DE102009040129A1

DE102009040129A1 - Reiblamelle

Info

Publication number: DE102009040129A1
Application number: DE102009040129A
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. Föge; Gerhard Hartner
Original assignee: Miba Frictec GmbH
Current assignee: Miba Frictec GmbH
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2029-09-05
Also published as: AT507251A1; IT1398261B1; GB0915169D0; DE102009040129A8; DE102009040129B4; ITGE20090071A1; GB2463150A; GB2463150C; US20100059326A1; US8746427B2; FR2935766B1; FR2935766A1; GB2463150B; AT507251B1

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Reiblamelle (1) umfassend ein scheibenförmiges Trägerelement (2) mit einer ersten Oberfläche (3) und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (4), wobei auf der ersten Oberfläche (3) ein erster Reibbelag (5) und auf der zweiten Oberfläche (4) ein zweiter Reibbelag (6) angeordnet sind, die aus einem Verbundwerkstoff, umfassend ein Harz und ein Fasermaterial, gebildet sind, und wobei im ersten und im zweiten Reibbelag (5, 6) Nuten (9, 10) angeordnet sind, die die Reibbeläge (5, 6) zumindest in oberflächennahen Bereichen in Segmente (7, 8) unterteilen. Die Segmente (7) des ersten Reibbelages (5) sind um einen definierten Versatzwinkel (11) gegen die Segmente (8) des zweiten Reibbelages (6) versetzt ausgebildet. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung der Reiblamelle sowie die Verwendung der Reiblamelle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Kompressibilität einer Reiblamelle innerhalb eines Toleranzbereiches, wobei die Reiblamelle ein scheibenförmiges Trägerelement umfasst, mit einer ersten Oberfläche und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Oberfläche, wobei auf der ersten Oberfläche ein erster Reibbelag und auf der zweiten Oberfläche ein zweiter Reibbelag angeordnet werden, die aus einem Verbundwerkstoff, zumindest umfassend ein Harz und ein Fasermaterial, gebildet werden, und wobei im ersten und im zweiten Reibbelag Nuten ausgebildet werden, die die Reibbeläge zumindest in oberflächennahen Bereichen in Segmente unterteilen, und danach die Reibbeläge verdichtet werden, eine Reiblamelle umfassend ein scheibenförmiges Trägerelement mit einer ersten Oberfläche und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Oberfläche, wobei auf der ersten Oberfläche ein erster Reibbelag und auf der zweiten Oberfläche ein zweiter Reibbelag angeordnet sind, die aus einem Verbundwerkstoff, umfassend ein Harz und ein Fasermaterial, gebildet sind, und wobei im ersten und im zweiten Reibbelag Nuten angeordnet sind, die die Reibbeläge zumindest in oberflächennahen Bereichen in Segmente unterteilen, eine Vorrichtung zur Herstellung dieser Reiblamelle, mit einer Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines Reiblamellenrohlings, einer Einrichtung zur Herstellung von Nuten in den Reibbelägen, einer Verdichtungseinrichtung, mit der der Reiblamellenrohling verdichtet wird, sowie gegebenenfalls mit einer Wendeeinrichtung, mit der der Reiblamellenrohling gewendet wird, sowie die Verwendung der Reiblamelle.
Der Allradantrieb erfreut sich in den letzten Jahren nicht nur im Geländefahrzeugsektor sondern auch bei sportlich orientierten Fahrzeugen immer größerer Beliebtheit. Moderne Allradkonzepte verbessern nicht nur die Traktion, sondern leisten auch einen großen Beitrag zur Verbesserung der Fahrzeugdynamik bei gleichzeitiger Erhöhung der Fahrsicherheit. Hierfür ist z. B. das Torque Vectoring zur gezielten situationsangepassten Verteilung des Antriebsmoments über Lamellenkupplungen von entscheidender Bedeutung. Dies kann über verschiedene Systeme erreicht werden.
Als Reibmaterialien in den Lamellenkupplungen können sowohl Papierreibbeläge als auch Carbonreibbeläge zum Einsatz kommen. Diese Reibmaterialien zeigen sehr positive Eigenschaften im Reibwertverlauf, Reibwertkonstanz, Reibwerthöhe, etc., abhängig von jeweiligen Fahrzuständen bzw. Einsatzbedingungen.
Verglichen mit metallischen Reibmaterialien (Sinterbeläge, Molybdän, etc.) haben Compositebeläge den Nachteil der höheren Kompressibilität.
Die Funktionalität der Allradantriebs-Konzepte lebt von der Reaktionsfähigkeit und Schnelligkeit der einzelnen Schaltungen, die über die Elektronik geregelt werden muss. Die Kompressibilität der Materialien hat hier erheblichen Einfluss, da sich der Schaltweg bei einem Lamellenpaket von drei bis zehn Belaglamellen erheblich vergrößert. In einem gewissen Bereich kann die Elektronik diesen Einfluss durch spezielle Programme kompensieren, indem schon ein definierter Verfahrweg voreingestellt wird, doch sind hier auch Grenzen gesetzt.
Daher ist es für diese Systeme unabdingbar, die Kompressibilität der Kupplung, speziell des gesamten Lamellenpakets, in sehr engen Toleranzen zu halten.
Die zum Einsatz kommenden Reibmaterialien Papier und Carbon haben eine gewisse Kompressibilität, die beim Aushärten bzw. Aufkleben auf den Stahlträger eingestellt werden kann. Dabei kann über die Aushärtezeit, Aushärtetemperatur und die Belagdicke die Kompression eingestellt werden, schwankt jedoch innerhalb eines Bereiches. Eine Kontrolle ist nur mit erhöhtem Aufwand möglich. Prozessbedingt kann das Rohmaterial im Flächengewicht und Harzgehalt schwanken, was die Porosität und damit die Kompressibilität des Reibmaterials stark beeinflusst.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, mit der unter normalen Produktionsbedingungen Reiblamellen zur Verfügung gestellt werden können, deren Kompressibilität nur in einem vordefinierbaren Toleranzbereich schwankt.
Diese Aufgabe wird jeweils unabhängig durch das eingangs genannte Verfahren gelöst, nach dem die Segmente des ersten Reibbelages um einen definierten Versatzwinkel gegen die Segmente des zweiten Reibbelages versetzt ausgebildet werden, durch die Reiblamelle, die insbesondere nach dem Verfahren hergestellt ist, bei der die Segmente des ersten Reibbelages um einen definierten Versatzwinkel gegen die Segmente des zweiten Reibbelages versetzt ausgebildet sind, sowie durch die Vorrichtungen, bei denen entweder eine Dreheinrichtung angeordnet ist, mit der der Reiblamellenrohling nach dem Wenden um einen definierbaren Versatzwinkel relativ zu seiner Position während der Herstellung der Nuten im ersten Reibbelag verdreht wird oder die Einrichtung zur Herstellung der Nuten einen Oberstempel und einen Unterstempel umfasst, die jeweils Vorsprünge zur Erzeugung der Nuten aufweisen, wobei die Vorsprünge des Oberstempels um einen definierbaren Versatzwinkel gegen die Vorsprünge des Unterstempels versetzt sind.
Wie sich bei Untersuchungen im Rahmen der Erfindung gezeigt hat, bewirkt schon ein geringer Versatz der Segmente des ersten und zweiten Reibbelages zueinander eine merkliche Veränderung des Verdichtungsverhaltens der Reiblamelle. Es wird vermutet, dass sich die Kompressibilität erhöht, wenn sich die einzelnen Segmente des ersten und des zweiten Reibbelages nicht mehr vollständig aufeinander abstützen, obwohl zwischen den Reibbelägen ein metallisches Trägerelement angeordnet ist. Es kann also durch eine einfache Änderung des Herstellungsverfahrens, indem die Segmente des zweiten Reibbelages gegenüber des Segmenten des ersten Reibbelages um einen definierten Winkel verdreht an der Reiblamelle angeordnet sind, die Kompressibilität einer Reiblamelle in einem gewünschten Toleranzbereich eingestellt werden, sodass die nach dem Verfahren hergestellten Reiblamellen innerhalb dieses Toleranzbereiches gleich bleibende Eigenschaften hinsichtlich der Kompressibilität aufweisen. Es wird also damit möglich, Schwankungen in den Rohmaterialien, wie bspw. dem Flächengewicht des Papiers bzw. dem Harzgehalt des Reibbelages, innerhalb dieses Toleranzbereiches „auszugleichen”, wodurch nicht nur der Prüfaufwand während der Herstellung derartiger Reiblamellen reduziert werden kann, sondern damit auch eine kostengünstige Umstellung bekannter Verfahren aus dem Stand der Technik erreicht wird, indem lediglich in der bekannten Vorrichtung zur Herstellung der Reiblamelle eine entsprechende Dreheinrichtung vorgesehen wird, um den vordefinierbaren Versatz der relativen Position der Segmente zueinander zu erreichen bzw. entsprechende Stempel zum Prägen der Nuten vorgesehen werden, die um diesen entsprechenden Versatzwinkel versetzte Vorsprünge zur Herstellung der Nuten aufweisen. Es ist also damit möglich, Reiblamellen mit einer höheren Qualität herzustellen bzw. Ausschuss während der Herstellung derartiger Reiblamellen zu verringern. Zudem lässt sich über dem Versatzwinkel selbst, das heißt den absoluten Wert dieses Versatzwinkels, eine definierte Kompressibilität der Reiblamelle herstellen und ist damit eine entsprechend einfache Anpassung der Kompressibilität an unterschiedliche Anwendungen derartiger Reiblamellen möglich. Es ist also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein hoher Automatisierungsgrad bei zumindest annähernd gleich bleibenden Eigenschaften hinsichtlich der Kompressibilität erzielbar.
Zur Verringerung des Toleranzbereiches ist es von Vorteil, wenn ein Verhältnis eines Wertes eines für die Verdichtung der Reibbeläge ausgewählten Druckes in N/mm² zum Wert des Versatzwinkels in Grad eingestellt wird auf einen Wert, ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 15:20 und einer oberen Grenze von 15:1.
Zur Verbesserung dieses Effektes kann dieses Verhältnis ausgewählt werden aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 15:15 und einer oberen Grenze von 15:5.
Insbesondere von Vorteil ist es, wenn der Toleranzbereich der Kompression eingestellt wird auf einen Wert von 0,15% bis 2,5%, da damit Reiblamellen hergestellt werden können, die für verschiedenste Anwendungen geeignet sind.
Es ist aber auch von Vorteil wenn der Toleranzbereich der Kompression eingestellt wird auf einen Bereich von 0,3% bis 1,5%.
Die Segmente des ersten Reibbelages können max. die Hälfte einer Kreisbogenlänge, die von diesen Segmenten definiert wird, gegen die Segmente des zweiten Reibbelages versetzt sein. Die Kreisbogenlänge ist dabei auf den äußeren Umfang der Reiblamelle bezogen. Es besteht damit eine große Varianz des Toleranzbereiches im Bezug auf die gewünschte Kompression. Durch die maximal zumindest annähernd mittige Anordnung der Nut des ersten Reibbelages im entsprechenden Segment des zweiten Reibbelages (in Draufsicht auf die Reiblamelle betrachtet) kann das Kompressionsverhalten über das gesamte Segment vergleichmässigt werden.
Von Vorteil ist es, wenn der Versatzwinkel zumindest so groß ist, dass die Nuten des ersten und des zweiten Reibbelages in Draufsicht betrachtet zumindest nebeneinander angeordnet sind. Es wird damit erreicht, dass der Verlauf der Kompressibilität in Abhängigkeit vom Versatzwinkel einer linearen Funktion folgt, wodurch die Einstellbarkeit des Toleranzbereiches einfacher erfolgen kann bzw. auch der Toleranzbereich selbst in engeren Grenzen gehalten werden kann bei gleichzeitig großem „Ausgleichsvermögen” von prozessbedingten Schwankungen der wesentlichen Parameter.
Um den Einfluss der Nutbreite in den Reibbelägen auf die Kompressibilität besser berücksichtigen zu können ist es von Vorteil, wenn das Verhältnis der Nutbreite in mm zu einer Segmentbreite in mm am äußersten Umfang des Reibbelages ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2:30 und einer oberen Grenze von 1:4.
Insbesondere kann dieses Verhältnis auch ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2:25 und einer oberen Grenze von 2:20.
Aus dem gleichen Grund ist es von Vorteil, wenn ein Verhältnis des Versatzwinkels im ° zu einer Nutbreite in mm ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1:3 und einer oberen Grenze von 30:2 bzw. insbesondere ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1:4 und einer oberen Grenze von 25:5.
Um die Anzahl der Nuten pro Reibbelag hinsichtlich der Kompressibilität des Reibbelages besser berücksichtigen zu können ist es von Vorteil, wenn das Verhältnis einer Segmentfläche in mm² zu einer Nutbreite in mm ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20:1 und einer oberen Grenze von 300:1.
Insbesondere kann dieses Verhältnis ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 40:1 und einer oberen Grenze von 120:1.
Es ist auch von Vorteil, wenn hinsichtlich der Kompressibilität die Belagdicke der Reibbeläge selbst berücksichtigt wird, indem ein Verhältnis der Belagdicke der Reibbeläge in mm zum Wert des Versatzwinkels in ° ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1:40 und einer oberen Grenze von 2:1.
Insbesondere kann dieses Verhältnis ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1:20 und einer oberen Grenze von 3:1.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Segmente des ersten Reibbelages eine größere Segmentbreite aufweisen als die Segmente des zweiten Reibbelages, jeweils gemessen am äußersten Umfang. Es ist damit eine Abflachung der die Abhängigkeit der Kompressibilität vom Grad des Versatzwinkels definierenden Funktion erzielbar, sodass Schwankungen in den Rohstoffen, also bspw. des Flächengewichtes des verwendeten Papiers oder des Tränkgrades des Papiers mit Harz, besser ausgeglichen werden können.
Von Vorteil ist es auch, wenn die Reibbeläge mit einer Porosität hergestellt sind, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 60% und einer oberen Grenze von 80% der Volldichte, d. h. der Dichte des Vollmaterials. Durch diese Porosität weisen die Reibbeläge ein hohes Ölaufnahmevermögen auf. Da Flüssigkeiten bekanntlich inkompressibel sind, kann der Toleranzbereich der Kompressibilität bei Reiblamellen in nassen Anwendungen, also ölgetränkt, unter Berücksichtigung des Versatzwinkels weiter verringert werden.
Es ist dabei von Vorteil, wenn ein Verhältnis des Wertes der Porosität in % zum Wert des Versatzwinkels in Grad ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 10:1 und einer oberen Grenze von 55:1.
Insbesondere kann dieser Wert des Verhältnisses auch ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 15:1 und einer oberen Grenze von 40:1.
Schließlich besteht die Möglichkeit, dass die Nuten mit einem sich erweiterten Querschnitt ausgehend von einem Nutengrund ausgebildet sind. Es wird damit erreicht, dass derartige Reiblamellen ein verbessertes Ölführungsvermögen aufweisen, bei gleichzeitig vorhandenem engen Toleranzbereich der Kompressibilität.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung:
1 eine Reiblamelle in Seitenansicht;
2 die Reiblamelle nach 1 in Draufsicht;
3 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Kompressibilität von der Größe des Versatzwinkels der Segmente;
4 eine Ausführungsvariante einer Reiblamelle in Draufsicht.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z. B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d. h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z. B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.
Die 1 und 2 zeigen eine Reiblamelle 1 in Seitenansicht bzw. in Draufsicht. Diese Reiblamelle 1 umfasst ein Trägerelement 2 an dem an einander gegenüberliegenden Oberflächen 3, 4 jeweils ein Reibbelag 5, 6 angeordnet, insbesondere mit dem Trägerelement 2 verklebt sind.
Sowohl das Trägerelement 2 als auch die Reibbeläge 5, 6 können dem Stand der Technik entsprechend ausgebildet sein. Insbesondere ist das Trägerelement 2 aus einem metallischen Werkstoff Stahl. Die Reibbeläge 5, 6 bestehen üblicherweise aus einem mit einem Harz getränkten Faserwerkstoff, wie beispielsweise einem Papier, Karbonfasern, Aramidfasern, etc. Als Harz kann beispielsweise ein Phenolharz, ein Phenol/Formaldeydharz, ein Epoxydharz, ein Melaminharz, ein Cyanatharz, etc. oder Harzgemische verwendet werden. Auch die Anteile des Harzes an den Reibbelägen 5, 6 bewegen sich in üblichen Mengen, bspw. zwischen 15 Gew.-% und 85 Gew.-%, bezogen auf den jeweiligen Reibbelag 5, 6. Es können auch diverse Hilfsstoffe und Verarbeitungshilfsmittel zugesetzt sein.
Da derartig zusmmengesetzte Reibbeläge 5, 6 Stand der Technik sind, sei hierzu, zur Vermeidungen von Wiederholungen, auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
Wie aus diesem 1, 2 ersichtlich ist, sind die kreisringförmigen Reibbeläge 5, 6 – es sei an dieser Stelle erwähnt, dass dieses Reibbeläge 5, 6 nicht zwingend kreisringförmig ausgebildet sein müssen – in Segmente 7, 8 unterteilt, wobei zwischen zwei jeweils nebeneinander liegenden Segmenten 7, 8 Nuten 9, 10 ausgebildet, insbesondere eingeprägt sind. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass diese Nuten 9, 10 mit Hilfe von Schneidwerkzeugen in die Reibbeläge 5, 6 geschnitten oder gestanzt werden. Diese Nuten 9, 10 dienen bekanntlich der Ölführung, um die entsprechende Schmierung herzustellen bzw. um Wärme, die aufgrund der Reibung mit einem Reibpartner der Reiblamelle 1 entsteht, abzuführen.
Diese Nuten 9, 10 können sich dabei über einen Teilbereich der Dicke der Reibbeläge 5, 6 erstrecken oder über die gesamte Dicke, also bis auf das Trägerelement 2.
Die Herstellung einer derartigen Reiblamelle 1 erfolgt, vereinfacht dargestellt, derart, dass vorerst der Faserwerkstoff mit dem Harz getränkt wird, daraufhin dieser getrocknet und teilgehärtet oder vollständig ausgehärtet wird und der Reibbelag 5, 6, gegebenenfalls nach einer Vorverdichtung, mit dem Trägerelement 2 verklebt und verpresst wird. Auch diese Verfahrensweise entspricht dem Stand der Technik.
Gegebenenfalls können in dem Reibbelag auch Reibpartikel wie z. B. SiO2, Al2O3, etc. enthalten sein. Die Reibpartikel weisen bevorzugt ein mittlere Größe zwischen 10 μm und 100 μm auf, da damit die Kompression der Reibbeläge 5, 6 ebenfalls beeinflusst werden kann.
Insbesondere können die Reibpartikel in einem Anteil zugesetzt sein, der ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2 Gew.-% und einer oberen Grenze von 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des jeweiligen Reibbelages 5, 6.
Derartige Reiblamellen 1 können einzeln oder in so genannten Reibpaketen zusammengefasst, beispielsweise zwischen 2 und 15 Reiblamellen pro Paket, in, insbesondere nasslaufenden, Kupplungen, Differenzialsperren, Verteilergetrieben oder Torque Vectoring Anwendungen bzw. als Synchronring oder Doppelkonusring für Schaltgetriebe verwendet werden. Unter Torque Vectoring Anwendungen versteht man bspw. Anwendungen in der Fahrdynamik bei denen bspw. Drehzahlunterschiede eines Sperrdifferenzials durch dieses System vergrößert werden. Man kann damit bspw. die Lenkung eines Fahrzeuges unterstützen, in dem die Antriebsmomente ungleich auf die Räder verteilt werden. Dadurch kann ein höheres Moment zum kurvenäußeren Rad gelenkt werden, sodass bei normalen Fahrbedingungen ein übersteuerndes Verhalten eingestellt werden kann.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass die Nuten 9 des ersten Reibbelages 5 gegenüber der Lage der Nuten 10 des zweiten Reibbelages 6 um einen Versatzwinkel 11 zueinander versetzt angeordnet werden, wobei dieser Versatzwinkel 11 für sämtliche Nuten 9, 10 zumindest annähernd gleich groß ist. Wie dies insbesondere aus 1 ersichtlich ist, liegen also die Nuten 9 nicht oberhalb der Nuten 10. Der Versatzwinkel 11 wird dabei in Längserstreckung der Nuten 9, 10 zwischen Längsmittelachsen 12, 13 in der Ebene der Reibbeläge 5, 6 gemessen. Dieser Versatzwinkel 11 kann ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze 0,1° und einer oberen Grenze von 8°, insbesondere aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1° und einer oberen Grenze von 7°, beispielsweise 1,5° oder 2° oder 3° betragen.
Durch den Versatz der Nuten 9, 10 um den Versatzwinkel 11 wird erreicht, dass prozessbedingte Schwankungen im Rohmaterial, das heißt, in der Zusammensetzung der Reibbeläge 5, 6, also bspw. dem Harzgehalt bzw. dem Flächengewicht des verwendeten Faserwerkstoffes ebenso wie Schwankungen der Kompressibilität der Reibbeläge 5, 6 aufgrund von prozessbedingt schwankenden Aushärtezeiten bzw. Aushärtetemperaturen und in Folge minimaler Abweichungen der Belagdicke dieser Reibbeläge 5, 6 innerhalb eines Toleranzbereiches 14 ausgeglichen werden kann, das heißt, dass die Kompression dieser Reibbeläge 5, 6 unabhängig von den genannten Einflussgrößen innerhalb dieses Toleranzbereiches 14 gleich bleibend ist, wie dies aus 3 ersichtlich ist. Die 3 stellt dazu den Einfluss der relativen Segmentanordnung der Reibbeläge 5, 6 zueinander auf die Kompression dar, wozu in 3 die Kompression in mm auf der Ordinate und der Versatzwinkel 11 in Grad auf der Abszisse aufgetragen sind.
Dieses Diagramm wurde mit Hilfe von Reiblamellen 1 erstellt, welche Reibbeläge 5, 6 aus Phenolharz in einem Anteil von 30 Gew.-% und ein Papier als Faserwerkstoff mit einem Flächengewicht von 592 g/m² aufwies und das mit einem Druck von 50 bar während der Herstellung verpresst wurde. Diese Reiblamelle wies einen Durchmesser von 125 mm auf, wobei pro Reibbelag 5, 6 vierundzwanzig Segmente 7, 8 ausgebildet wurden. Es wurden hierzu jeweils eine Anzahl von 5 Reiblamellen 1 pro gemessenen Versatzwinkel 11 geprüft, wobei die Kompression mit einer Prüfkraft von 6000 N gemessen wurde. Pro Versatzwinkel ist dabei jeweils in gleicher Abfolge eine minimale Kompression 15, eine maximale Kompression 16 und einer mittlere Kompression 17 als Mittelwert aus den gemessenen Kompressionen dargestellt.
Wie aus dieser 3 ersichtlich ist, kann in diesem Ausführungsbeispiel für eine Kompression zwischen 0,14 mm und 0,2 mm der Versatzwinkel zwischen 1,5° und 2° gewählt werden, ohne das der Toleranzbereich 14 der Kompression verlassen wird.
Des Weiteren ist aus 3 ersichtlich, dass mit zunehmenden Versatzwinkel 11 die Kompression zunimmt, da sich mit zunehmenden Versatzwinkel 11 die Nuten 9, 10 weiter voneinander entfernen, in Draufsicht betrachtet, sodass sich die einzelnen Segmente 7, 8 nicht mehr vollständig aufeinander abstützen.
Mit 4 ist eine Ausführungsvariante der Reiblamelle 1 dargestellt, wobei diese 4, das heißt, diese Ausführungsvariante stellvertretend für andere geometrische Ausführungsvarianten der Nuten 9, 10 zu sehen ist. Gemäß dieser Ausführungsvariante der Reiblamelle 1 sind die Nuten 9, 10 gebogen ausgeführt, das heißt, dass diese Nuten 9, 10 nicht zwingend einen radialen Verlauf aufweisen müssen, wie dies aus 2 ersichtlich ist.
Des Weiteren besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Nuten 9, 10 mit einen sich erweiternden Querschnitt, ausgehend von einem Nutengrund im Bereich des Trägerelementes 2 ausgebildet sind, wie dies bereits voranstehend erläutert wurde.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Reiblamelle 1 bietet also den Vorteil, dass eine bestimmte vordefinierbare Kompression eingestellt werden kann, die lediglich innerhalb des Toleranzbereiches 14 schwankt, in Abhängigkeit von den voranstehend genannten herstellungsbedingten Einflussgrößen auf die Kompressibilität der Reiblamelle 1 bzw. der Reibbeläge 5, 6. Es ist daher nicht mehr zwingend erforderlich, chargenbedingte Unterschiede in den Rohstoffen, also beispielsweise einen unterschiedlichen Harzgehalt des Faserwerkstoffes, bzw. Einflussgrößen aus den herstellungsbedingten Aushärtezeiten bzw. Aushärtetemperaturen pro Charge zu bestimmen und gegebenenfalls das Herstellungsverfahren entsprechend nachzujustieren. Es wird damit die Herstellung derartiger Reiblamellen insgesamt vereinfacht und kann somit kostengünstig durchgeführt werden.
Zum besseren Ausgleich dieser einzelnen Einflussgrößen ist es möglich, dass ein Verhältnis eines Wertes eines für die Verdichtung der Reibbeläge 5, 6 ausgewählten Druckes in N/mm² zum Wert des Versatzwinkels in Grad eingestellt wird auf einen Wert ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 15:20 und einer oberen Grenze von 15:1.
Des Weiteren erweist es sich als Vorteil, wenn dieser Toleranzbereich 14 für die voranstehend genannten Anwendungen der Reiblamelle 1 eingestellt wird auf einen Bereich von 0,15% bis 2,5%.
Aufgrund der ansteigenden Kompression mit zunehmenden Versatzwinkel ist es von Vorteil, wenn dieser Versatzwinkel 11 maximal so gewählt wird, dass die Segmente 7 des ersten Reibbelages 5 um maximal die Hälfte einer Kreisbogenlänge 18 (1) gegen die Segmente 8 des zweiten Reibbelages 6 – in Draufsicht betrachtet – versetzt angeordnet sind.
Da die Abhängigkeit der Kompression von der Größe des Versatzwinkels 11 am Beginn, das heißt, zwischen 0° und ca. 0,5° – in Abhängigkeit von einer Breite 19 (1) der Nuten 9, 10 – einen nicht linearen Verlauf aufweist ist es von Vorteil für das Herstellungsverfahren, wenn die Nuten 9, 10 des ersten und des zweiten Reibbelages 5, 6 – in Draufsicht betrachtet – zumindest nebeneinander angeordnet sind, also keine Überschneidung de Nuten 9, 10 vorhanden ist.
Aus diesem Grund ist es auch von Vorteil, wenn das Verhältnis der Breite 19 der Nuten 9, 10 zu einer Segmentbreite entsprechend der Kreisbogenlänge 18 am äußersten Umfang des Reibbelages in mm ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2:30 und einer oberen Grenze von 1:4 und/oder ein Verhältnis des Versatzwinkels 11 in Grad zu der Breite 19 der Nuten 9, 10 in mm ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1:5 und einer oberen Grenze von 25:1 und/oder ein Verhältnis einer Segmentfläche in mm² zu einer Nutbreite in mm ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20:1 und einer oberen Grenze von 300:1.
Da die Belagdicke, das heißt, die Dicke der Reibbeläge 5, 6 einen Einfluss auf die Kompression hat, ist es für die automatisierte Herstellung der Reiblamellen 1 von Vorteil, wenn ein Verhältnis dieser Belagdicke der Reibbeläge 5, 6 in mm zum Wert des Versatzwinkels in Grad ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1:40 und einer oberen Grenze von 2:1.
Es besteht im Rahmen der Erfindung weiters die Möglichkeit, dass die Segmente 7 eine größere Segmentbreite aufweisen als die Segmente 8 des Reibbelages 6, jeweils gemessen am äußersten Umfang.
Es ist weiters von Vorteil, wenn dieses Reibbeläge 5, 6 eine Porosität entsprechend voran stehenden Ausführungen bzw. ein Verhältnis des Wertes dieser Porosität zum Wert des Versatzwinkels in Grad entsprechend oben stehenden Ausführungen aufweisen.
Die Herstellung dieser Reiblamellen 1 kann auf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen, welche großteils dem Stand der Technik entspricht, also eine Aufnahmeeinrichtung, z. B. eine entsprechende Form, zur Aufnahme eines Reiblamellenrohlings aufweist, wobei unter Reiblamellenrohling verstanden wird, dass die Reibbeläge 5, 6 unverdichtet bzw. ggf. vorverdichtet auf dem Trägerelement 2 angeordnet sind, insbesondere mit diesem verklebt sind, sowie eine Einrichtung zur Herstellung der Nuten 9, 10 in den Reibbelägen 5, 6 und eine Verdichtungseinrichtung mit der der Reiblamellenrohling während der Herstellung verdichtet wird. In einer ersten Ausführungsvariante kann diese erfindungsgemäße Vorrichtung eine Wendeeinrichtung aufweisen, wie diese prinzipiell bekannt ist, um, nachdem die Nuten 9 im ersten Reibbelag 5 hergestellt worden sind, die Reiblamelle 1, das heißt den Reiblamellenrohling, so zu wenden, dass der zweite Reibbelag 6 oben liegend angeordnet ist, um damit nach dem Wenden die Nuten 10 in den zweiten Reibbelag 6 auszubilden. Bei dieser ersten Ausführungsvariante der Vorrichtung ist eine Dreheinrichtung, z. B. ein mit einer Antriebseinrichtung verbundenes Drehteller, angeordnet mit der der Reiblamellenrohling nach dem Wenden um einen definierten Versatzwinkel 11 relativ zu seiner Position während der Herstellung der Nuten 9 im ersten Reibbelag 5 verdreht wird. Insbesondere von Vorteil ist es dabei, wenn diese Dreheinrichtung mit der Wendeeinrichtung kombiniert ist.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung, das heißt die Verdichtungsvorrichtung, jeweils einen Ober- und einen Unterstempel aufweist, wobei diese beiden Stempel Vorsprünge aufweisen, um die Nuten 9, 10 in den Reibbelägen 5, 6 während des Verdichtens des Reiblamellenrohlings zu erzeugen, und wobei diese Vorsprünge entsprechend dem gewünschten Versatzwinkel 11 zueinander – wiederum in Draufsicht betrachtet – versetzt ausgebildet sind.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Reiblamelle 1, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Reiblamelle 1 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

1: Reiblamelle
2: Trägerelement
3: Oberfläche
4: Oberfläche
5: Reibbelag
6: Reibbelag
7: Segment
8: Segment
9: Nut
10: Nut
11: Versatzwinkel
12: Längsmittelachse
13: Längsmittelachse
14: Toleranzbereich
15: Kompression
16: Kompression
17: Kompression
18: Kreisbogenlänge
19: Breite
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Claims

Verfahren zur Einstellung der Kompressibilität einer Reiblamelle (1) innerhalb eines Toleranzbereiches (14), wobei die Reiblamelle (1) ein scheibenförmiges Trägerelement (2) umfasst, mit einer ersten Oberfläche (3) und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (4), wobei auf der ersten Oberfläche (3) ein erster Reibbelag (5) und auf der zweiten Oberfläche (4) ein zweiter Reibbelag (6) angeordnet werden, die aus einem Verbundwerkstoff, zumindest umfassend ein Harz und ein Fasermaterial, gebildet werden, und wobei im ersten und im zweiten Reibbelag (5, 6) Nuten (9, 10) ausgebildet werden, die die Reibbeläge (5, 6) zumindest in oberflächennahen Bereichen in Segmente (7, 8) unterteilen, und, insbesondere danach, die Reibbeläge (5, 6) verdichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (7) des ersten Reibbelages (5) um einen definierten Versatzwinkel (11) gegen die Segmente (8) des zweiten Reibbelages (6) versetzt ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis eines Wertes eines für die Verdichtung ausgewählten Druckes in N/mm² zum Wert des Versatzwinkels (11) in ° eingestellt wird auf einen Wert ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 15:20 und einer oberen Grenze von 15:1.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzbereich (14) der Kompressibilität eingestellt wird auf einen Bereich von 0,15% bis 2,5%.
Reiblamelle (1) umfassend ein scheibenförmiges Trägerelement (2) mit einer ersten Oberfläche (3) und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (4), wobei auf der ersten Oberfläche (3) ein erster Reibbelag (5) und auf der zweiten Oberfläche (4) ein zweiter Reibbelag (6) angeordnet sind, die aus einem Verbundwerkstoff, umfassend ein Harz und ein Fasermaterial, gebildet sind, und wobei im ersten und im zweiten Reibbelag (5, 6) Nuten (9, 10) angeordnet sind, die die Reibbeläge (5, 6) zumindest in oberflächennahen Bereichen in Segmente (7, 8) unterteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (7) des ersten Reibbelages (5) um einen definierten Versatzwinkel (11) gegen die Segmente (8) des zweiten Reibbelages (6) versetzt ausgebildet sind.
Reiblamelle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (7) des ersten Reibbelages (5) um maximal die Hälfte einer Kreisbogenlänge (18), die von diesen Segmenten (7) definiert wird, gegen die Segmente (8) des zweiten Reibbelages (6) versetzt sind.
Reiblamelle (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatzwinkel (11) zumindest so groß ist, dass die Nuten (9, 10) des ersten und des zweiten Reibbelages (5, 6) in Draufsicht betrachtet zumindest nebeneinander angeordnet sind.
Reiblamelle (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Nutbreite in mm zu einer Segmentbreite am äußersten Umfang des Reibbelages (5, 6) in mm ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2:30 und einer oberen Grenze von 1:4.
Reiblamelle (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis des Versatzwinkels (11) in ° zu einer Nutbreite in mm ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1:3 und einer oberen Grenze von 30:2.
Reiblamelle (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Segmentfläche in mm² zu einer Nutbreite in mm ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20:1 und einer oberen Grenze von 300:1.
Reiblamelle (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Belagdicke der Reibbeläge (5, 6) in mm zum Wert des Versatzwinkels (11) in ° ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1:40 und einer oberen Grenze von 2:1.
Reiblamelle (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (7) des ersten Reibbelages (5) eine größere Segmentbreite aufweisen als die Segmente (8) des zweiten Reibbelages (6), jeweils gemessen am äußersten Umfang.
Reiblamelle (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbeläge (5, 6) eine Porosität aufweisen, ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren von 60% und einer oberen Grenze von 80%, bezogen auf die Volldichte der Reibbeläge (5, 6).
Reiblamelle (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis des Wertes der Porosität zum Wert des Versatzwinkels (11) in ° ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 10:1 und einer oberen Grenze von 55:1.
Reiblamelle (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (9, 10) mit einem sich erweiternden Querschnitt, ausgehend von einem Nutengrund, ausgebildet sind.
Vorrichtung zur Herstellung einer Reiblamelle (1) umfassend ein scheibenförmiges Trägerelement (2) mit einer ersten Oberfläche (3) und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (4), wobei auf der ersten Oberfläche (3) ein erster Reibbelag (5) und auf der zweiten Oberfläche (4) ein zweiter Reibbelag (6) angeordnet sind, die aus einem Verbundwerkstoff, umfassend ein Harz und ein Fasermaterial, gebildet sind, und wobei im ersten und im zweiten Reibbelag (5, 6) Nuten (9, 10) angeordnet sind, die die Reibbeläge (5, 6) zumindest in oberflächennahen Bereichen in Segmente (7, 8) unterteilen, mit einer Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines Reiblamellenrohlings, einer Einrichtung zur Herstellung von Nuten (9, 10) in den Reibbelägen (5, 6), einer Verdichtungseinrichtung, mit der der Reiblamellenrohling verdichtet wird, sowie mit einer Wendeeinrichtung, mit der der Reiblamellenrohling gewendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dreheinrichtung angeordnet ist, mit der der Reiblamellenrohling nach dem Wenden um einen definierbaren Versatzwinkel (11) relativ zu seiner Position während der Herstellung der Nuten (9) im ersten Reibbelag (5) verdreht wird.
Vorrichtung zur Herstellung einer Reiblamelle (1) umfassend ein scheibenförmiges Trägerelement (2) mit einer ersten Oberfläche (3) und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (4), wobei auf der ersten Oberfläche (3) ein erster Reibbelag (5) und auf der zweiten Oberfläche (4) ein zweiter Reibbelag (6) angeordnet sind, die aus einem Verbundwerkstoff, umfassend ein Harz und ein Fasermaterial, gebildet sind, und wobei im ersten und im zweiten Reibbelag (5, 6) Nuten (9, 10) angeordnet sind, die die Reibbeläge (5, 6) zumindest in oberflächennahen Bereichen in Segmente (7, 8) unterteilen, mit einer Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines Reiblamellenrohlings, einer Einrichtung zur Herstellung von Nuten (9, 10) in den Reibbelägen (5, 6), einer Verdichtungseinrichtung, mit der der Reiblamellenrohling verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Herstellung der Nuten (9, 10) einen Oberstempel und einen Unterstempel umfasst, die jeweils Vorsprünge zur Erzeugung der Nuten (9, 10) aufweisen, wobei die Vorsprünge des Oberstempels um einen definierbaren Versatzwinkel (11) gegen die Vorsprünge des Unterstempels versetzt sind.
Verwendung der Reiblamelle (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 14 in nasslaufenden Reibbaugruppen.