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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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Darüber hinaus
ist aus der
US 2,742,386
A eine Bremsbacke mit einem Tragkörper bekannt, auf dem ein Bremsbelag
als Reibschichtbelagkörper
aufgeklebt ist. Die zwischen Tragkörper und Bremsbelag befindlichen
Klebebereiche sind durch Bereiche voneinander getrennt, die klebemittelfrei
sind. Über
diese klebemittelfreien Bereiche ist eine Entgasung des Klebemittels
möglich.
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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 aufweist, 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