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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung, bei der mindestens zwei Bauteile
bei bestimmungsgemäßem Gebrauch
reibend zusammenwirken, um ein Drehmoment zu übertragen, insbesondere eine
Reibungskupplung oder eine Bremse, wobei zur Verhinderung einlaufbedingter
Schwankungen des Reibwerts mindestens eines der Bauteile an ihrer
der Reibung ausgesetzten Oberfläche
mit einer Beschichtung versehen ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein
Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung.
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Es
ist bekannt, dass der Reibkoeffizient (Reibwert) einer Reibpaarung
abhängig
von dem Zustand der Reibpartner ist. Insbesondere weist eine Reibpaarung,
beispielsweise in einer Reibungskupplung, in Abhängigkeit der Gebrauchsdauer
bzw. der Anzahl der Lastwechselvorgänge einen veränderlichen
Reibwert auf. In 2 ist der Zusammenhang zwischen
dem Reibwert μ und
der Anzahl der Lastwechselvorgänge
N in einer Reibungskupplung schematisch dargstellt. In neuem Zustand
der Kupplung, d. h. insbesondere bei neuen Reibbelägen, liegt der
Reibkoeffizient noch relativ niedrig. Allmählich steigt er mit der Anzahl
der Lastwechsel an, bis er auf einem weitgehend konstanten Niveau
liegt.
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Bei
neuen Reibbelägen
ist also der anfängliche
Reibwert teilweise erheblich niedriger als im eingelaufenen Zustand.
Die Auslegung der Vorrichtung, insbesondere einer Reibungskupplung,
erfolgt allerdings zumeist für
den eingelaufenen Zustand, d. h. für den Fall, dass der Reibwert
seinen hohen Dauerwert erreicht hat. In nachteiliger Weise muss
daher ein höherer
Sicherheitsfaktor bei der Kupplungsauslegung zugrunde gelegt werden,
damit auch im Einlaufzustand der Reibbeläge ein zufrieden stellendes Kupplungsverhalten
sichergestellt ist. Bekannt ist es auch, dass eine Schirmung der
Anpressplatte zur Erhöhung
des Reibradiusses vorgesehen werden kann, um dem genannten Problem
zu begegnen.
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Aus
der
DE 100 02 261
A1 ist es bekannt, zur Abhilfe des genannten Problems den
zum Einsatz kommenden Reibbelag mit einer Oberflächenbeschichtung zu versehen.
Dabei wird als Beschichtungsmaterial ein Substrat auf Acrylbasis
vorgesehen. Vorgeschlagen wird auch, eines oder mehrere der Materialien
Quarz, Kieselgel, Silikat, Oxidkeramik und organische oder anorganische
Polymere zuzusetzen.
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Es
hat sich herausgestellt, dass diese Lösungen zwar eine gewisse Verbesserung
bringen, dass jedoch weiterhin Nachteile bestehen. Ein Problem, das
beim Beschichten der Reibfläche
auftritt, ist, dass es infolge der Beschichtung zu einem Verkleben der
bei bestimmungsgemäßem Gebrauch
reibend zusammenwirkenden Reibpartner kommen kann, das das Betriebsverhalten
während
der Einlaufphase der Vorrichtung negativ beeinflusst.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art sowie ein zugehöriges Verfahren zu deren Herstellung
zu schaffen, die diesbezüglich
eine Verbesserung bringen. Es soll also auf die vorteilhafte Beschichtung
der Reibpartner nicht verzichtet werden, es sollen sich jedoch die
beobachteten Nachteile nicht einstellen, insbesondere das Verkleben
der zusammenwirkenden Bauteile.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung der beteiligten Reibpartner aus Silikon besteht oder
Silikon enthält.
Bevorzugt ist das Silikon ein Silikonelastomer oder ein Silikonharz.
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Vorzugsweise
ist eine Reibfläche
eines Reibbelags der Vorrichtung beschichtet, also insbesondere
der Reibungskupplung oder der Bremse. Es kann alternativ oder additiv
auch vorgesehen sein, dass mindestens eine Gegenreibfläche des
Reibbelags beschichtet ist, insbesondere eine Anpressplatte und/oder
ein Schwungrad der Kupplungsvorrichtung.
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Die
Beschichtung kann vollflächig
auf die der Reibung ausgesetzte Oberfläche des Bauteils aufgebracht
sein. Es lassen sich aber auch gute Ergebnisse erzielen, wenn die
Beschichtung nur auf einen Teil der der Reibung ausgesetzten Oberfläche des
Bauteils aufgebracht ist.
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Durch
nur teilflächige
Beschichtung kann der Reibwert gezielt eingestellt werden. Ferner
kann hierdurch Einfluss auf die Rupfneigung, also auf Schwingungen
beim Einkuppeln, einer Reibungskupplung genommen werden.
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Das
Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung, bei der mindestens zwei
Bauteile bei bestimmungsgemäßem Gebrauch
reibend zusammenwirken, um ein Drehmoment zu übertragen, insbesondere einer
Reibungskupplung oder einer Bremse, wobei zur Verhinderung einlaufbedingter
Schwankungen des Reibwerts mindestens eines der Bauteile an ihrer
der Reibung ausgesetzten Oberfläche
mit einer Beschichtung versehen wird, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch
aus, dass vor der bestimmungsgemäßen Benutzung
der Vorrichtung eine Beschichtung aus Silikon oder eine Silikon
enthaltende Beschichtung auf die Oberfläche mindestens eines Bauteils
aufgebracht wird.
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Die
Beschichtung kann – wie
gesagt – auch nur
auf einen Teil der der Reibung ausgesetzten Oberfläche des
Bauteils aufgebracht werden. Hierzu haben sich eine Beschichtung
mittels Siebdruck, eine Beschichtung mittels Tampondruck bzw. eine
Beschichtung mittels einer profilierten Auftragwalze besonders bewährt. Damit
kann ein genau definierter Teilbereich der zu beschichtenden Oberfläche definiert
werden, auf den die Beschichtung dann mittels der genannten Verfahren
aufgebracht wird.
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Ist
die Beschichtung aufgebracht, kommen für die Aushärtung verschiedene Verfahren
in Frage. Eine Lösung
besteht darin, dass das mit der Beschichtung versehene Bauteil nach
dem Auftragen der Beschichtung bei Raumtemperatur aushärtet. Möglich ist
es auch, dass eine Aushärtung
bei gegenüber
Raumtemperatur erhöhter
Temperatur erfolgt. Ebenfalls besteht eine bevorzugte Möglichkeit
darin, dass das mit der Beschichtung versehene Bauteil nach dem
Auftragen der Beschichtung einer Aushärtung durch Beaufschlagung
mit UV-Licht unterzogen wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Verfahrensweise zur Umsetzung der Erfindung
besteht darin, dass auf die Oberfläche des mindestens einen Bauteils
mindestens zwei unterschiedliche Beschichtungs-Komponenten aufgebracht
werden, die miteinander eine chemische Reaktion eingehen.
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Die
Einstellung der Viskosität
der aufzubringenden Schicht kann dadurch erfolgen und dadurch optimiert
werden, dass vor der Aufbringung der Beschichtung das Beschichtungsmaterial
mit einem Lösungsmittel
versehen wird. Hierfür
kann ein organisches Lösungsmittel
oder auch Wasser verwendet werden, wobei sich die letztgenannte
Möglichkeit durch
besondere Umweltverträglichkeit
auszeichnet.
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Durch
die vorgeschlagene Ausgestaltung der Vorrichtung bzw. das Verfahren
wird erreicht, dass die Bauteile der Vorrichtung, die bei bestimmungsgemäßer Benutzung reibend
zusammenwirken, einen erhöhten
Anfangsreibwert infolge der aufgebrachten Beschichtung aufweisen.
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Die
vorgeschlagenen Beschichtungsmaterialien in Form eines Silikons
sind sehr gut temperaturbeständig.
Weiterhin ist die Gefahr eines Verklebens der Reibpartner praktisch
ausgeschlossen.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 den
Radialschnitt durch eine Kraftfahrzeugkupplungsvorrichtung,
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2 den
Verlauf des Reibwerts über
der Zahl der Lastwechsel einer Kupplungsvorrichtung.
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In 1 ist
eine Kupplungsvorrichtung 1 zu sehen, die in üblicher
Weise aufgebaut ist. Ein Kupplungsgehäuse 5 ist mit einem
Schwungrad 4 einer Brennkraftmaschine drehfest verbunden,
wobei das Gehäuse 5 samt
Schwungrad 4 um eine Drehachse 6 rotieren können. In
dem Gehäuse 5 ist
eine Anpressplatte 3 angeordnet, die drehfest zum Gehäuse 5,
jedoch axial verschieblich gelagert ist. Zwischen der Anpressplatte 3 und
dem Schwungrad 4 ist eine Kupplungsscheibe 7 angeordnet,
die beidseitig mit je einem Reibbelag 2 versehen ist.
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Wird
die Anpressplatte 3 axial in Richtung Schwungrad 4 gedrückt, kommt
es aufgrund des Reibschlusses zwischen Reibbelag 2 und
Schwungrad 4 bzw. zwischen Reibbelag 2 und Anpressplatte 3 zur Übertragung
eines Drehmoments vom Schwungrad 4 zur Kupplungsscheibe 7,
die – was nicht
dargestellt ist – mit
einer Getriebewelle drehfest verbunden ist.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist der Reibungskoeffizient μ über der
Anzahl der Lastwechsel N, also letztlich über der Gebrauchsdauer, relativ stark
variabel. Um diesen Effekt zu minimieren, wird erfindungsgemäß eine Beschichtung
der Oberfläche zumindest
eines Teils der beteiligten Reibpartner vorgenommen. Beschichtet
werden kann werden: eine oder beide Reib-Oberflächen 2' der Reibbeläge 2 und/oder die
Reib-Oberfläche 3' der Anpressplatte und/oder
die Reiboberfläche 4' des Schwungrades 4.
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Die
Beschichtung besteht erfindungsgemäß aus Silikon oder sie enthält Silikon.
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Bei
einem Silikon handelt es sich um eine Gruppe synthetischer Polymere,
bei denen Siliziumatome über
Sauerstoffatome zu Molekülketten und/oder
netzartig verknüpft
sind. Die restlichen freien Valenzelektronen des Siliziums sind
dabei durch Kohlenwasserstoffreste (meist Methylgruppen) abgesättigt. Aufgrund
ihres typisch anorganischen Gerüsts
einerseits und ihren organischen Resten andererseits nehmen Silikone
eine Zwischenstellung zwischen anorganischen und organischen Verbindungen
ein, insbesondere zwischen den Silikaten und den organischen Polymeren.
Sie sind daher in gewisser Weise Hybride und weisen ein besonderes
Eigenschaftsspektrum auf, das andere Kunststoff nicht haben.
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Einfache
lineare Silikone sind nach dem Schema (R2SiO)n
aufgebaut und R2SiO entspricht der allgemeinen
Formel für
Ketone R2C=O. Da Si-O-Doppelbindungen jedoch
nicht stabil sind, ist diese Ableitung rein formal. Si-O-Si-Bindungen,
auf denen die Silikone beruhen, werden als Siloxanbindung bezeichnet.
Silikone sind daher Polyorganosiloxane.
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Zu
den Silikonelastomeren sei folgendes angemerkt: Beispiele für derartige
Stoffe sind Silikonkautschuk und Silikongummi als elastische Silikonelastomere.
Silikonkautschuke sind in den gummielastischen Zustand überführte Massen,
die als Grundpolymere Polydiorganosiloxane enthalten, die Vernetzungsreaktionen
zugängliche
Gruppen aufweisen.
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Zu
den Silikonharzen sei folgendes bemerkt: Die üblicherweise verwendeten Silikonharze
sind vernetzte Polymethylsiloxane oder Polymethylphenylsiloxane,
deren Elastizität
und Wärmebeständigkeit
mit dem Gehalt an Phenylgruppen steigt. Reine Methylsilikonharze
sind relativ spröde
und mäßig wärmebeständig. Die
Dauerwärmebeständigkeit
von Silikonharzen ist hoch. Ein Methylphenylsilikonharz kann 10.000
Stunden bei 200 °C
beansprucht werden.
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Das
teilweise Versehen der zu beschichtenden Reib-Oberfläche erfolgt
in der erläuterten
Weise, wobei insbesondere der Siebdruck und der Tampondruck zum
Einsatz kommt. Der Siebdruck ist hinlänglich bekannt. Der Tampondruck
ist ein indirektes Druckverfahren nach dem Tiefdruckprinzip. Das Druckklischee
trägt in
seiner Oberfläche
das zu druckende, tiefer liegende Druckbild. Die Rakel flutet die Beschichtung
in das tiefer liegende Druckbild und rakelt die überschüssige Beschichtungsmasse sauber ab.
Nach dem Rakeln fährt
ein elastischer Drucktampon über
das Klischee und nimmt über
eine Hubbewegung die zurückgebliebene
Beschichtungsmasse auf, um diese dann auf das zu beschichtende Teil
zu übertragen,
also indirekt zu beschichten.
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Die
nur teilweise (statt vollflächige)
Beschichtung der Reibfläche/n
ist vorliegend – unabhängig vom
Beschichtungsmaterial – auch
als eigenständige
Erfindung zu verstehen, insbesondere in Kombination mit den vorgeschlagenen
bevorzugten Beschichtungsverfahren.
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In
diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass es sich bewährt hat,
wenn nicht 100 % der Reibfläche 2', 3', 4', sondern nur
ein Flächenanteil
zwischen 15 % und 85 % beschichtet wird. Besonders bevorzugt liegt
der Flächenanteil
zwischen 25 % und 75 % der Gesamtfläche.
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Vor
dem Aufbringen der Beschichtungsmasse sollte diese für eine optimale
Verarbeitung hinsichtlich ihrer Viskosität vorbehandelt werden. Hierbei
bietet es sich an, ein Lösungsmittel
einzusetzen.
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Dies
kann ein organisches Lösungsmittel sein,
das allerdings umweltschädlich
ist. Allerdings kann damit die Verarbeitbarkeit verbessert werden, und
es ist eine Einstellbarkeit durch Wahl des Lösungsmittelgehalts möglich. Es
erfolgt eine schnelle vorteilhafte Verdunstung des Lösungsmittels
nach dem Auftrag.
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Es
kann auch Wasser als Lösungsmittel
verwendet werden. Dies ist umweltfreundlich, allerdings muss das
Silikon hierfür
zumeist modifiziert werden. Auch ist die Verdunstung nach dem Auftrag
langsamer. Weiterhin liegt eine Frostempfindlichkeit vor.
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Es
kann auch ganz ohne Lösungsmittel
aufgetragen werden. Die Silikone sind teilweise im unvernetzten
Zustand flüssig
und eignen sich direkt für den
Auftrag. Die Viskosität
ergibt sich aus den eingesetzten Silikonen, häufig ist die Masse pastös. Der Einflussgrad
auf die Viskosität
ist hier allerdings beschränkt.
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Nach
dem Aufbringen der Beschichtung erfolgt ein Aushärten der Schicht.
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Bei
raumhärtendem
Silikon (Aushärtung
bei Zimmertemperatur) ist es vorteilhaft, dass keine besondere Anlage
erforderlich ist. Allerdings sind relativ lange Trocknungszeiten
(bis 40 Minuten) typisch, abhängig
von der Luftfeuchtigkeit.
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Bei
der mehrkomponentigen Silikonbeschichtung werden mehrere Komponenten
vermischt, wobei das Silikon durch eine chemische Reaktion aushärtet.
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Bei
der UV-Aushärtung
wird die aufgebrachte Beschichtung mit UV-Licht bestrahlt. Die Aushärtung kann
dabei sehr kurz sein (teilweise unter 20 Sekunden), was eine Flussfertigung
ermöglicht.
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Bei
der Temperaturaushärtung
härtet
das Silikon durch Temperaturaktivierung (über Raumtemperatur) aus. Entsprechend
Anlagen sind hierfür
erforderlich.
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- 1
- Kupplungsvorrichtung
- 2
- Reibbelag
- 2'
- Reib-Oberfläche des
Reibbelags
- 3
- Anpressplatte
- 3'
- Reib-Oberfläche der
Anpressplatte
- 4
- Schwungrad
- 4'
- Reib-Oberfläche des
Schwungrads
- 5
- Kupplungsgehäuse
- 6
- Drehachse
- 7
- Kupplungsscheibe
- μ
- Reibwert
- N
- Zahl
der Lastwechsel/Kupplungsvorgänge