DE102009002240A1

DE102009002240A1 - Kupplungsscheibe und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102009002240A1
Application number: DE102009002240A
Authority: DE
Inventors: Anita Radic
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2009-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsscheibe (1), insbesondere einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung, mit mindestens einem Belagträger (2), auf dem mindestens ein Reibbelag (3) mittels einer Anzahl von Nieten (4) befestigt ist. Um eine sichere Befestigung des Reibbelags am Belagträger mit weniger Nieten sicherzustellen, sieht die Erfindung vor, dass der Reibbelag (2) auf einem Trägerelement (5) befestigt ist, wobei das Trägerelement (5) auf dem Belagträger (2) aufliegt und wobei das Trägerelement (5) auf seiner den Belagträger (2) kontaktierenden Seite (6) mit einer Oberflächenbeschichtung (7) versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsscheibe, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung, mit mindestens einem Belagträger, auf dem mindestens ein Reibbelag mittels einer Anzahl von Nieten befestigt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kupplungsscheibe.
Kupplungsscheiben dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Die US 2 448 880 und die US 4 516 672 offenbaren derartige Scheiben, bei denen ein Belagträger (auch Belagfeder genannt) beidseitig einen Reibbelag trägt. Der Reibbelag ist dabei mit einer Anzahl von Nieten am Belagträger befestigt.
Es ist auch bekannt geworden, den Reibbelag nicht direkt mit dem Belagträger zu vernieten, sondern ihn auf einem Trägerelement, nämlich auf einem dünnen Blech zu befestigen. Hiernach wird der Reibbelag also mit einem Blechrücken verstärkt, wobei dann die Einheit, bestehend aus Reibbelag und Trägerelement, auf dem Belagträger befestigt wird, wobei eine Anzahl Nieten zum Einsatz kommt.
In diesem Falle liegen zwei Metallflächen aneinander, nämlich die dem Belagträger zugewandte Seite des Trägerelements und die dem Reibbelag zugewandte Seite des Belagträgers. Der Reibungskoeffizient zwischen dem Blechrücken und dem Belagträger ist relativ gering, so dass es im Betrieb der Kupplungsscheibe zu Relativbewegungen zwischen dem Trägerelement und dem Belagträger kommen kann. Durch die Lastwechsel im Betrieb der Kupplungsscheibe in Verbindung mit dem niedrigen Reibwert zwischen Blechrücken und Belagträger sowie eine nicht ausreichend feste Vernietung kann sich der Reibbelag also „lösen” und unter den Nieten verrutschen. Die negative Folge sind Lockerungen der Verbindung und Korrosion, die zum Ausfall der Kupplungsscheibe führen können. Dies gilt erst recht, falls es infolge des genannten Effekts zu einem Abreißen des Niets kommt. Dies ruft entsprechende Probleme bei der Übertragung des Drehmoments und einen Ausfall der Kupplung hervor.
Um dem vorzubauen, muss die Nietverbindung relativ stark ausgeführt werden. Hierzu werden entsprechend große und entsprechend viele Niete eingesetzt, was jedoch nicht nur den Herstellaufwand, sondern auch das Gewicht der Kupplungsscheibe erhöht. Auch wenn verstärkte Niete eingesetzt werden, zieht das entsprechende Kosten nach sich.
Es wurde auch schon versucht, mit Phosphatierungen der Belagfeder dem Problem zu begegnen, um diese so gegen Korrosion beständig zu machen. Nachteilig ist hier allerdings, dass dies zu Wasserstoffversprödungen im Material führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungsscheibe der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung so auszubilden, dass die genannten Probleme vermieden werden. Es soll also erreicht werden, dass eine zuverlässige Nietverbindung zwischen dem Reibbelag und dem Belagträger vorliegt, ohne dass eine zu große Anzahl Niete bzw. eine zu große Ausführungsform des Niets benötigt wird.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag auf einem Trägerelement befestigt ist, wobei das Trägerelement auf dem Belagträger aufliegt und wobei das Trägerelement auf seiner den Belagträger kontaktierenden Seite mit einer Oberflächenbeschichtung versehen ist. Bei der Oberflächenbeschichtung handelt es sich bevorzugt um eine Lackschicht.
Die Oberflächenbeschichtung besteht dabei vorzugsweise aus einem optisch aushärtbaren Material.
Das Material der Oberflächenbeschichtung kann frei von Lösungsmitteln sein. Es kann ein Material sein, das funktionelle Gruppen aufweist, die bei Zufuhr optischer Strahlung Monomere miteinander unter Bildung eines Polymers verknüpfen. Dabei ist besonders bevorzugt ein Material auf Acrylatbasis vorgesehen. Die vorliegenden chemisch funktionellen Gruppen des Materials erlauben dann eine Aushärtung der Acrylate mittels optischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung.
Für die Erhöhung des Reibwertes kann es von Vorteil sein, dass dem Oberflächenbeschichtungsmaterial weitere Komponenten bzw. Materialien zugemischt werden, die den Reibwert erhöhen. Das Material der Oberflächenbeschichtung kann also Reibwert-erhöhende Partikel aufweisen. Bei diesen kann es sich um anorganische oder organische Polymere oder eine Mischung dieser handeln. Die Reibwert-erhöhenden Partikel bestehen nach einer Ausführungsform aus Gummi; möglich ist auch der Einsatz von Elastomeren oder von abrasivem Material. Das letztere ist insbesondere Quarz, Kieselgel, Keramik oder eine Mischung mindestens zweier dieser Komponenten.
Das Verfahren zum Herstellen einer solchen Kupplungsscheibe zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass vor dem Vernieten des mit dem Trägerelement verbundenen Reibbelags mit dem Belagträger das Trägerelement auf seiner den Belagträger bei bestimmungsgemäßem Gebrauch kontaktierenden Seite mit einer Oberflächenbeschichtung, insbesondere mit einer Lackschicht, versehen wird.
Die Oberflächenbeschichtung wird dabei bevorzugt für eine vorgegebene Zeit von einer Lichtquelle bestahlt, um die Oberflächenbeschichtung aushärten zu lassen. Die Oberflächenbeschichtung wird dabei vorzugsweise für eine vorgegebene Zeit von einer UV-Strahlungsquelle bestahlt. Vorzugsweise wird zur Erzeugung der UV-Strahlung eine Quecksilberdampflampe verwendet. Der Vorteil der Aushärtung des Substrats mittels UV-Strahlung ist, dass in diesem Energiebereich entsprechende chemische Verbindungen zu einer genügend harten Beschichtung führen und mit dieser eine harte Oberfläche auf dem Blechrücken gezielt herstellbar ist.
Das Material der Oberflächenbeschichtung kann auf das Trägerelement in festem Zustand aufgebracht werden. Eine bevorzugte Vorgehensweise sieht dabei vor, dass das Material in Pulverform auf das Trägerelement aufgebracht wird.
Alternativ kann das Material der Oberflächenbeschichtung auch in gelartigem oder in flüssigem Zustand aufgebracht werden.
Das Aufbringen des Substrats kann dabei mittels entsprechender Techniken erfolgen, insbesondere durch einen Walzvorgang, durch einen Tauchvorgang oder durch einen Spritzvorgang, gegebenenfalls auch durch eine Kombination dieser Verfahren.
Die Dicke der Beschichtung hat unter anderem auf die Qualität derselben Einfluss, insbesondere was die Härte und die Lebensdauer anbelangt.
Die Erfindung schlägt also vor, dass der Reibwert zwischen der Belagfeder und dem Trägerelement für den Reibbelag erhöht wird, indem der Blechrücken, also das Trägerelement, oberflächenbeschichtet, insbesondere lackiert wird. In vorteilhafter Weise wird es dadurch möglich, mit weniger Nieten bzw. mit kleineren Nieten einen festen Verbund zwischen Reibbelag und Belagträger herzustellen. Zusätzlich wird damit ein Korrosionsschutz zwischen dem Blech auf der Belagrückseite und dem Belagträger erreicht.
Die Oberflächenbeschichtung kann vielfältig ausgeführt werden, wobei bevorzugt ein optisch aushärtbares Substrat auf das Trägerelement aufgebracht wird. Dieses kann mittels einer Lichtquelle ohne Zufuhr weiterer Energie ausgehärtet werden. Der spezifische Vorteil ist hier, dass auf Lösungsmittel verzichtet werden kann, wie es ansonsten von üblichen Lacken bekannt ist. Wird ein Substrat für die Oberflächenbeschichtung vorgesehen, das lösungsmittelfrei ist und das vollständig bei der Bestrahlung durch Licht aushärtet, sind in vorteilhafter Weise keine Sicherheitsvorkehrungen wegen schädlicher Lösungsmitteldämpfe zu treffen.
Eine aufwändige und teure Vernietung kann damit entfallen. Die Ausfälle der Kupplungsscheibe im Feld können reduziert werden. Eine Belaglockerung tritt nicht mehr im bekannten Umfang auf. Ferner ist ein verbesserter Korrosionsschutz gegeben.
Da kleinere Nietköpfe eingesetzt werden können, kann eine bessere Ausnutzung des Verschleißvolumens des Reibbelags erfolgen, so dass auch in ökonomisch vorteilhafter Weise die Belagdicke reduziert werden kann.
Die Verwendung organischer Polymere als Reibwert-erhöhende Bestandteile ist vorteilhaft, da diese Materialien zumeist mit den optisch aushärtenden Substraten sehr gut mischbar sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 eine Kupplungsscheibe einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung samt Reibbelag im Radialschnitt,
2 den radial äußeren Endabschnitt der Kupplungsscheibe in vergrößerter Darstellung im Radialschnitt und
3 schematisch eine Fertigungsvorrichtung zur Herstellung der Kupplungsscheibe.
In 1 ist eine Kupplungsscheibe 1 zu sehen, die in bekannter Weise einen Belagträger (oder Belagfeder) 2 aufweist, an der beidseitig Reibbeläge 3 befestigt sind. Die Reibbeläge 3 sind dabei mit dem Belagträger 2 mittels einer Anzahl Nieten 4 verbunden, von denen in 1 nur eine dargestellt ist. Dieses Konzept ist als solches bekannt, wozu beispielsweise auf die US 4 516 672 Bezug genommen wird, die einen solchen Aufbau zeigt.
Wie es am besten aus 2 hervorgeht, ist bei der vorliegenden Erfindung der Reibbelag mit einem Trägerelement 5 verstärkt, der aus Blech besteht. Dieser Blechrücken ist in geeigneter Weise mit dem Reibbelag 3 verbunden. Hierzu kann beispielsweise eine Klebeverbindung eingesetzt werden. Das Trägerelement 5 ist dann samt Reibbelag 3 mit dem Belagträger 2 mittels der Nieten 4 verbunden.
Sowohl das Trägerelement 5 als auch der Belagträger 2 bestehen in der Regel aus Metall, d. h. insbesondere aus Stahlblech, so dass grundsätzlich zwischen den beiden sich kontaktierenden Oberflächen von Trägerelement 5 und Belagträger 2 ein geringer Reibungskoeffizient vorliegt (Reibpaarung Metall-Metall).
Um dies zu ändern, ist die Seite 6 des Trägerelements 5, das dem Belagträger 2 zugewandt ist, mit einer Oberflächenbeschichtung 7 versehen. Diese Oberflächenbeschichtung ist gemäß den obigen Ausführungen ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel kommt ein Lack auf Acrylatbasis zum Einsatz, der vollständig bei Bestrahlung mit Licht, insbesondere mit UV-Licht, aushärtet.
Die Herstellungsweise des mit dem Trägerelement 5 versehenen Reibbelags 3 ist teilweise in 3 illustriert.
Hier ist zu sehen, wie auf der Oberfläche des Trägerelements 5 eine Oberflächenbeschichtung 7 mit gleichförmiger Dicke aufgebracht ist. Auf einem Förderband 9 wird das Trägerelement 5 samt Reibbelag 3 in Pfeilrichtung gefördert und unter einer UV-Strahlungsquelle 8 vorbeibewegt. Die Oberflächenbeschichtung 7 härtet durch die UV-Licht-Bestrahlung vollständig aus.
Ein Lösungsmittel ist für das Beschichtungsmaterial nicht erforderlich; es ist vielmehr so ausgewählt, dass eine Aushärtung alleine durch die Bestrahlung erfolgen kann. Durch nicht dargestellte abrasive Partikel oder Partikel aus Gummi oder Elastomer erhält die Oberflächenbeschichtung 7 einen hohen Reibungskoeffizient, so dass nach dem Vernieten des Trägerelements 5 samt Reibbelag 3 ein rutschfester Verbund zum Belagträger 2 vorliegt. Damit kann auch bei der Verwendung nur weniger Nieten 4 eine dauerhafte und feste Anordnung des Reibbelags 3 samt Trägerelement 5 am Belagträger 2 sichergestellt werden.
Wird die Rückseite des Reibbelags, d. h. die dem Belagträger zugewandte Seite des Belagrückens mit Haftlack beschichtet, erhöht sich also die Haftreibung am Belagträger, so dass mit weniger Nieten gearbeitet werden kann. Die Bestrahlung mittels UV-Licht beschleunigt die Aushärtung der Beschichtung und führt zu einem ökonomischen Fertigungsverfahren.

1: Kupplungsscheibe
2: Belagträger
3: Reibbelag
4: Niet
5: Trägerelement
6: Seite des Trägerelements
7: Oberflächenbeschichtung (Lackschicht)
8: Lichtquelle (UV-Strahlungsquelle)
9: Förderband

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 2448880 [0002]
- US 4516672 [0002, 0027]

Claims

Kupplungsscheibe (1), insbesondere einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung, mit mindestens einem Belagträger (2), auf dem mindestens ein Reibbelag (3) mittels einer Anzahl von Nieten (4) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (2) auf einem Trägerelement (5) befestigt ist, wobei das Trägerelement (5) auf dem Belagträger (2) aufliegt und wobei das Trägerelement (5) auf seiner den Belagträger (2) kontaktierenden Seite (6) mit einer Oberflächenbeschichtung (7) versehen ist.
Kupplungsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung eine Lackschicht (7) ist.
Kupplungsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (7) aus einem optisch aushärtbaren Material besteht.
Kupplungsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberflächenbeschichtung (7) frei von Lösungsmitteln ist.
Kupplungsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberflächenbeschichtung (7) ein Material ist, das funktionelle Gruppen aufweist, die bei Zufuhr optischer Strahlung Monomere miteinander unter Bildung eines Polymers verknüpfen.
Kupplungsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberflächenbeschichtung (7) ein Material auf Acrylatbasis ist.
Kupplungsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberflächenbeschichtung (7) Reibwert-erhöhende Partikel aufweist.
Kupplungsscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibwert-erhöhenden Partikel anorganische oder organische Polymere oder eine Mischung dieser sind.
Kupplungsscheibe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibwert-erhöhenden Partikel aus Gummi bestehen.
Kupplungsscheibe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibwert-erhöhenden Partikel aus einem Elastomer bestehen.
Kupplungsscheibe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibwert-erhöhenden Partikel aus einem abrasiven Material bestehen.
Kupplungsscheibe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das abrasive Material Quarz, Kieselgel, Keramik oder eine Mischung mindestens zweier dieser Komponenten ist.
Verfahren zum Herstellen einer Kupplungsscheibe (1), insbesondere einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung, mit mindestens einem Belagträger (2), auf dem mindestens ein Reibbelag (3) mittels einer Anzahl von Nieten (4) befestigt ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vernieten des mit einem Trägerelement (5) verbundenen Reibbelags (3) mit dem Belagträger (2) das Trägerelement (5) auf seiner den Belagträger (2) bei bestimmungsgemäßem Gebrauch kontaktierenden Seite (6) mit einer Oberflächenbeschichtung (7), insbesondere mit einer Lackschicht, versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass. die Oberflächenbeschichtung für eine vorgegebene Zeit von einer Lichtquelle (8) bestrahlt wird, um die Oberflächenbeschichtung (7) aushärten zu lassen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (7) für eine vorgegebene Zeit von einer UV-Strahlungsquelle (8) bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der UV-Strahlung eine Quecksilberdampflampe verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberflächenbeschichtung (7) auf das Trägerelement (5) in festem Zustand aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberflächenbeschichtung (7) in Pulverform auf das Trägerelement (5) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberflächenbeschichtung (7) auf das Trägerelement (5) in gelartigem Zustand aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberflächenbeschichtung (7) auf das Trägerelement (5) in flüssigem Zustand aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberflächenbeschichtung (7) auf das Trägerelement (5) durch einen Walzvorgang aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberflächenbeschichtung (7) auf das Trägerelement (5) durch einen Tauchvorgang aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Oberflächenbeschichtung (7) auf das Trägerelement (5) durch einen Spritzvorgang aufgebracht wird.