DE102009043432B4

DE102009043432B4 - Ausrückvorrichtung, insbesondere für eine Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102009043432B4
Application number: DE102009043432.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schillinger Helmut; Jürgen Windrich; Ludwig Winkelmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: DE102009043432A1

Abstract

Ausrückvorrichtung, insbesondere für eine Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen Antriebsmotor und Schaltgetriebe, umfassend einen Geber- und einen Nehmerzylinder, mit geber- und nehmerseitigen reibaktiven Flächen, wobei wenigstens ein Teil der geber- und/oder nehmerseitigen reibaktiven Flächen wenigstens abschnittsweise mit einem Gleitlack (13) beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen strahlungsaushärtbaren, insbesondere UV-aushärtbaren, Gleitlack (13) handelt, dass der Gleitlack aus einem Basislack als Matrix sowie mindestens einem Schmierstoff und mindestens einem Verschleißschutzstoff besteht, wobei der mindestens eine Schmierstoff und/oder der mindestens eine Verschleißschutzstoff mit einer Oberflächenmodifizierung in der Form einer Silanisierung, vorliegt und wobei es sich bei dem Geber-(17) und/oder Nehmerzylinder um ein spritzgegossenes, Kunststoffteil handelt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausrückvorrichtung, insbesondere für eine Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen Antriebsmotor und Schaltgetriebe, umfassend einen Geber- und einen Nehmerzylinder mit geber- und nehmerseitigen reibaktiven Flächen.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, die Kupplung eines Kraftfahrzeugs durch die Anordnung eines Geber- und Nehmerzylinders über eine Druckversorgungseinrichtung hydraulisch auszurücken. Hierbei wird über einen Nehmerzylinder, auch Zentralausrücker genannt, der beispielsweise mit seinem Gehäuse am Getriebegehäuse angeordnet ist, ein vom Geberzylinder über die Druckversorgungseinrichtung bereitgestellter Betätigungsimpuls, z. B. eines Fahrers, aufgenommen. Eine Nutdichtung, die den Druckraum für das vom Geberzylinder herangeführte Druckmittel nach außen abdichtet und an einem Ringkolben, der die Kupplung betätigt, befestigt ist, weißt in ihrem Verschiebebereich Dichtflächen zu den Zylinderwandungen des Zentralausrückers auf, die radial innen z. B. auf Metall und radial außen z. B. auf Kunststoff geführt sind. Innerhalb dieser Dichtfläche treten regelmäßig erhöhte Reibwiderstände auf, die z. B. zu geräuschbehafteten Ausrückvorgängen führen.
Eine solche Ausrückvorrichtung ist z. B. aus DE 100 39 242 A1 bekannt. Hierbei wird zur Verminderung der Reibung zwischen Nutringdichtung am Nehmerzylinderkolben und den Gleitflächen eines Kunststoffnehmerzylindergehäuses dem Kunststoffmaterial, aus dem das Gehäuse besteht, ein Gleitmittel in Form eines Zusatzes zur Kunststoffmaterialmischung zur Verminderung der Gleitreibung, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen oder Grafit, zugemischt. Gleiches gilt auch für die Ausführung des Kolbens in Kunststoff bzw. der Nutringdichtung auf dem Zylinder, d. h. den Zylinderwänden. Über dies wird vorgeschlagen, eine Beschichtung zur Verminderung des Reibwerts auf die Zylinderwende der Druckkammer aufzutragen, wobei diese Beschichtung durch eine Vernickelung oder Verchromung oder dergleichen der reibaktiven Bereiche im Wesentlichen über elektrochemische Vorgänge ausgebildet wird. Dies steht einem hohen technischen Aufwand der Aufbringung der Beschichtung gleich.
Bekannt ist auch der Einsatz reibungsmindernder Polyetheretherketon-Beschichtungen, welche jedoch erst bei Temperaturen im Bereich von 400°C aushärten und somit im Allgemeinen für Bauteile aus Kunststoff ausscheiden. Hier können alternativ UV-aushärtende Beschichtungen verwendet werden, die jedoch in ihrer Abriebfestigkeit und Reibungsreduzierung nicht überzeugen können.
Ferner ist es bekannt, z. B. durch Nitrocarburieren eine Verbesserung des Reibungs- und Verschleißverhaltens herbeizuführen, wobei dieses Verfahren ebenfalls keine zufriedenstellenden Ergebnisse liefert, da die hierdurch erzielten positiven Effekte nicht von langer Dauer sind und die aufeinander laufenden Flächen Geräusche erzeugen.
Aus DE 19653944 A1 ist ein Zylinder-Kolben-Aggregat als Geberzylinder für die Betätigung eines Nehmerzylinders zum Antrieb eines Ausrückers einer Kraftfahrzeugkupplung bekannt, dessen Tiefziehkolben nur mit einem Gleitlack veredelt ist.
Ausgehend davon, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Ausrückvorrichtung, insbesondere hinsichtlich der mit Gleitlack beschichteten geber- und nehmerseitigen Reibflächen, in ihrem Reibungs- und Verschleißverhalten zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Zur Lösung dieses Problems ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass es sich um einen strahlungsaushärtbaren, insbesondere UV-aushärtbaren, Gleitlack (13) handelt, dass der Gleitlack aus einem Basislack als Matrix sowie mindestens einem Schmierstoff und mindestens einem Verschleißschutzstoff besteht, wobei der mindestens eine Schmierstoff und/oder der mindestens eine Verschleißschutzstoff mit einer Oberflächenmodifizierung in der Form einer Silanisierung vorliegt und wobei es sich bei dem Geber- (17) und/oder Nehmerzylinder um ein spritzgegossenes, Kunststoffteil handelt.
Durch den wenigstens abschnittsweisen Auftrag auf wenigstens einem Teil der geber- und/oder nehmerseitigen reibaktiven Flächen wird das durch diese jeweils ausgebildete tribologische System hinsichtlich seiner Reibungs- und Verschleißeigenschaften verbessert. Andere Maßnahmen, die dem gleichen Ziel dienen, sind demnach nicht mehr notwendig. Als reibaktive Flächen sind sämtliche geber- und/oder nehmerseitigen Bereiche betroffen, die Reibungs- und Verschleißerscheinungen unterliegen. Natürlich ist es auch denkbar, den Gleitlack auch in anderen Bereichen einer Ausrückvorrichtung einzusetzen, da davon auszugehen ist, dass der Gleitlack auch in allen anderen von Reibungs- und Verschleißerscheinungen betroffenen Bereichen einen positiven Effekt erzielt.
Die Aufbringung des Gleitlacks auf die zu beschichtenden Flächen erfolgt grundsätzlich über gängige Beschichtungsverfahren, wie z. B. Aufstreichen, Aufsprühen oder Tauchlackieren, wodurch sich eine Integrationsmöglichkeit in eine bestehende Fertigung, wie z. B. eine Führungshülsenfertigung, ergibt.
Der Gleitlack verbessert die Reibungs- und Verschleißeigenschaften nicht nur bei gleichen Materialsystemen, wie z. B. einer Hülse aus Metall, in der ein Kolben aus Metall verschiebbar geführt wird, sondern ist auch für den Einsatz bei verschiedenen Materialkombinationen geeignet, wie z. B. einer Metallhülse, in der ein Kolben aus einem Kunststoff geführt wird.
Die Aufbringung des Gleitlacks auf die entsprechenden reibaktiven Flächen an Geber und/oder Nehmer kann dabei nur teilweise erfolgen, d. h. es ist nicht zwingend notwendig, die durch den Gleitlack erzielbaren Effekte durch eine komplette Beschichtung des entsprechenden Teils zu erhalten. Eine komplette Beschichtung ist besonders dann zweckmäßig, wenn der Restbereich bei möglicher teilweiser Beschichtung aufwändig abzudecken wäre.
Der Gleitlack kann im Weiteren auch nur auf einem Teil der geber- und/oder nehmerseitigen reibaktiven Flächen vorliegen, da auch hierdurch schon eine Verbesserung der Reibungs- und Verschleißeigenschaften erhalten werden kann.
Nach der Erfindung handelt es sich bei dem Gleitlack um einen strahlungsaushärtbaren, insbesondere UV-aushärtbaren Gleitlack. Im Gegensatz zu temperaturaushärtbaren Gleitlacksystemen, die in der Regel hohe Härtetemperaturen benötigen, kann durch einen strahlungsaushärtbaren, insbesondere UV-aushärtbaren, Gleitlack auch eine Beschichtung von Materialien, die wenig hitzestabil sind, erfolgen. Hiervon sind vornehmlich Kunststoffmaterialien betroffen, welche z. B. einer Aushärtung des Gleitlacks bei Temperaturen oberhalb von 300°C im Allgemeinen nicht oder nur sehr schlecht Stand halten. Unter strahlungsaushärtend ist hier zu verstehen, dass ein Gleitlack unter dem Einsatz von Strahlung aushärtet, wobei die Art der Strahlung nicht entscheidend ist, gleichwohl ist eine UV-Aushärtung bevorzugt, da diese schnell und einfach ohne großen operativen Aufwand betrieben werden kann.
Bei dem über Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, aushärtbaren Gleitlack handelt es sich nicht um einen Standardgleitlack, vielmehr betrifft dieser eine spezielle Gleitlackzusammensetzung, welche im Wesentlichen aus einem Basislack als Matrix sowie mindestens einem Schmierstoff und zusätzlich mindestens einem Verschleißschutzstoff besteht. Durch die Zugabe von mindestens einem Schmier- und mindestens einem Verschleißschutzstoff weist der Gleitlack ein hervorragendes Eigenschaftsprofil bezüglich seiner Reib- und Verschleißeigenschaften auf. Wie oben beschrieben handelt es sich bei der Matrix um einen Basislack, der bevorzugt über UV-Strahlung aushärtbar ist.
Als mögliche Matrizen der Basislacke der Gleitlackzusammensetzung kommen beispielsweise und nicht abschließend

- Standardgleitlacke (wie z. B. Molykote® D708 (Handelsname), Hersteller: Dow Corning, Fluoropan 340 AB (Handelsname), Hersteller: Klüber)
- reine Basislacke für UV-, IR-, NIR- oder strahlenaushärtend, wie Acrylharze, Alkydharz, Urethan modifiziertes Alkydharz, Polyurethan-/Acrylat-Dispersionen oder Epoxidharze und dessen Mischungen. Speziell für UV-aushärtende Basislacke können Polyether-/Polyesteracrylate, Epoxidacrylate, Urethanacrylate und Dual-Cure-Systeme verwendet werden,
- für hitze- und/oder strahlenhärtbare Basislacke eignen sich besonders Phenolharze, Acrylatharze, Epoxyharze, Polyesterharze, Melaminharze, Aminoplaste, Polyurethane sowie Mischungen aus diesen Komponenten,
- eine wässrige Polyetheretherketon-Dispersion,
- alle Polymere, welche als Schmierstoffsystem genannt wurden, wie Polytetrafluorethyle, Perfluorpropylvinylether, Polyamidimid, Perfluormethylvinylether, Ethylen-Chlortrifluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Polyphthalamid, Polyetheretherketon und dessen Mischungen

Als mögliche Schmierstoffe kommen beispielsweise und nicht abschließend

- Polytetrafluorethylen - Pulverpartikel,
- Graphit und oder Kugelgraphit - Pulverpartikel,
- Molybdänsulfid - Pulverpartikel,
- Perfluorpropylvinylether - Pulverpartikel,
- Polyamidimid - Pulverpartikel,
- lösliche Polyamide, z. B. alle in Alkohol löslichen Polyamide und Copolyamide, besonders vorteilhaft ist N-methoxymethylierten Polyamid katalytisch beschleunigt mit organischen Säuren,
- Perfluormethylvinylether - Pulverpartikel,
- Ethylen-Chlortrifluorethylen - Pulverpartikel,
- Polyvinylidenfluorid - Pulverpartikel,
- Polyphthalamid - Pulverpartikel,
- Polyetheretherketon - Pulverpartikel

Als mögliche Verschleißschutzstoffe kommen beispielsweise und nicht abschließend

- eine kolloidale Dispersion von hexagonalen Bornitrid - Partikeln in einem Polytetrafluorethylen - Mantel (wie z. B. CERFLON® (Handelsname)),
- Bornitrid - Partikel (wie z. B. Combat® BN (Handelsname)),
- Siliciumoxid - Partikel,
- Wollastonit - Partikel,
- Zirkoniumoxid - Partikel,
- Siliciumnitrid - Partikel,
- Aluminiumoxid - Partikel,
- Zinkoxid - Partikel,
- Zinksulfid - Partikel,
- Titanoxid - Partikel,
- Metallcarbid - Partikel,
- Wolframcarbid - Partikel,
- Borcarbid - Partikel,
- Titancarbid - Partikel,
- Siliciumcarbid - Partikel,
- Siliciumnitridpulver aus folgenden Komponenten bestehend: Siliciumnitrid min. 97,0 Gew.%, Silicium max. 0,3 Gew.%, Kohlenstoff max. 0,3 Gew.%, Eisen max. 0,1 Gew.% Partikel,
- Fullerene der Summenformeln C60, C70, C76, C80, C82, C84, C86, C90 und C94,
- Kohlenstoffnanoröhren,
- Kohlenstofffasern

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, den im Gleitlack enthaltenen mindestens einen Schmierstoff und/oder mindestens einen Verschleißschutzstoff mit einer Oberflächenmodifizierung in der Form einer Silanisierung zu behandeln. Durch dieses Verfahren ist eine bessere Kopplung der einzelnen Bestandteile des Gleitlacks zueinander möglich. So kann hierdurch beispielsweise eine chemische Unverträglichkeit z. B. des Verschleißschutzstoffs mit dem Basislack beseitigt werden und ursprünglich inkompatible Gleitlackbestandteile verträglich zueinander gestaltet werden.
Nach der Erfindung liegt der Geber- und/oder Nehmerzylinder in Form eines, insbesondere spritzgegossenen, thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffteils vor. Als Kunststoffmaterial sind beispielswiese Duroplaste, z. B. Phenoplaste, Aminoplaste, Epoxidharze, oder Polyesterharze geeignet. Das Kunststoffmaterial kann mit geeigneten Füll- und Verstärkungsstoffen versehen sein und besitzt derart, besonders bevorzugt, Festigkeitswerte, die mit denen von Aluminium zu vergleichen sind. Alternativ schließt die Erfindung die Verwendung von Thermoplasten, wie z. B. Polyamiden oder Polyoxymethylenen ein. Natürlich schließt die Erfindung an dieser Stelle auch sämtliche anderen Materialien bzw. Materialkombinationen, welche für die Anwendung in einer Vorrichtung geeignet sind, mit ein.
Der Gesamtvolumenanteil aus Schmier- und Verschleißschutzstoffen innerhalb des Gleitlacks liegt im Bereich von 0,01 - 90 Vol.-% bezogen auf dessen Matrix. Somit sind im Gleitlack stets mindestens 10 Vol.-% an Basislack enthalten. Etwaige zusätzliche Additive, wie z. B. thermische Stabilisatoren oder Dispergierungsmittel, liegen hierbei grundsätzlich nur niedrig konzentriert vor, so dass diese die oben genannte Zusammensetzung nur unwesentlich beeinflussen. In Ausnahmefällen kann der Gesamtvolumenanteil an Schmier- und Verschleißschutzstoffen auch über den genannten 90 Vol.-% liegen. Es ist auch denkbar, den Volumenanteil an Schmier- und Verschleißschutzstoffen, wiederum in Ausnahmefällen, unterhalb von 0,01 Vol.-% zu halten.
Ein besonders bevorzugtes Beispiel eines Gleitlacks bzw. einer Gleitlackzusammensetzung ist ein System mit einem UV-aushärtbaren Basislack, der als Schmierstoff Polyetheretherketonpartikel und als Verschleißschutzstoff in ihrer Oberfläche, insbesondere durch eine Silanisierung modifizierte, Siliziumoxidpartikel enthält, wobei die Partikelgrößen im Bereich von 10 - 30 nm liegen. Eine bevorzugte Zusammensetzung geht von 25 Vol.- % an Schmierstoff und 5 Vol.- % an Verschleißschutzstoff aus.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung liegt die Schichtdicke des auf wenigstens einen Teil der geber- und/oder nehmerseitigen reibaktiven Flächen aufgebrachten Gleitlack, im Bereich von 10 - 300 µm, besonders bevorzugt bei etwa 25 µm. Es ist selbstverständlich, dass in Einzelfällen auch dickere oder dünnere Schichtdicken als die hier genannten zum Einsatz kommen können, da die Schichtdicke in Abhängigkeit einer konkreten Bauteilsituation festzulegen ist, wobei eine Vielzahl an Faktoren, wie z. B. einwirkendende Kräfte, hierauf einen Einfluss hat.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Ausrückvorrichtung;
2 eine Ausführungsform der Erfindung;
3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist eine hydraulisch betätigbare Ausrückvorrichtung 1 zu sehen, umfassend eine Kolben-Zylinder-Einheit, deren Zylinder 2 um eine Getriebeeingangswelle 3 angeordnet und lösbar am Getriebegehäuse 4 befestigt ist. Im Zylinder 2 ist eine sowohl zu einer Zylinderwandung 5 als auch zur Getriebeeingangswelle 3 beabstandete Führungshülse 6 eingesetzt. An der zum Getriebegehäuse 4 gerichteten Seite der Führungshülse 6 ist an diese ein Flanschabschnitt 7 angeformt, der sich also zwischen dem Zylinder 2 und dem Getriebegehäuse 4 und von diesem gehalten befindet. Als Druckraum 8 dient ein Bereich, der sich zwischen der Führungshülse 6 und der Zylinderwandung 5 erstreckt. Dieser Druckraum 8 ist demnach vom Flanschabschnitt 7 und dem Kolben 9 begrenzt. Der Kolben 9 verfügt über eine Nutringdichtung 10, deren Dichtlippen an der Führungshülse 6 und der Zylinderwandung 5 anliegen. Eine Verschiebung des Kolbens 9 kann ausgelöst werden, indem eine Druckmittelbeaufschlagung des Druckraums 8 erfolgt. Hierzu ist der Zylinder 2 einstückig mit einem Druckstutzen 11 verbunden, der an seinem freien Ende über einen rechtwinklig angeordneten Ansatz 12 über eine Druckleitung mit einem, hier nicht dargestellten, Geberzylinder verbunden wird.
Erfindungsgemäß ist in 1 nun die Außenfläche der Führungshülse 6 sowie die Zylinderwandung 5 mit einem Gleitlack 13 beschichtet, wodurch sich ein verbessertes Reibungs- und Verschleißverhalten in diesen Bereichen ergibt. Bei dem Gleitlack 13 handelt es sich um eine Gleitlackzusammensetzung aus einem UV-aushärtbaren Basislack, der zusätzlich mit einem Schmierstoff in Form von Polyetheretherketonpartikeln und einem oberflächenmodifzierten Verschleißschutzstoff in Form von silanisierten Siliziumoxidpartikeln versetzt ist. Der Gleitlack 13 enthält hierbei 25 Vol.- % an Schmier- und 5 Vol.- % an Verschleißschutzstoff. Die Schichtdicke des aufgebrachten Gleitlacks 13 beträgt 25 µm. Bei dem Zylinder 2 handelt es sich um ein Bauteil, das über ein Spritzgussverfahren aus einem hochgefüllten Polyamid 66, welches mit Glasfasern versehen ist, besteht.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ausrückvorrichtung 1, auf deren genaueren Aufbau nicht eingegangen werden soll, da lediglich die mit dem Gleitlack 13 beschichteten Bereiche für die Erfindung von Bedeutung sind. Als reibaktive und somit beschichtete Flächen sind hier die Hebelauflage 14 am Gehäuse, die Anlagefläche des äußeren Laufrings 15 am Gehäuse, und der Kontaktbereich des Einstellrings 16 am inneren Laufring 15a zu nennen. Natürlich ist es auch möglich nur einzelne der genannten Bereiche, also z. B. nur die Hebelauflage 14 am Gehäuse, mit dem Gleitlack 13 zu beschichten. Innerhalb der verschiedenen Anwendungsbereiche des Gleitlacks 13 kann es sich ergeben, dass sich unterschiedliche Schichtdicken des Gleitlacks 13 ergeben. So kann beispielsweise im Bereich der Hebelauflage 14 eine Schichtdicke des Gleitlacks 13 von 25 µm vorgesehen sein und im Bereich der Anlagefläche des Laufrings 15 am Gehäuse eine Schichtdicke von etwa 50 µm.
3 zeigt einen semihydraulischen Geberzylinder 17 oder einen in der Grundform ähnlich aufgebauten Nebenzylinder, auf dessen genaueren Aufbau wiederum nicht eingegangen wird, da hier lediglich die mit dem Gleitlack 13 beschichteten Bereiche, hier die Außenwandung der Hülse 18 und die Innenwandung des Gehäuses 19, von Relevanz sind.
Bezugszeichenliste

1: Ausrückvorrichtung
2: Zylinder
3: Getriebeeingangswelle
4: Getriebegehäuse
5: Zylinderwandung
6: Führungshülse
7: Flanschabschnitt
8: Druckraum
9: Kolben
10: Nutringdichtung
11: Druckstutzen
12: Ansatz
13: Gleitlack
14: Hebelauflage
15: äußerer Laufring
15a: innerer Laufring
16: Einstellring
17: Geberzylinder
18: Hülse
19: Gehäuse

Claims

Ausrückvorrichtung, insbesondere für eine Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen Antriebsmotor und Schaltgetriebe, umfassend einen Geber- und einen Nehmerzylinder, mit geber- und nehmerseitigen reibaktiven Flächen, wobei wenigstens ein Teil der geber- und/oder nehmerseitigen reibaktiven Flächen wenigstens abschnittsweise mit einem Gleitlack (13) beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen strahlungsaushärtbaren, insbesondere UV-aushärtbaren, Gleitlack (13) handelt, dass der Gleitlack aus einem Basislack als Matrix sowie mindestens einem Schmierstoff und mindestens einem Verschleißschutzstoff besteht, wobei der mindestens eine Schmierstoff und/oder der mindestens eine Verschleißschutzstoff mit einer Oberflächenmodifizierung in der Form einer Silanisierung, vorliegt und wobei es sich bei dem Geber-(17) und/oder Nehmerzylinder um ein spritzgegossenes, Kunststoffteil handelt.
Ausrückvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus Schmier- und Verschleißschutzstoff im Bereich von 0,01 - 90 Vol.- % bezogen auf die Matrix des Gleitlacks liegt.
Ausrückvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des Gleitlacks (13) im Bereich von 10 bis 300 µm, vorzugsweise bei 25 µm, liegt.