DE10084293B4

DE10084293B4 - Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10084293B4
Application number: DE10084293.3T
Authority: DE
Inventors: Christian Biot
Original assignee: Valeo SE
Current assignee: Valeo SE
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2020-12-16
Also published as: JP2003518596A; FR2803000A1; FR2802999A1; DE10084293T1; WO2001048391A1; FR2803000B1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags, umfassend die Schritte,- dass Ausgangsstoffe, die warmhärtbare Bindemittel und Füllstoffe und/oder Fasern enthalten, vermischt werden,- dass das besagte Gemisch geformt wird,- dass das so geformte Gemisch einem Pressbrennvorgang unterzogen wird,- und dass nach dem Pressbrennvorgang zur Stabilisierung der Reibbeläge ein Verfahrensschritt in einem Trockenofen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zur Verringerung der Aufquellung des besagten Reibbelags umfasst, der nach dem Verfahrensschritt im Trockenofen durchgeführt wird und aus einer Wärmebehandlung besteht, die bei einer Temperatur und während einer Dauer stattfindet, die so bemessen sind, dass eine Probe dieses Reibbelags, die einer Differentialthermoanalyse unterzogen wird, eine endotherme Komponente aufweist, die sich bis zu einer Temperatur von wenigstens 300°C erstreckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 695 14 593 T2 bekannt.
Zur Herstellung eines Reibbelags wird wie dabei folgt vorgegangen.
Die verschiedenen Ausgangsstoffe, welche warmhärtbare Bindemittel und Füllstoffe und/oder Fasern enthalten, werden vermischt, woraufhin das Gemisch geformt wird. Diese Ausgangsstoffe können bekanntlich auch Fäden enthalten.
Die Fäden können aus Mineralfasern, wie etwa Glasfasern, aus organischen Fasern, wie etwa Polyacrylnitrilfasern, sowie aus Metallfäden, wie etwa Kupfer-, Messing- oder sonstigen Fäden, bestehen.
Die Bindemittel, bei denen es sich um warmhärtbare Bindemittel handelt, können eine Verbindung von Phenolharzen, Melaminharzen und Kautschuk sein.
Bei den Füllstoffen kann es sich um Vulkanisationsmittel für Kautschuk, wie etwa Schwefel, handeln, um Füllstoffe zur Regulierung der Reibung, wie etwa Zirkon, Silikate, Kaoline, Aluminiumsilikate, Sulfide, beispielsweise Pyrite oder andere, um Siliciumdioxid, Keramikkugeln, Carbon Black, Koks, Graphite, Oxide, wie etwa Magnesia, Eisenoxide oder andere, Kalziumkarbonat, Mika, starke Basen, wie etwa Pottasche oder Natriumkarbonat, Aniontenside, nichtionische Tenside, organische Füllstoffe, wie etwa Cardolite oder andere.
Die Formung des Gemischs kann durch einen Warmpressvorgang oder durch einen Spritzgussvorgang erfolgen.
Der so gebildete Reibbelag wird anschließend einem Pressbrennvorgang unterzogen. Nach Maßgabe der benutzten Ausgangsstoffe findet dieser Vorgang, dessen Aufgabe darin besteht, den Reibbelag korrekt zu polymerisieren, bei einer Temperatur zwischen 180 und 210°C während einer Zeit von 4 bis 10 Minuten unter einem Druck zwischen 140 und 300 bar statt.
Danach wird der Reibbelag im Trockenofen stabilisiert. Dieser Verfahrensschritt zur Stabilisierung erfolgt insbesondere bei einer Temperatur über 230°C und während einer Zeit, die etwa 24 Stunden erreichen kann.
Aus der DE 44 31 642 A1 ist ein Reibbelag bekannt, der aus warmhärtbarem Bindemittel, Füllstoffen und Fasern besteht. Auch hier werden die Ausgangsstoffe vermischt, in einem Vorformwerkzeug zu einem Vorpressling geformt und danach in einer Heißpressform gepresst. Dabei kann zur Stabilisierung des Vorpresslings eine weitere Wärmebehandlung erfolgen, die als thermische Lagerung beispielsweise in einem Umluftofen durchgeführt wird.
Ferner sind aus der US 3 916 062 A Bremsbeläge aus Reibmaterial mit verbesserter Verschleißfestigkeit bekannt, wobei die Ausgangsstoffe des Bremsbelags Asbest enthalten und einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
Der auf die eingangs genannte Weise hergestellte Reibbelag weist gewisse Nachteile auf. So kann insbesondere beim Hochtemperatureinsatz ein Aufquellen an diesem Reibbelag auftreten, was bei bestimmten Anwendungen zu einer Schädigung des Organs, das damit ausgerüstet ist, führen kann, wie dies weiter unten erläutert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zur Verringerung der Aufquellung des besagten Reibbelags umfasst, der nach dem Verfahrensschritt im Trockenofen durchgeführt wird und aus einer Wärmebehandlung besteht, die bei einer Temperatur und während einer Dauer stattfindet, die so bemessen sind, dass eine Probe dieses Reibbelags, die einer Differentialthermoanalyse unterzogen wird, eine endotherme Komponente aufweist, die sich bis zu einer Temperatur von wenigstens 300°C erstreckt.
Erfindungsgemäß wird der Reibbelag also nochmals thermisch behandelt, um sein Aufquellen während des Betriebs einzuschränken.
Diese sogenannte Quellschutzbehandlung, die im Anschluss an alle vorstehend genannten herkömmlichen Arbeitsgänge stattfindet, erfolgt bei einer Temperatur größer oder gleich der bei der Stabilisierung im Trockenofen verwendeten Höchsttemperatur, vorzugsweise bei einer Temperatur über 250°C, beispielsweise zwischen 250 und 300°C, vorteilhafterweise zwischen 270 und 300°C.
Der Reibbelag wird vorzugsweise 6 bis 12 Stunden lang bei dieser Temperatur, vorteilhafterweise unter geringem Druck, beispielsweise unter 0,1 bar, belassen, um seine Verwindung während der Behandlung zu verhindern.
Diese Behandlung kann natürlich im Trockenofen oder unter der Presse stattfinden. In diesem letzten Fall läßt man, um seine Verwindung zu vermeiden, den Reibbelag unter der Presse solange abkühlen, bis seine Temperatur unter 100°C absinkt.
Im Falle einer Anwendung bei einem Reibbelag für eine Reibungskupplungsscheibe in Verbindung mit einem Kupplungsmechanismus zur Bildung einer Reibungskupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, weist die Erfindung einen besonderen Vorteil auf.
Eine herkömmliche Reibungskupplung umfasst im allgemeinen eine, gegebenenfalls zur Bildung eines Dämpfungsschwungrads oder eines flexiblen Schwungrads, zweiteilig ausgeführte Gegenanpressplatte, die drehfest an einer ersten Welle, üblicherweise einer treibenden Welle, etwa der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs, angebracht ist und an ihrem äußeren Umfang einen Deckel trägt, an den wenigstens eine Druckplatte angefügt ist.
Die Druckplatte ist drehfest mit dem Deckel und der Gegenanpressplatte verbunden, wobei sie sich unter der Beanspruchung durch axial wirksame elastische Einrückmittel, die durch Ausrückmittel betätigt werden, axial verschieben kann. Die Einrückmittel können aus Schraubenfedern bzw. aus einer oder zwei, hintereinander oder parallel angeordneten Tellerfedern bestehen, die der Wirkung von Ausrückhebeln ausgesetzt sind, welche die Ausrückmittel bilden. Im allgemeinen gehören die Ein- und Ausrückmittel zu ein und demselben Teil, beispielsweise zu einer aus Metall ausgeführten Membranfeder, die am Deckel zur Anlage kommt. Die Membranfeder kann mit einer Tellerfeder in Reihe oder parallel angeordnet sein, um eine Unterstützung für die Ausrückkraft herbeizuführen, wie dies beispielsweise in der FR 2 753 758 A1 beschrieben wird.
Eine Kupplungsscheibe, die an ihrem äußeren Umfang Reibbeläge trägt und die drehfest mit einer Welle, üblicherweise mit einer getriebenen Welle, etwa mit der Eingangswelle des Getriebes, verbunden ist, ist zwischen der Druckplatte und der Gegenanpressplatte eingefügt, so dass sie zwischen ihnen eingespannt wird, wenn sich die Kupplung in ihrer Einrückposition befindet. Die Einrückmittel bewirken die axiale Verschiebung der Druckplatte, wenn sie über Ausrückmittel durch ein Ausrücklager betätigt werden.
Während der Lebensdauer einer solchen Kupplung kommt es zu einem Verschleiß der Reibbeläge sowie der Gegenelemente Druckplatte und Gegenanpressplatte, was zu einer Veränderung der Position der Druckplatte und der Positionen der axial wirksamen Einrückmittel sowie des Ausrücklagers führt, woraus sich wiederum einerseits eine Veränderung der Einspannkraft der Kupplungsscheibe zwischen der Druckplatte und der Gegenanpressplatte aufgrund der veränderten Arbeitsbedingungen der Ausrückmittel ergibt, wobei andererseits die für das Ausrücken erforderliche Kraft dadurch beeinflußt wird. Durch die Ausrüstung einer solchen Kupplung mit einer Verschleißnachstellvorrichtung werden diese Nachteile vermieden, wobei die Einrückmittel sowie das Ausrücklager, das üblicherweise konstant an den Ausrückmitteln anliegt, die gleiche Position einnehmen, wenn sich die Kupplung in ihrer Einrückposition befindet.
Eine mit einer Verschleißnachstellvorrichtung ausgerüstete Reibungskupplung ist so angeordnet, dass eine der Auflagen der Einrückmittel, gleichgültig ob es sich dabei um die direkt oder indirekt mit dem Deckel verbundene Auflage oder um die direkt oder indirekt mit der Druckplatte verbundene Auflage handelt, axial versetzbar ist, wobei ein sogenanntes Ausgleichmittel vorgesehen ist, um diesen Versatz in Verbindung mit einem sogenannten Betätigungsmittel herbeizuführen, das den Einsatz, faktisch die Betätigung, des besagten Ausgleichmittels ermöglicht, während ein Auslösemittel seinerseits das Betätigungsmittel steuert, indem es die Zuschaltung des Betätigungsmittels freigibt oder nicht. Eine Verschleißnachstellvorrichtung wird natürlich durch ein sogenanntes Erfassungsmittel gesteuert, das für den Verschleiß der Reibbeläge direkt oder indirekt empfindlich ist, das heißt, dass es beispielsweise für die durch den besagten Verschleiß beeinflußte Position wenigstens eines der Bestandteile der Kupplung empfindlich ist, wobei das besagte Erfassungsmittel auf eines der besagten Ausgleich-, Betätigungs- oder Auslösemittel einwirkt.
Es sind verschiedene Arten von Verschleißnachstellvorrichtungen bekannt, die zum Beispiel in den Druckschriften FR 2753503 A1 , GB 2294983 A , GB 2294301 A , US 5564541 A , FR 2599446 A1 oder anderen beschrieben werden.
Es ist leicht verständlich, dass das Erfassungsmittel der Verschleißnachstellvorrichtung den axialen Abstand berücksichtigt, der die gegenüberliegenden Flächen der Gegenanpressplatte und der Druckplatte trennt, zwischen denen die Reibbeläge der Kupplungsscheibe angeordnet sind, wobei sich dieser Abstand mit zunehmendem Verschleiß vergrößert.
Während des Betriebs sind die Reibbeläge einer hohen Temperatur in einer Größenordnung von 300°C ausgesetzt, und ohne die erfindungsgemäße Quellschutzbehandlung quellen die Reibbeläge üblicherweise in einem Umfang auf, der axial 0,10 Millimeter erreichen kann. Dadurch wird die Funktionsweise der Verschleißnachstellvorrichtung und somit der Kupplung ganz offensichtlich erheblich beeinträchtigt. Darüber hinaus liegt die mit diesem Quellwert von 0,10 Millimeter verbundene Standardabweichung in einer Größenordnung von 0,02 Millimeter.
Vorteilhafterweise kann ein Reibbelag, der einer Quellschutzbehandlung unterzogen wurde, auch in einer rotierenden elektrischen Reversiermaschine des Typs Anlassergenerator benutzt werden, wie sie beispielsweise in der Patentanmeldung FR 2782354 A1 beschrieben wird. Bei einer derartigen Maschine gehört die Gegenanpressplatte zu einem Schwungrad, das den Läufer der rotierenden elektrischen Maschine trägt. Die Temperatur des Reibbalgs wird daher auf eine noch höhere Temperatur als bei einer normalen Maschine gebracht. Zudem kann ein Anlassergenerator vorteilhafterweise auch mit einer Verschleißnachstellvorrichtung ausgerüstet sein, um den axialen Bauraumbedarf des Anlassergenerators zu verkleinern, der entsprechend besser funktioniert, wenn der Reibbelag einer Quellschutzbehandlung, wie sie in der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, unterzogen wurde.
Dank der erfindungsgemäßen Quellschutzbehandlung verringert sich das Aufquellen des Reibbelags im Betrieb, axial gemessen, um wenigstens 30%, bzw. sogar um 90%, wenn die Reibbeläge auf Latexbasis ausgeführt sind. Außerdem wird die Standardabweichung um die Hälfte verringert.
Die Effizienz der erfindungsgemäßen Quellschutzbehandlung kann durch das Ergebnis zahlreicher durchgeführter Versuche erklärt werden.
Diese Versuche haben insbesondere gezeigt, dass bei der Betriebstemperatur in einer Größenordnung von 300°C die nicht gemäß der Erfindung behandelten Reibbeläge Gewicht verlieren, wobei das Aufquellen um so stärker ausfällt, je größer der Gewichtsverlust ist. Dank der Quellschutzbehandlung findet daher der Gewichtsverlust des Reibbelags bei seiner Herstellung statt, und die Quellschutzbehandlung wird vorteilhafterweise so durchgeführt, dass der Reibbelag das Gewicht verliert, das er während des Betriebs verloren hätte, wenn er dieser Quellschutzbehandlung nicht unterzogen worden wäre.
Versuche haben außerdem gezeigt, dass während des Betriebs die Porosität eines herkömmlichen Reibbelags zunimmt. Diese Porositätszunahme entspricht einer Eliminierung der Bindemittel mit geringer Molekularmasse, einer Verringerung der Spannungen und einer Stabilisierung der Gitterstruktur. Die erfindungsgemäße Quellschutzbehandlung verleiht dem Reibbelag eine nahezu stabile Porosität, die sich während des Betriebs nicht bzw. sehr geringfügig verändert, wodurch ihr Aufquellen entsprechend begrenzt wird.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass die erfindungsgemäße Quellschutzbehandlung um so effizienter wird, das heißt, dass das Aufquellen des behandelten Reibbelags während des Betriebs um so geringer ist, je stärker sie ausfällt, das heißt je länger ihre Dauer und je höher die Temperatur der Behandlung sind. Dies wird durch die Untersuchung der Thermogramme von Differentialthermoanalysen nachgewiesen, die in neutraler Atmosphäre an unterschiedlich behandelten Proben ein und desselben Reibbelags durchgeführt wurden.
Die 1 bis 3 stellen jeweils das Thermogramm einer eingangs definierten Reibbelagprobe dar, die einer Differentialthermoanalyse unterzogen worden ist.
So wurde zum Beispiel ein Standardreibbelag aus den vorstehend genannten Bestandteilen hergestellt. Nach der Formung wurde der Reibbelag einem Brennvorgang unter der Presse bei 190°C während einer Dauer von etwa 4 Minuten 30 Sekunden und bei 250 bar sowie einer Wärmebehandlung im Trockenofen unterzogen, die eine Abschlussphase von 6 Stunden bei 250°C umfasste.
Eine Probe dieses so auf herkömmliche Weise hergestellten Reibbelags wurde einer Differentialthermoanalyse unterzogen. Das entsprechende Thermogramm ist in 1 veranschaulicht und durch die Abkürzung ATD bezeichnet. Es ist zu erkennen, dass es aus einer endothermen Komponente EN bis 140°C besteht und dass darüber eine starke exotherme Komponente EX vorliegt. Die Aufquellung dieses Reibbelags wurde bei 0,10 mm gemessen.
Anschließend wurde dieser Reibbelag zusätzlichen, immer intensiveren Behandlungen unterzogen, zu denen die zwei nachstehend beschriebenen Behandlungen gehören.
Eine erste Zusatzbehandlung umfasste eine Abschlussphase von 4 Stunden bei 270°C. In dem entsprechenden Thermogramm (2) ergibt sich eine endotherme Komponente EN bis etwa 140°C, die mit derjenigen von 1 praktisch identisch ist. Dagegen fällt ab 140°C die exotherme Komponente EX deutlich schwächer als diejenige von 1 aus, was für eine größere Stabilisierung des Werkstoffs kennzeichnend ist. Mit dieser Behandlung beträgt die Aufquellung bei 300°C 0,07 mm.
Eine zweite Zusatzbehandlung wurde intensiver als die vorstehend beschriebene Behandlung ausgeführt. Sie umfasste eine Abschlussphase von 8 Stunden bei 270°C. In dem entsprechenden Thermogramm (3) erkennt man eine endotherme Komponente EN bis etwa 650°C und praktisch keine exotherme Komponente mehr. Der Werkstoff ist daher sehr gut stabilisiert, was eine äußerst geringe Aufquellung bei 300°C zur Folge hat, die sich in einer Größenordnung von 0,01 mm bewegt, wodurch eine völlige Funktionssicherheit der automatischen Spielnachstellungen gewährleistet ist.
Ein wichtiges Merkmal eines Reibbelags, der der erfindungsgemäßen Quellschutzbehandlung unterzogen wurde, besteht darin, dass das Thermogramm einer Probe eines solchen Reibbelags, der einer Differentialthermoanalyse unterzogen wurde, eine endotherme Komponente aufweist, die sich bis zu einer Temperatur von wenigstens 300°C erstreckt.
Zur Information: Um das Aufquellen bei 300°C zu messen, kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden: Auf einer Seite des Reibbelags werden drei abstandsgleiche Punkte in einem Winkel von 120 Grad markiert. Daraufhin werden die Dicken an den markierten Stellen gemessen. Der Reibbelag wird dann in einen auf 300°C (-0, +2) eingestellten belüfteten Trockenofen verbracht. Zehn Minuten später wird der Reibbelag aus dem Trockenofen entnommen. Man läßt ihn eine Stunde lang abkühlen, woraufhin die Dicken an den Markierungen gemessen und aufgezeichnet werden. Die Quellung kann dann in Millimeter berechnet werden.
Der in der vorliegenden Erfindung beschriebene Reibbelag kann vorteilhafterweise bei einer Reibungskupplungsscheibe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, verwendet werden, die an ihrem äußeren Umfang derartige Reibbeläge trägt, und bei einer Reibungskupplung, zu der eine solche Kupplungsscheibe gehört und die mit einer Verschleißnachstellvorrichtung ausgerüstet ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags, umfassend die Schritte, - dass Ausgangsstoffe, die warmhärtbare Bindemittel und Füllstoffe und/oder Fasern enthalten, vermischt werden, - dass das besagte Gemisch geformt wird, - dass das so geformte Gemisch einem Pressbrennvorgang unterzogen wird, - und dass nach dem Pressbrennvorgang zur Stabilisierung der Reibbeläge ein Verfahrensschritt in einem Trockenofen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zur Verringerung der Aufquellung des besagten Reibbelags umfasst, der nach dem Verfahrensschritt im Trockenofen durchgeführt wird und aus einer Wärmebehandlung besteht, die bei einer Temperatur und während einer Dauer stattfindet, die so bemessen sind, dass eine Probe dieses Reibbelags, die einer Differentialthermoanalyse unterzogen wird, eine endotherme Komponente aufweist, die sich bis zu einer Temperatur von wenigstens 300°C erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der zusätzlichen Wärmebehandlung einer Temperatur zwischen 250 und 300°C entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Wärmebehandlung während einer Zeit zwischen 6 und 12 Stunden stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag nach Beendigung des zusätzlichen Verfahrensschritts zur Quellschutzwärmebehandlung unter der Presse abgekühlt wird, bis seine Temperatur weniger als 100°C erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Quellschutzbehandlung zwischen 270 und 300°C liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Quellschutzbehandlung unter Druck, im Trockenofen oder unter einer Presse stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck unter 0,1 bar liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Formung des Gemischs um einen Warmpressvorgang oder um einen Spritzgussvorgang handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressbrennvorgang zwischen 180 und 210°C, während einer Zeit von 4 bis 10 Minuten, unter 150 bis 300 bar stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungsvorgang im Trockenofen während einer Zeit, die etwa 24 Stunden erreichen kann, bei einer Temperatur über 230°C stattfindet.