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Die
Erfindung betrifft eine Reibschichtträgervorrichtung mit
einem Grundkörper, der eine Grundkörperkontaktfläche
aufweist, und mit einem Reibschichtbelagkörper, welcher
eine Belagkontaktfläche aufweist, wobei der Reibschichtbelagkörper
auf dem Grundkörper derart befestigt ist, dass die Grundkörperkontaktfläche
und die Belagkontaktfläche in Klebebereichen über
ein Klebemittel miteinander verbunden sind, sowie ein Verfahren
zu deren Fertigung.
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Im
Fahrzeug- oder Maschinenbau werden oftmals Vorrichtungen eingesetzt,
welche eine Kraft- oder Drehmomentübertragung über
eine temporäre Reibschlussverbindung erlauben. Derartige
Vorrichtungen, auch als tribologische Systeme bezeichnet, weisen üblicherweise
mindestens eine Reibschicht auf, welche auf einem Tragkörper
aufgebracht ist, wobei der Tragkörper mit der Reibschicht
zur Bildung des Reibschlusses gegen einen Reibpartner gedrückt
wird.
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Bekannte
Beispiele derartiger tribologischer Systeme sind durch Reibkupplungen,
Bremsen oder in Synchronvorrichtungen durch Kupplungsscheiben, Bremsbeläge
oder Synchronringe gegeben.
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Die
Druckschrift
DE 103
34 895 B3 , die wohl den nächstkommenden Stand
der Technik bildet, betrifft einen Synchronring mit einem Tragkörper,
welche eine konische Reibfläche aufweist, auf dem eine Reibschicht
aus einem kohlefaserhaltigen Werkstoff aufgeklebt ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Reibschichtträgervorrichtung
sowie ein Verfahren zu deren Fertigung vorzuschlagen, mit dem Ziel, die
Fertigungsqualität von Reibschichtträgervorrichtungen
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Reibschichtträgervorrichtung mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zu deren
Fertigung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte
oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung
sowie den beigefügten Figuren.
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In
der allgemeinsten Ausprägung betrifft die Erfindung eine
Reibschichtträgervorrichtung, welche bevorzugt als Reibpartner
in einem tribologischen System und/oder in einem Reibschlusssystem,
ausgebildet ist.
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Die
Reibschichtträgervorrichtung umfasst einen ein- oder mehrteiligen
Grundkörper und einen ein- oder mehrteiligen und/oder -lagigen
Reibschichtbelagkörper. Der Grundkörper ist als
Tragkörper bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl,
beispielweise aus gesintertem Stahl, Messing oder aus einem Verbund
aus Stahl und Messing realisiert.
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Der
Grundkörper weist eine Grundkörperkontaktfläche
und der Reibschichtbelagkörper eine Belagkontaktfläche
auf, wobei die Kontaktflächen in Klebebereichen über
ein Klebemittel miteinander verbunden sind. Das Klebemittel ist
vorteilhafterweise als ein temperaturbeständiger und/oder ölresistenter Kleber,
beispielsweise als ein Phenolharz- oder ein Epoxidharzkleber ausgebildet.
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, dass in mindestens einer der Kontaktflächen,
also in der Grundkörperkontaktfläche und/oder
in der Belagkontaktfläche, mindestens ein Vertiefungsbereich
eingebracht ist, welcher eine Entgasung des Klebemittels ermöglicht.
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Eine Überlegung
der Erfindung ist es, dass bei der Klebung des Reibschichtbelagkörpers
auf den Grundkörper, insbesondere wenn dies bei erhöhter
Temperatur erfolgt, Gase aus dem Klebevolumen austreten können,
die von Lösungsmittelresten oder auch von Reaktionsprodukten
des Klebemittels stammen. Die austretenden Gase können
das Kleberergebnis erheblich verschlechtern, sowohl im Hinblick
auf die Klebefestigkeit als auch auf die Maßhaltigkeit
der resultierenden Reibschichtträgervorrichtung. Im schlimmsten
Falle kann es sogar zu Blasenbildungen in der Klebeschicht kommen,
die einerseits die Kleberstruktur zerstören und zu den
niedrigen Klebefestigkeiten führen, andererseits ungleichmäßige
Klebeschichtdicken zur Folge haben, was die Maßhaltigkeit
der Reibschichtträgervorrichtung unzulässig herabsetzt.
Durch den mindestens einen Vertiefungsbereich in mindestens einer
der Kontaktflächen wird sichergestellt, dass das Klebemittel
ausreichend entgasen kann, ohne das Klebeergebnis hinsichtlich Festigkeit
oder Formhaltigkeit nachteilig zu verändern.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
dass der mindestens eine Vertiefungsbereich eine Entlüftungsstruktur
für die insbesondere an den mindestens einen Vertiefungsbereich
angrenzenden Klebebereiche bildet. Es können hierbei mehrere,
untereinander nicht verbundene Vertiefungsbereiche bzw. Entlüftungsstrukturen, aber
auch ein gemeinsamer Vertiefungsbereich bzw. eine gemeinsame Entlüftungsstruktur
verwirklicht sein. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die Entlüftungsstruktur
und/oder der Vertiefungsbereich nach außen geöffnet
ist bzw. sind, so dass die Gase abgeleitet werden können.
Beispielsweise sind ein oder mehrere randseitig an den Kontaktflächen
mündende Entlüftungskanäle zur freien
Entgasung des Klebemittels eingebracht.
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Mit
dem Ziel, eine ausreichend starke Entgasung zu gewährleisten,
ist es bevorzugt, dass der kürzeste Abstand zwischen einem
Punkt in den Klebebereichen zu einer Entlüftungsmöglichkeit,
also zu einem Vertiefungsbereich, einer Entlüftungsstruktur oder
zu einer randseitigen Öffnung kleiner als 5 mm, vorzugsweise
kleiner als 3 mm ausgebildet ist. Mit diesem optionalen Merkmal
werden die Klebebereiche so strukturiert oder eingeteilt, dass auch
bei einer Kumulation von Gasen keine nachteiligen Effekte für das
Klebeergebnis auftreten.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens
eine Vertiefungsbereich in radialer Richtung zumindest abschnittsweise klebemittelfrei
ausgebildet. Anders ausgedrückt enthält der Vertiefungsbereich
ein Freivolumen, welches sich strömungstechnisch vorzugsweise
ununterbrochen über den gesamten Vertiefungsbereich und/oder
eine zusammengehörige Entlüftungsstruktur erstreckt.
Dadurch, dass das Klebemittel den Vertiefungsbereich nicht vollständig
ausfüllt, verbleibt ein Freivolumen, welches vorzugsweise
mit der Umgebung kommuniziert, so dass über das Freivolumen das
Gas des Klebemittels abgeleitet werden kann.
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Bei
einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung sind
die Vertiefungsbereiche als Nuten, Rillen, Kreuzmuster und/oder
Kanäle ausgebildet. Vom Querschnitt betrachtet können
die Vertiefungsbereiche beliebig ausgestaltet sein, das heißt zum
Beispiel verrundet, rechteckig oder v-förmig, etc. Auch
bezüglich des Verlaufs der Vertiefungsbereiche auf der
zu klebenden Fläche bzw. auf mindestens einem der Kontaktflächen
bestehen viele Freiheitsgrade, so sind zum Beispiel zur Kontaktfläche
schrägverlaufende, unter Umständen sich kreuzende
Kanäle sinnvoll, um das Gas abzuführen. Es genügen
jedoch auch Nuten oder eine Nut, insbesondere eine radial umlaufende
Nut, insbesondere wenn mindestens eine Kontaktfläche über
einen Entgasungskanal verfügt, welcher einerseits mit der
Nut und andererseits mit der Umwelt strömungstechnisch
verbunden ist.
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Prinzipiell
ist es möglich, dass der mindestens eine Vertiefungsbereich
in dem Grundkörper, den Reibschichtbelagkörper
oder in beide eingebracht sind. Es ist jedoch besonders bevorzugt,
dass der mindestens eine Vertiefungsbereich in dem Grundkörper
angeordnet ist, da dieser meist massiver ausgebildet ist als der
Reibschichtbelagkörper, so dass zum einen das Einbringen
einfacher und eine spätere Deaktivierung des Vertiefungsbereich,
z. B. durch unabsichtliche Verformung, nahezu ausgeschlossen ist.
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Bevorzugt
sind Grundkörperkontaktfläche und Belagkontaktfläche
zueinander komplementär geformt, wobei der Kontaktflächenverlauf
oder die Klebeebene gekrümmt, zylindermantelförmig,
konusmantelförmig oder eben ausgebildet sein kann. Die Erfindung
ist somit anwendbar unabhängig davon, ob die zu verklebenden
Teile z. B. eine plane, gebogene oder ringförmige Geometrie
aufweisen.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Grundkörperkontaktfläche und/oder
die Belagkontaktfläche glatt und/oder gasdicht ausgebildet.
Diese Ausführungsform tritt vor allem dann in Erscheinung,
wenn der Grundkörper aus einem Metall und die Belagkontaktfläche
bildende Randschicht des Reibschichtbelagkörpers ebenfalls aus
Metall ausgebildet ist. Beispielsweise werden als Träger
für Reibschichten Metallfolien eingesetzt, welche gasdicht
sind. Bei dieser Ausführungsform tritt der Vorteil der
Erfindung besonders stark in den Vordergrund, da diese Kombination
aus Klebepartnern mit gasdichten Kontaktflächen bisher
aufgrund der Entgasung des Klebemittels und den daraus resultierenden
Nachteilen nicht klebbar waren. Unter „gasdicht" wird vorzugsweise
die Eigenschaft verstanden, dass bei der Klebung entstehende Gase
nicht oder nicht ausreichend durch die Kontaktflächen abgeleitet
werden können und sich zwischen den Kontaktflächen
sammeln und dort negative Auswirkungen, wie z. B. Verminderung der
Klebefestigkeit oder Beeinträchtigung der Maßhaltigkeit
haben. Alternativ oder ergänzend ist eine oder beide Kontaktflächen
porenfrei und/oder durchlassfrei für Gase in radialer Richtung
ausgebildet.
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Bei
einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Reibschichtträgervorrichtung
als ein Bremsbelagkörper, insbesondere eine Bremslamelle, ein
Kupplungskörper, insbesondere eine Kupplungsscheibe, ein
Synchronkörper, insbesondere ein Synchronring, ausgebildet.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Reibschichtbelagkörper
mindestens zweilagig aufgebaut, wobei eine Lage als ein Träger,
insbesondere ein Metallband und/oder eine Blechfolie realisiert
ist, welche mindestens eine Reibschichtlage trägt, die zum
Beispiel als ein aufgesinterter Reibbelag ausgebildet ist.
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Bei
einer speziellen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist die Reibschichtträgervorrichtung als ein Synchronring,
wahlweise als ein Außenring, ein Innenring oder ein Zwischenring
ausgebildet, welcher beispielsweise Verwendung in Mehrkonensynchronisierungen
in Fahrzeuggetrieben findet. Der Synchronring weist eine Kegel-
und/oder Konusmantelfläche als Grundkörperkontaktfläche
auf, welcher bevorzugt gegenüber der Drehachse des Synchronrings
einen Winkel zwischen 6° und 10° einnimmt. Auf
der Grundkörperkontaktfläche ist eine beschichtete
oder besinterte Metallfolie als Reibschichtbelagkörper
aufgeklebt. Bei dieser speziellen Ausführungsform ist es
insbesondere bevorzugt, wenn die Kegel- und/oder Konusmantelfläche
den mindestens einen Vertiefungsbereich trägt.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung
der Reibschichtträgervorrichtung, wie sie zuvor beschrieben
wurde bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
in die Grundkörperkontaktfläche und/oder in die
Belagkontaktfläche mindestens ein Vertiefungsbereich eingeformt,
eingeprägt, abtragend und/oder spanlos oder spanabhebend
realisiert wird, welcher eine Entgasung des Klebemittels ermöglicht.
Der Vertiefungsbereich kann somit mittels Urformen, Umformen und/oder
Trennen, insbesondere Abtragen, eingebracht sein. Im Speziellen
zeigt sich der Vertiefungsbereich als eine Vertiefungsstruktur gegenüber den
ansonsten in den Klebebereichen glatt ausgebildeten Kontaktflächen.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist der Klebemittelauftrag
so gewählt, dass der mindestens eine Vertiefungsbereich
nach der Klebung unvollständig gefüllt ist und/oder
strömungstechnisch durchlässig bleibt. Diese Weiterbildung
unterstreicht nochmals die Idee, dass der mindestens eine Vertiefungsbereich
eine durchgehende Entlüftungsstruktur bildet.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung. Dabei zeigen:
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1 eine
teilgeschnittene, dreidimensionale Darstellung eines Synchronrings
als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine
teilgeschnittene, dreidimensionale Darstellung eines weiteren Synchronrings
als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 ein
Längsschnitt durch den Synchronring in der 2.
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Gleiche
oder einander entsprechende Teile sind mit gleichen oder einander
entsprechenden Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt
in einer schematischen, teilgeschnittenen 3-D-Explosionszeichnung
einen Abschnitt eines Synchronring 1, welcher aus einem Grundkörper 2,
z. B. aus Messing, und einem Reibschichtbelagkörper 3 gebildet
ist.
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Der
Außenumfang des Grundkörpers 2 weist eine
umlaufende radial nach außen weisende Zahnreihe 4 auf,
welche zu einer Zusammenwirkung zum Beispiel mit einem Gangrad eines
Getriebes ausgebildet ist. An dem Innenumfang des Grundkörpers 2 zeigt
sich eine konisch zulaufende Grundkörperkontaktfläche 5,
welche einen Konuswinkel gegenüber der Drehachse des Synchronrings 1 zwischen
6 und 10° einnimmt.
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Der
Reibschichtbelagkörper 3 ist ebenfalls konusförmig
ausgestaltet und geometrisch an den Grundkörper 2 angepasst,
so dass der Reibschichtbelagkörper 3 flächig
auf die Grundkörperkontaktfläche 5 aufgeklebt
werden kann, wie nachfolgend noch ausführlich erläutert
wird. Der Reibschichtbelagkörper 3 weist radial
innenseitig eine zum Beispiel aufgesinterte Reibschicht 6 und
radial außenseitig – als Träger – eine
Metallfolie 7, zum Beispiel aus Stahl, auf. Die Metallfolie 7 ist
als Konusring ausgebildet. An der radialen Außenseite der
Metallfolie 7 zeigt diese eine Belagkontaktfläche 8,
welche während des Klebevorgangs mit der Grundkörperkontaktfläche 5 verklebt
wird. Die Metallfolie 7 ist gasdicht ausgebildet, ebenso
ist der Grundkörper 2 im Bereich der Grundkörperkontaktfläche 5 gasdicht
realisiert.
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Um
einen Festigkeits- oder Formverlust bei der Klebung zu vermeiden,
weist die Grundkörperkontaktfläche 5 eine
Mehrzahl von Nuten 9 auf, welche sich in einem kreuzenden
Muster angewinkelt zur axialen Erstreckung des Grundkörper 2 erstrecken.
Die Nuten 9 sind als Vertiefungen oder Vertiefungsbereiche
ausgebildet, wobei sich zwischen den Nuten 9 Klebeflächen 10 befinden,
welche den klebenden Kontakt zu dem Reibschichtbelagkörper 3 bzw.
der Metallfolie 7 bilden.
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Wie
sich aus der 1 ergibt, unterteilen die Nuten 9 die
Grundkörperkontaktfläche 5 derart, dass ein
minimaler Abstand eines beliebigen Punktes der Klebeflächen 10 zu
einer Entlüftungsmöglichkeit, also zu den Nuten 9 oder
zu den freien Rändern der Grundkörperkontaktfläche 5 kleiner
als die axiale Erstreckung der Grundkörperkontaktfläche 5,
zum Beispiel kleiner als zwei Drittel der Grundkörperkontaktfläche 5 in
der genannten Erstreckung ausgebildet ist.
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Die
Klebung des Grundkörpers 2 mit dem Reibschichtbelagkörper 3 erfolgt
optional bei erhöhten Temperaturen, also bei Temperaturen
größer 40°C, wobei als Klebemittel beispielsweise
ein Folienkleber oder Phenolharzkleber verwendet wird. Während
des Klebevorgangs bzw. beim Aushärten des Klebemittels
können Gase aus dem Klebevolumen austreten, die von Lösungsmittelresten
oder auch von Reaktionsprodukten des Klebemittels herstammen. Durch
das Einbringen eines Entlüftungssystems, welches randseitig
geöffnet ist, und durch die Nuten 9 realisiert
ist, können die bei der Gasentwicklung entstandenen Gase
aus dem Bereich der Klebezone ausgeleitet werden. Dadurch wird Blasenbildung
oder eine Verformung der Klebeschicht vermieden. Um eine ausreichende
Entgasung sicherstellen zu können, sind die Nuten 9 in
radialer Richtung nur abschnittsweise mit Klebemittel gefüllt,
so dass die Nuten 9 auch im verklebten Zustand des Synchronrings 1 ein
strömungstechnisch durchgehendes Entlüftungssystem
darstellen.
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Die 2 zeigt
eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels in 1,
wobei statt einer Mehrzahl von sich kreuzenden Nuten 9 eine
umlaufende Rille 11 in den Grundkörper 2 im
Bereich der Grundkörperkontaktfläche 5 beispielsweise
durch spanabhebende Bearbeitung eingebracht ist. Die Rille 11 bzw.
die Nuten 9 können vom Querschnitte her beliebig
gestaltet sein, das heißt, verrundet, rechteckig oder zum
Beispiel v-förmig. Auch bezüglich des Verlaufs
der Nuten 9 bzw. der Rille 11 auf der zu klebenden
Fläche bestehen viele Freiheitsgrade. So sind zum Beispiel
zur Klebefläche schrägverlaufende, unter Umständen
auch sich kreuzende Kanäle, sinnvoll, um das Gas abzuführen.
Es genügen jedoch auch eine oder mehrere umlaufende Rillen 11 – wie in
der 2 gezeigt – wenn eines der beiden zu
verklebenden Werkstücke, also der Grundkörper 2 oder Reibschichtbelagkörper 3,
unterbrochene Stellen über den Umfang aufweisen, an denen
die Gase austreten können, um die Entgasungsfunktion sicherzustellen.
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Das
Bild 3 zeigt das Ausführungsbeispiel in der 2 in
einem Längsschnitt mit eingeklebtem Reibschichtbelagkörper 3.
Der Reibschichtbelagkörper 3 erstreckt sich über
die gesamte Grundkörperkontaktfläche 5,
wobei zwischen der Grundkörperkontaktfläche 5 und
der Belagkontaktfläche 8 das Klebemittel 12 schichtartig
aufgetragen ist. Das Klebemittel 12 weist über
die axiale Erstreckung und/oder in Umlaufrichtung eine in etwa gleichbleibende
Dicke auf. Insbesondere ist die Tiefe der Rille 11 in radialer
Richtung so gewählt, dass die Rille 11 nur teilweise,
mit dem Klebemittel 12 gefüllt ist, so dass ein
verbleibendes Freivolumen 13 gebildet wird. Das Freivolumen 13 ist
strömungstechnisch kommunizierend mit der Umwelt verbunden,
so dass aus dem Klebemittel 12 austretende Gase über
das Freivolumen 13 in der Rille 11 abgeleitet
werden können.
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- 1
- Synchronring
- 2
- Grundkörper
- 3
- Reibschichtbelagkörper
- 4
- Zahnreihe
- 5
- Grundkörperkontaktfläche
- 6
- Reibschicht
- 7
- Metallfolie
- 8
- Belagkontaktfläche
- 9
- Nute
- 10
- Klebefläche
- 11
- Rille
- 12
- Klebemittel
- 13
- Freivolumen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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