleiner als die Dichte des Reibwerkstoffs M2 ausfällt.
-
Das Vorhandensein der Ableitungsnut 26 mit geringer
Breite im Boden der kegelstumpfartigen Nut 34 hat die vorstehend
angesprochenen Vorteile zur Folge.
-
Die Veränderung der Dicke des Reibbelags 24 entlang
der radialen Richtung, die sich aus der kegelstumpfartigen Gestaltung
der Nut 34 und aufgrund der Form des Formwerkzeugs ergibt,
die zur Bildung der Reibwirkfläche 32 führt, ermöglicht es,
die Kontrolle der Dichte und somit auch der Porosität des Reibwerkstoffs
herbeizuführen.
-
Aus diesem Grund können daher
die mechanischen Eigenschaften, wie etwa der in 14 dargestellte Youngsche Modul (Elastizitätsmodul)
und der Poisson-Modul, in Abhängigkeit
von den bei der Benutzung der Vorrichtung auftretenden Beanspruchungen
entsprechend verändert
werden.
-
Die so ausgeführte Reibwerkstoffbeschichtung
weist mechanische Eigenschaften auf, die so beschaffen sind, dass
das bei der Anwendung einer Belastung erzeugte Beanspruchungsfeld
homogener ausfällt.
-
Dadurch lässt sich die Langzeitbeständigkeit der
in Öl arbeitenden
Reibbeläge
entsprechend verbessern.
-
Darüber hinaus führt das
Vorhandensein von Nuten zur Ausbildung von Versatzbereichen des Reibwerkstoffs
im Metallträger 20,
dessen Kontaktfläche
mit dem Träger
sich um 10 bis 30% vergrößert, wobei
sich seine Abreiß-
und Scherfestigkeit in einem ähnlichen
Maße erhöht.
-
Die Prinzipien der Erfindung können auch
bei einem Synchronring Anwendung finden, wie dies in den 8 bis 13 veranschaulicht ist.
-
Wie dies in den 8 bis 10 zu
erkennen ist, besteht ein Synchronring 20 insgesamt aus
einem Träger
in Form eines kegelstumpfartigen Metallrings, der durch eine kegelstumpfartige
innere Seitenfläche 22 begrenzt
wird, die beispielsweise zur Aufnahme eines flachen ringförmigen Reibbelags 24 aus
Reibwerkstoff vorgesehen ist.
-
Gemäß den Lehren der Erfindung
ist, wie man in den 7 bis 9 erkennen kann, in der ringförmigen kegelstumpfartigen
Grenzfläche 22 ein
Netz von Ableitungsnuten 26 ausgebildet, wodurch sich eine
bessere Verbindung zwischen dem Synchronring 20 und dem
Reibbelag 24 herbeiführen
lässt.
-
In 8 handelt
es sich bei den Nuten 26 um axial ausgerichtete geradlinige Nuten
mit parallelen Rändern.
-
In 9 sind
die Nuten 26 als nicht axiale und gekreuzte Nuten ausgeführt, während die
Nuten 26 in 10 axial
ausgerichtet sind und eine größere Breite
sowie nicht parallele Ränder
aufweisen.
-
Wie dies in den 10 und 11 zu
erkennen ist, dringt der Reibbelag 24 nach seinem Druckformvorgang
in die Ableitungsnuten 26 ein, was zur Bildung von Werkstoffbereichen
M1 und M2 mit unterschiedlichen Dichten und dementsprechend mit
unterschiedlichen Porositäten
führt.
-
Die Reibwirkfläche 32 des Reibbelags
weist eine insgesamt kegelstumpfartige und glatte Form auf; sie
kann aber natürlich
auch in bekannter Weise ein Netz von (nicht dargestellten) Nuten
enthalten.
-
In 13 ist
eine Gestaltung dargestellt, bei der im Anschluß an das Druckformen die kegelstumpfartige
Reibwirkfläche 32 nicht
parallel zur inneren seitlichen Grenzfläche 22 verläuft.
-
Diese Gestaltung lässt sich
beispielsweise mittels eines schematisch in Umrissen veranschaulichten
Formwerkzeugelements 36 herbeiführen, dessen kegelstumpfartige äußere Seitenfläche 38 durch
Druckformen die Ausbildung eines Reibbelags 24 mit nicht
parallelen Seitenflächen
ermöglicht.
-
Wie dies bereits vorstehend unter
Bezugnahme auf die 3 bis 6 angesprochen wurde, kann
dadurch ein Reibbelag hergestellt werden, der zwei Bereiche mit
zunehmender Dichte M2 und M3 besitzt.
-
Nach einer nicht dargestellten Variante
ist es natürlich
möglich,
die Auswirkungen von unterschiedlichen Kompaktheitsgraden des Reibwerkstoffs
mit dem Vorhandensein von Ableitungsnuten 26 in der Grenzfläche 22 zu
kombinieren.
-
Die Träger 20, die den Reibwerkstoff
aufnehmen, bestehen in der Regel aus Metall und können durch
jedwedes Verfahren hergestellt werden, wie etwa durch Gesenkformen,
Sintern, Schmieden, Stanzen, Tiefziehen, Gießen oder durch spanabhebende
Bearbeitung oder durch Drücken.
-
Bei den Reibwerkstoffen, die durch
einen Druckformvorgang darauf angebracht werden, handelt es sich
um formbare offenzellige poröse
Reibwerkstoffe, die beispielsweise vor dem Formvorgang als Streifen
mit konstanter Dicke vorliegen.
-
Der Träger 20 ist grundsätzlich ölundurchlässig. Er
ist vorteilhaftennreise starrer als der Reibbelag.
-
Der Träger des Reibbelags 24 ist
natürlich nicht
notwendigerweise der Kolben der Lock-up-Vorrichtung.
-
So kann in 15 der Metallträger aus einer Scheibe 152 bestehen,
die einen flachen Ring 154 umfasst, dessen ringförmige und
gegenüberliegende ebene
Flächen
jeweils einen hinteren 160 und einen vorderen Reibbelag 162 tragen,
um einen "zweiflächigen" Momentwandler zu
bilden.
-
Der Reibbelag 160 ist für das Zusammenwirken
mit einer ringförmigen
Reibbahn 170 vorgesehen, die gegenüberliegend in der radialen
Wand 14 des hydrodynamischen Momentwandlers 10 ausgebildet
ist. Die Wand 14 trägt
bekannterweise Befestigungsteile 300 für einen Flansch zur Verbindung
des Momentwandlers 10 mit einer treibenden Welle, und zwar
mit der Kurbelwelle des Fahrzeugmotors im Falle einer kraftfahrzeugtechnischen
Anwendung.
-
Die Reibbahn 170 ist in
einen quer ausgerichteten Abschnitt 172 der Wand 14 eingearbeitet.
-
Der vordere Reibbelag 162 ist
für das
Zusammenwirken mit einer ringförmigen
Reibbahn 176 vorgesehen, die auf der entsprechenden Fläche des äußeren Umfangs 178 des
Kolbens 40 ausgebildet ist. Der Kolben 40 ist
drehfest und axial beweglich mit der Wand 14 verbunden,
was anhand von axial elastischen Zungen 180 erfolgt, die
durch Niete 181 am Kolben 40 sowie durch (nicht
dargestellte) andere Niete an der Wand 14 befestigt sind,
die zum Gehäuse 12 des
Momentwandlers 10 gehört,
der ein Turbinenrad 104 und eine durch den Kolben 40 und
die Wand 14 begrenzte Betätigungskammer 48 umfasst. Das
Gehäuse 12 ist
mit Öl
befällt,
in das die Reibbeläge 160, 162 eingetaucht
sind.
-
Wie dies in der Druckschrift US-A-5,566,802 dargestellt
ist, wird die Wand 14 an ihrem äußeren Umfang durch eine Einfassung 16 verlängert, deren freies
Ende 18 dazu bestimmt ist, an einer fest mit dem (nicht
dargestellten) Pumpenrad des Momentwandlers 10 verbundenen
Schale befestigt zu werden. Die Scheibe 152 umfasst Mitnahmeansätze 128,
die sich durch eine Abwinklung 130 an den Körper 154 anschließen. Jeder
Ansatz 128 umfasst zwei Sockel 134 zum Zentrieren
und Halten einer Feder 122, die eine strukturelle Einheit
mit der Reibungskupplungsscheibe 152 bildet. Die Federn 122 sind
in einem Abschnitt 144 gelagert, der fest mit einem Flansch 94 verbunden
ist, der wiederum mit einer (nicht dargestellten) drehfest an einer
getriebenen Welle angebrachten Nabe verbunden ist. Die Nabe ist
fest mit dem Turbinenrad 104 verbunden. Der Abschnitt 144 ist
durch Teilstücke 116, 118, 120 begrenzt,
die eine in Richtung der Wand 14 axial offene Auskehlung
begrenzen. Die Federn 122 dringen in die Auskehlung ein.
-
Die Teilstücke 116 und 120 weisen örtlich Ausbuchtungen 124 bzw. 126 zur
Auflage der Umfangsenden der Federn 122 auf, die hier als
Schraubenfedern ausgeführt
sind.
-
Der Flansch 94 ist zwischen
dem Turbinenrad 104 und dem Kolben 40 eingefügt, während die mit
den Reibbelägen 160, 162 bestückte Scheibe 152 zwischen
dem Kolben 40 und der Wand 14 eingefügt ist.
-
Die Scheibe 152 gehört zu einer
verriegelbaren Kupplung, die auch als Überbrückungskupplung oder "Lock-up" bezeichnet wird.
-
In 15 ist
die Kupplung ausgerückt,
so dass das Gehäuse 12 drehfest
mit der Nabe des Momentwandlers verbunden ist, was über das
Turbinenrad 104 erfolgt, das durch den durch das (nicht
dargestellte) Pumpenrad bewirkten Ölumlauf drehend angetrieben
wird.
-
Infolge einer entsprechenden Veränderung des
Hydraulikdrucks in der Betätigungskammer 48 spannt
der Kolben 40 die Reibbeläge 160, 162 ein,
so dass das Drehmoment direkt vom Gehäuse 12 über die
Scheibe 152, die Federn 122 und den Flansch 94 an
die Nabe übertragen
wird.
-
Zu weiteren Einzelheiten kann an
dieser Stelle auf die am 3. März
1998 eingereichte und unter der Nummer 2 775 747 veröffentlichte
Druckschrift FR98 02 808 verwiesen werden.
-
Bei der mit den Reibbelägen 160, 162 bestückten Scheibe 152 handelt
es sich somit um eine Kupplungsscheibe.
-
Wie verständlich geworden sein dürfte, sind die
Ableitungsnuten 26 auf jeder der Flächen des flachen Metallrings 154 der
Reibungskupplungsscheibe 152 ausgeführt.
-
Der Werkstoff der druckgeformten
Reibbeläge 162, 160 erstreckt
sich daher in den Nuten 26, um Bereiche mit einer kontrollierten
Porosität
zu bilden, die größer als
die mittlere Porosität
des Körpers
der besagten Reibbeläge 160, 162 ausfällt.
-
Es ist darauf hinzuweisen, dass keine
Notwendigkeit besteht, mehrere Nuten pro Fläche vorzusehen, da der Ring 154 mit
einer Nut auf jeder seiner Flächen
versehen ist. Bei den Nuten kann es sich um die in den 1 und 2 dargestellten Nuten handeln.
-
Als Variante können die Reibbeläge 160, 162 natürlich auf
dem insgesamt quer ausgerichteten Abschnitt 170 der Wand 14 bzw.
am äußeren Umfang 178 des
Kolbens 40 befestigt sein.
-
Die Nuten können daher auch in der Wand 14 ausgeführt sein.
In allen Fällen
ist der Ring 154 dazu bestimmt, zwischen dem Kolben 40 und
der Wand 14 eingespannt zu werden.
-
In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass
sich die Ausbildung der Nuten 26 im Ring 154 insofern
günstig
auswirkt, als dieser Ring dann weniger dick ist.
-
Die Nuten 26 sind daher
einfacher durch Tiefziehen ausführbar.
-
In den 1 bis 7 gehört der Kolben 20 zu einer
einflächigen Überbrückungskupplung,
so dass der Reibbelag so vorgesehen ist, dass er mit dem Abschnitt 172 der
Wand in Kontakt kommt, wobei die Baueinheit aus Kolben 20 und
Reibbelag 24 dann die Kupplungsscheibe bildet.
-
Die "zweiflächige" Kupplung von 15 lässt
sich in eine einflächige
Kupplung umwandeln. Dazu kann der Ring 154 durch Aufnieten
auf dem Kolben 40, genauer gesagt: auf der zum Flansch 94 gerichteten
Seite dieses Kolbens, und der Reibbelag 162 am Kolben 40 befestigt
werden, wie dies in den 1 bis 7 der Fall ist, wobei der
Reibbelag 160 dann entfällt.
-
Bei dieser Ausführungsart ist der Kolben nicht
mehr drehfest mit dem Turbinenrad verbunden.
-
Als Variante ist der Abschnitt 114 direkt,
beispielsweise durch Schweißen
oder Falzen, an der Außenwand
des Turbinenrads 104 befestigt.
-
In diesem Fall entfällt der
Flansch 94.
-
Die Ansätze 128 können direkt
mit einem Kranz drehfest verbunden sein, der wiederum fest mit einem
der Elemente Turbinenrad 104 oder Nabe verbunden ist.
-
Der Kranz ist zum Beispiel am Turbinenrad angeschweißt, wobei
die Ansätze 128 in
Zapfenlöcher
des Kranzes eindringen, um eine drehfeste Verbindung durch formschlüssiges Zusammenwirken herbeizuführen.
-
Insoweit das Turbinenrad 104 fest
mit der Nabe verbunden ist, kann die Reibungskupplungsscheibe 152, 160, 162 oder
die Baueinheit aus Kolben 20 und Reibbelag 24 ausrückbar drehfest
mit der Wand 14 des Gehäuses 12 verbunden
werden.
-
Es können natürlich auch mehrere Reibungskupplungsscheiben
vorgesehen sein, wie dies in der US-A-5,566,802 beschrieben wird,
in der die Nabe des Momentwandlers dargestellt ist.
-
Zur Information sei daran erinnert,
dass ein Synchronring die Aufgabe hat, in Kraftfahrzeuggetrieben
den Gangwechsel des Getriebes zu synchronisieren. Das Getriebe ist
mit Öl
befällt,
und in diesem Öl
sind Synchronringe gelagert.
-
Genauer gesagt sind zwei Synchronringe beiderseits
eines Synchronkörpers
gelagert, der innen genutet ist, um seine Verbindung mit einer Welle zu
ermöglichen,
wobei die Baueinheit aus Synchronkörper und Synchronring zwischen
zwei Zahnrädern des
Getriebes eingefügt
ist.
-
Eine Schiebemuffe ist am Synchronkörper gelagert,
mit dem sie sich im Eingriff befindet, wobei sie der Einwirkung
einer Schaltgabel ausgesetzt, die eine Verschiebung der Schiebemuffe
axial in der einen oder der anderen Richtung ermöglicht, um mit den (in den 8 bis 13 nicht dargestellten) Zähnen in
Eingriff zu kommen, die der Synchronring 20 an seinem äußeren Umfang
in Höhe
seines radialen Rands aufweist.
-
Der Synchronring 20 kommt
daher durch seinen Innenkegel mit einem Außenkegel eines mit dem betreffenden
Zahnrad verbundenen Kupplungsteils in Eingriff. Zu weiteren Einzelheiten
kann beispielsweise auf die Druckschriften EP-A-0 717 212 und DE-A-37
35 978 verwiesen werden.