DE102008014847A1

DE102008014847A1 - Reibbelag

Info

Publication number: DE102008014847A1
Application number: DE102008014847A
Authority: DE
Inventors: Christian Spandern; Michael Hofmann
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Buehl Verwaltungs GmbH; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2008-12-11
Also published as: WO2008148366A1; US20100080960A1; US8016086B2; DE112008001291A5

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags vorgeschlagen. Der Reibbelag wird dabei abwechselnd aus spiralförmig und sternförmig gewickelten Schichten gefertigt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibbelag sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags, insbesondere für Kupplungsscheiben, Bremsen oder dergleichen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 12.
Stand der Technik
Derartige Kupplungsbeläge werden insbesondere für Reibungskupplungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt, in denen sie auf einer metallischen Trägerplatte bzw. Kupplungsscheibe aufgenietet sind, um in Verbindung mit einem Gegenelement in gekuppeltem Zustand eine Kraftübertragung zwischen einem Motor und einem Getriebe zu ermöglichen bzw. bei geöffneter Kupplung abzukuppeln.
Dabei werden an die Kupplungsbeläge hohe Anforderungen gestellt, weil sie mehrere Anforderungen erfüllen sollen, die nicht ohne weiteres in gleicher Weise erreichbar sind. Insbesondere soll der Kupplungsbelag eine hohe Berstdrehzahl aufweisen, um nicht durch Fliehkräfte zerstört zu werden, einen hohen Reibwert besitzen, mit dem ein großes Drehmoment übertragen werden kann, dabei verschleißarm sein und gegen ein formänderndes Verziehen durch Wärme und/oder Kräfteeinflüsse widerstandsfähig sein. Trotzdem sollen die Kupplungsbeläge möglichst unkompliziert, und damit wirtschaftlich, herstellbar sein.
Zur Erhöhung der Berstfestigkeit, also der Festigkeit des Kupplungsbelags in Umfangsrichtung, ist bereits bekannt, mit einem Bindemittel imprägniertes Garnmaterial in Umfangsrichtung wellenförmig in mehreren flachen Lagen abzulegen, wobei die Windungen des Strangmaterials radial innere und radial äußere Umkehrbereiche aufweisen, die auf konzentrischen Kreisen liegen ( DE 44 20 291 B4 ). Insbesondere können die Umkehrbereiche der Windungen jeweils auf mehrere konzentrische Kreise mit unterschiedlichen Durchmessern verteilt sein, wobei sich die Radien der Kreise genügend unterscheiden, um Verdickungen an den Rändern des Kupplungsbelags bzw. Belagkörpers zu vermeiden, die sonst zu Pressschäden an dem Garnmaterial führen können. Damit kann der Anteil des Garnmaterials an der Gesamtzusammensetzung des Belagkörpermaterials erhöht werden.
Das Wickeln geschieht zumeist mit Hilfe einer Wickelmaschine, wobei pro Umlauf in Umfangsrichtung definitionsgemäß eine Lage gewickelt wird.
Solch ringscheibenförmig gewickeltes Garnmaterial wie beispielsweise in 1 gezeigt, wird auch als Wickling oder Vorpressling bezeichnet. Der gedachte Kreis mit einem Außendurchmesser des ringscheibenförmigen Reibteils wird selbst auch als Außendurchmesser des Wicklings bezeichnet, gleiches gilt für den Innendurchmesser. Die radial inneren und radial äußeren Umkehrbereiche der Windungen am ringscheibenförmig gewickelten Garnmaterial tangieren Innen- und Außendurchmesser des Wicklings.
Das Wickelverhältnis gibt an, wie oft das Garn jeweils einen gedachten Kreis mit einem Außendurchmesser des ringscheibenförmigen Reibteils bzw. des formähnlichen Verstärkungsteils tangiert oder anders formuliert, wie oft das Garn den Außendurchmesser bei einer Umdrehung eines ringförmigen Teils tangiert. Ein Wickelverhältnis von 1:2,6 beschreibt, dass das Garn während einer Umdrehung aufgrund der Windungen den Außendurchmesser 2, 6 mal berührt. Ein Wickelverhältnis von 1:4 ist dabei kleiner als ein Wickelverhältnis von 1:5 und ist nicht im Sinne einer Division zu lesen.
Wird eine Spirale gewickelt kann vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser oder umgekehrt gewickelt werden. Um eine solche Spirale zu wickeln benötigt die Wickelmaschine vom Tangieren des Innendurchmesser bis zum Tangieren des Außendurchmesser bzw. umgekehrt mehrere Umläufe. Diese benötigte Anzahl von Umläufen entspricht der Anzahl der Windungen der Spirale.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Reibbelag vorzuschlagen, dessen Aufbau eine weitere Verbesserung hinsichtlich Drehzahlfestigkeit und Formstabilität ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Reibbelag und ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages für Kupplungen und Bremsen mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und 12 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt gemäß einem Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages. Dieses sieht vor, dass der Reibbelag aus mindestens einem Wickling hergestellt wird. Der Wickling besteht aus mehreren Lagen mindestens eines imprägnierten Garns und mehreren Schichten. Der Wickling wird aus einer vorgegebenen Anzahl von zwei abwechselnd aufeinander folgenden Schichten gewickelt. Dabei wird die eine Schicht aus einer ersten vorgegebenen Anzahl Spiralen, welche je eine vorgegebene Anzahl von Windungen aufweisen gewickelt. Die andere Schicht wird aus einer zweiten vorgegebenen Anzahl von sternförmig gewickelten Lagen gewickelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die beiden Schichten aus unterschiedlichem Garnmaterial gewickelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Spirale aus 2 bis 100 besonders bevorzugt 5 Windungen gewickelt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die erste Anzahl 1 bis 100 Spiralen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die zweite Anzahl 1 bis 100 Lagen, bevorzugt 5 Lagen mit einem Wickelverhältnis zwischen 1:1,0 und 1:6,0 bevorzugt zwischen 1:2,0 und 1:5,0.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anzahl von zwei abwechselnd aufeinander folgenden Schichten zwischen 1 und 100 liegt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wickling aus einer zusätzlichen, die alternierende Schichtfolge fortsetzenden Schicht gewickelt wird, sodass die beiden Außenseiten bzw. äußeren Schichten des Wicklings den gleichen Schichttyp aufweisen.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die sternförmig gewickelte Lage in Evolventenform oder in Kreisbogenform oder in S-Form oder in Polygonform ausgeführt ist.
Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren kann ein Reibbelag mit den sich durch das Verfahren ergebenden entsprechenden Spezifizierungen hinsichtlich Schichtung, Anzahl an Lagen und Windungen sowie Form des Verlegemusters des Garns oder der Garne sowie Garntyp hergestellt werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren, sowie deren Beschreibungsteile. Es zeigen im Einzelnen:
1 Wickling nach dem Stand der Technik
2 Schematisch zweischichtiger Wickling
3 Schematisch S-förmiges Wickelmuster
4 Schematisch evolventenförmiges Wickelmuster
5 Schematisch polygonförmiges Wickelmuster
6 Schematisch kreisbogenförmiges Wickelmuster
1 zeigt einen Wickling nach dem Stand der Technik.
Ein solcher Wickling kann beispielsweise aus einem imprägnierten Garn gewickelt werden. Dabei wird ein auf Reibwert und Verschleiß optimiertes Garn durch eine Imprägnierlösung gezogen und auf ein konstantes Gewichtsverhältnis Garn zu Imprägnierlösung gebracht. Anschließend wird das Garn getrocknet. Beispielsweise kann ein cardiertes Garn bestehend aus Aramidfasern, Glasstapelfasern, Viskosefasern und PAN-Fasern, sowie Messingdraht verwendet werden. Ein anderes Beispiel ist ein Filamentmischgarn, bestehend aus Glasfilament und Metalldrähten. Die verschiedenen Garne können auch als Kombination eingesetzt werden. Als Imprägnierlösung eignet sich eine Dispersion bestehend aus polymeren Komponenten, Füllstoffen und Lösungsmittel. Die polymeren Komponenten können aus duroplastischen Komponenten wie beispielsweise Phenolharz oder Melamin-Harz, sowie elastomeren Komponenten wie beispielsweise SBR oder NBR-Kautschuk bestehen. Füllstoffe sind beispielsweise Barium-Sulfat, Kaolin oder Ruß. Als Lösungsmittel wird üblicherweise Wasser verwendet. Das getrocknete Garn wird anschließend zu einem Wickling gewickelt.
Zur Verbesserung der Reibbelageigenschaften kann ein Wickling auch aus mehreren Lagen bzw. Schichten unterschiedlicher Typen imprägnierten Garns aufgebaut sein. Zunächst wird beispielsweise eine untere Schicht und anschließend beispielsweise mit einem anderen Garn eine darüber liegende Schicht gewickelt. Dabei können sich die Wickelverhältnisse der beiden Schichten unterscheiden.
Üblicherweise wird ein so hergestellter Wickling anschließend zeit- und temperaturgesteuert verpresst, anschließend gehärtet und entgratet und abschließend geschliffen und gebohrt.
In 2 sind schematisch zwei Schichten 30 und 40 gemäß der Erfindung dargestellt. Eine ist spiralförmig 30, die andere sternförmig 40 gewickelt. Daraus ergibt sich ein sehr engmaschiger Verbund. Der sternförmige Verbund 40 hat abweichend von einer Sinusform, welche mehr Material radial innen und außen als in der Mitte platziert, eine Evolventen-Form 40 wie auch in 4 dargestellt. Die Menge Garn pro Fläche des Reibbelags wird dadurch deutlich gleichmäßiger. Auch andere eckige Formen wie Polygone wie in 5 aber auch Kreisbögen wie in 6, die einem sinusförmigen Verlauf ähneln sowie eine S-Form 50, 60 wie in 3 dargestellt haben sich in Bezug auf eine gleichmäßigere Verteilung des Garns über die Reibfläche und damit einer Verringerung unerwünschter Verdickungen insbesondere am Innen- und/oder Außendurchmesser des Reibbelags als zweckmäßig erwiesen.
Um den Reibbelag aus einem Wickling wie in 2 dargestellt herzustellen, sieht das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten bevorzugten Ausführungsform vor, die zwei Schichten aus entlang des Garns gleichem Garnmaterial zu wickeln.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die erste Schicht aus einer Spirale mit 10 Windungen und die zweite Schicht aus 10 Lagen sternförmig, besonders bevorzugt evolventenförmig gewickelten Garns besteht.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die erste Schicht aus einer Spirale mit 5 Windungen und die zweite Schicht aus 5 Lagen sternförmig gewickelten Garns besteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die erste Schicht aus einer Spirale mit 3 bis 5 Windungen, die zweite Schicht aus 3 bis 5 Lagen sternförmig gewickelten Garns, die dritte Schicht nochmals aus einer Spirale mit 3 bis 5 Windungen und die vierte Schicht aus 3 bis 5 Lagen sternförmig gewickelten Garns besteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die erste Schicht aus 2 Spiralen mit je 5 Windungen und die zweite Schicht aus 5 Lagen sternförmig, besonders bevorzugt evolventenförmig gewickelten Garns besteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass ein Wickling aus einer sich viermal wiederholenden Abfolge von erster und zweiter Schicht gewickelt wird. Je nach gewünschter Schichtdicke wird dabei die erste Schicht aus ein oder zwei Spiralen gebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird bereits vor Beginn des Wickelns der sich viermal wiederholenden Abfolge, eine sternförmige Schicht gewickelt, so dass die beiden Außenseiten bzw. Außenschichten des Wicklings nun durch eine sternförmige Schicht gebildet werden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform bildet in axialer Richtung eine spiralförmige Schicht die oberste und unterste Schicht des Wicklings.
In zwei weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird der Wickling dreischichtig hergestellt. Dabei ergeben sich die beiden Schicht-Kombinationen spiralförmig-sternförmig-spiralförmig sowie sternförmig-spiralförmig-sternförmig.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur Wicklung der unterschiedlichen Schichten unterschiedliches Garnmaterial verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die aus Spiralen gebildeten Schichten aus berstdrehzahloptimiertem Garn und die sternförmig gewickelten Schichten aus reib- bzw. verschleissoptimiertem Garn gewickelt. Zu speziellen Zwecken wird in einer anderen bevorzugten Ausführungsform die aus Spiralen gebildeten Schichten aus reib- bzw. verschleissoptimiertem Garn und die sternförmig gewickelten Schichten aus berstdrehzahloptimiertem Garn gewickelt.
In 3 ist schematisch ein Verlauf des Garns in S-Form – in der Darstellung beschränkt auf einen einmaligen Verlauf zwischen Innen- und/oder Außendurchmesser – dargestellt. Entspechend dem Windungsverlauf in Evolventenform 40 in 2 sowie 4 ergibt sich das vollständige schematische Wickelmuster für den S-förmigen Verlauf in 3. Ein Garnverlauf gemäß Verlegemuster 50 erhöht den Garnanteil zugunsten der Mitte zwischen Innen- und/oder Außendurchmesser verglichen mit einem Garnverlauf gemäß Verlegemuster 60. Je nach Zweck bilden beide Muster bevorzugte Ausführungsformen.

30: spiralförmiges Wickelmuster
40: evolventenförmiges Wickelmuster
50: s-förmiges Wickelmuster
60: s-förmiges Wickelmuster

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4420291 B4 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags, insbesondere Reibbelag für Kupplungen oder Bremsen, hergestellt aus mindestens einem Wickling, wobei der Wickling aus mehreren Lagen mindestens eines imprägnierten Garns und mehreren Schichten besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickling aus einer vorgegebenen Anzahl von zwei abwechselnd aufeinander folgenden Schichten gewickelt wird, wobei die eine Schicht aus einer ersten vorgegebenen Anzahl von Spiralen, welche je eine vorgegebene Anzahl von Windungen aufweisen, und die andere Schicht aus einer zweiten vorgegebenen Anzahl von sternförmig gewickelten Lagen gewickelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schichten aus unterschiedlichem Garn gewickelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spirale aus 2 bis 100 bevorzugt 5 Windungen gewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl 1 bis 100 Spiralen beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anzahl 1 bis 100 Lagen, bevorzugt 5 Lagen beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von zwei abwechselnd aufeinander folgenden Schichten zwischen 1 und 100 liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickling aus einer zusätzlichen, die alternierende Schichtfolge fortsetzenden Schicht gewickelt wird, sodass die beiden Außenseiten des Wicklings den gleichen Schichttyp aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sternförmig gewickelte Lage in Evolventenform ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sternförmig gewickelte Lage in Kreisbogenform ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sternförmig gewickelte Lage in S-Form ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sternförmig gewickelte Lage in Polygonform ausgeführt ist.
Reibbelag, insbesondere Reibbelag für Kupplungen oder Bremsen, hergestellt aus mindestens einem Wickling, wobei der Wickling aus mehreren Lagen mindestens eines imprägnierten Garns und mehreren Schichten besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickling aus einer vorgegebenen Anzahl von zwei abwechselnd aufeinander folgenden Schichten aufgebaut ist, wobei die eine Schicht aus einer ersten vorgegebenen Anzahl von Spiralen, welche je eine vorgegebene Anzahl von Windungen aufweisen, und die andere Schicht aus einer zweiten vorgegebenen Anzahl von sternförmig gewickelten Lagen besteht.