DE102010021722A1

DE102010021722A1 - Reibmaterial

Info

Publication number: DE102010021722A1
Application number: DE102010021722A
Authority: DE
Inventors: Constanze Kuckuck; Stefan Steinmetz
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2010-12-16
Also published as: CN102422046B; WO2010142265A1; CN102422046A; DE112010002448A5

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags für Reibungskupplungen in einem Kraftfahrzeug, wobei eine Dispersion aus Wasser und Feststoffen auf eine siebartige Fläche gesaugt wird und sich die Feststoffe auf der siebartigen Fläche ablagern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 sowie einen Reibbelag mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 Verwendungszweck der Erfindung ist ein Reibbelag bestehend aus einem Reibmaterial, das in allen Einsatzbereichen im Automobil verwendet werden kann, in denen Reibung in Öl zur Anwendung kommt.
Das Reibmaterial kommt für den Einsatz in folgenden Anwendungen in Betracht: Drehmomentwandler, Automatikgetriebe, Lock-up Kupplung, Doppelkupplung, Synchronisationseinrichtungen und ähnliche in Öl laufenden Reibanwendungen.
Zur Zeit kommen für derartige Anwendungen hauptsächlich Reibpapiere zum Einsatz, die auf klassischen Papiermaschinen hergestellt werden, d. h. Aufschlämmen von Fasern und Füllstoffen in Wasser, Erzeugen der Papierbahnen auf der Papiermaschine, Trocknen der Papierbahnen und im Anschluss Tränken der Papierbahn in einer Harzlösung (Saturierung), um die nötige Festigkeit des Reibpapiers sicher zu stellen. Im Anschluss muss das Papier wieder getrocknet werden, die jeweiligen Geometrien werden ausgestanzt und aufgeklebt.
Die Nachteile beim klassischen Papierherstellungsverfahren sind der entstehende Stanzabfall, der in Abhängigkeit der Geometrie relativ hoch werden kann. Weiterhin ist das Verfahren sehr energieaufwendig und die Chargengröße ist hoch, daher ist das Verfahren eher unflexibel, es muss eine Mindeststückzahl gefordert sein, um wirtschaftlich arbeiten zu können. Weiterhin ist es nicht möglich eine Ausgestaltung zu produzierender Körper in Z-Richtung also senkrecht zur Papierebene zu erzeugen. Es sind also nur ebene Teile – abgesehen von einer Profilierung der Oberfläche – herstellbar.
Die Aufgabe besteht darin, einen in Öl laufenden Reibbelag aus einem Reibmaterial zu entwickeln, der selbst höchste Anforderungen bezüglich Reibwert, Komfortverhalten und Verschleiß erfüllt. Das Reibwertverhalten soll konstant sein, damit die elektronischen Regeleinhei ten in der jeweiligen Anwendung problemlos laufen und eingestellt werden können. Weiterhin soll die Herstellung flexibel, einfach und kostengünstig sein Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8 sowie durch einen Reibbelag mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Herstellung eines Reibbelags für Reibungskupplungen in einem Kraftfahrzeug vor, wobei eine Dispersion aus Wasser und Feststoffen auf eine siebartige Fläche gesaugt wird und sich die Feststoffe auf der siebartigen Fläche ablagern. Die siebartige Fläche ist dabei in Form einer dreidimensionalen Struktur ausgeführt.
Die siebartige Fläche ist derart dreidimensional ausgeführt, dass die sich an der siebartigen Fläche ablagernden Feststoffe eine vorgegebene Gestalt der dem Sieb zugewandten Oberfläche des Reibbelags bilden.
Die siebartige Fläche ist derart ausgeführt, dass die sich an der siebartigen Fläche ablagernden Feststoffe eine glatte Oberfläche des Reibbelags bilden.
Alternativ ist die siebartige Fläche derart ausgeführt, dass die sich an der siebartigen Fläche ablagernden Feststoffe eine profilierte Oberfläche des Reibbelags bilden.
Die auf dem Sieb abgelagerten Feststoffe werden zur Trocknung mit heißer Luft durchströmt, wobei die verbliebene Feuchtigkeit ausgetrieben wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Reibbelag oberflächenbeschichtet. Als Oberflächenbeschichtung kommen Stoffe wie Zeolithe, Celite oder Siliciumcarbit vor, die in eine Harzmatrix eingebunden werden können und dann aufgebracht werden oder ohne extra Bindemittel aufgebracht werden.
In einer weiteren Ausführungsform werden mehrere Reibbeläge übereinander gelegt und übereinander gepresst, sodass daraus ein einziger Reibbelag entsteht.
Erfindungsgemäß ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens vorgesehen, wobei die Reiboberfläche des Reibbelags als Abbildung der dreidimensional gestalteten Sieboberfläche gestaltet ist.
Erfindungsgemäß wird auch ein Reibbelag, der mit dem oben beschrieben Verfahren sowie der oben beschriebenen Vorrichtung hergestellt wird vorgestellt, wobei die Reiboberfläche des Reibbelags als Abbildung der dreidimensional gestalteten Sieboberfläche gestaltet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Feststoffanteil der bei der Herstellung des Reibbelags zugesetzten Bestandteile des Reibmaterials 35–80 Gewichtsprozent Baumwollfaser, 1–10 Gewichtsprozent Aramidfaser, 1–40 Gewichtsprozent Siliciumdioxid, 5–30 Gewichtsprozent Phenolharz und zur Papierherstellung übliche Verarbeitungshilfsmittel, wobei die angegebenen Prozentsätze sich auf den Feststoffanteil beziehen
Besonders bevorzugt weist die Reiboberfläche des Reibbelags, die als Abbildung der dreidimensional gestalteten Sieboberfläche gestaltet ist eine glatte oder eine profilierte Oberfläche auf.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Reibbelags ist, dass das die Gestalt des durch das Reibmaterials gebildeten Reibbelags komplett variabel ausgeführt werden kann, da alle 3 Raumrichtungen variiert werden und je nach Anforderung angepasst werden können.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibung.
Es zeigen im Einzelnen:
1 Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Pulp-Molding-Verfahrens
2 Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Coating-Verfahrens
3 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Reibbelags
4 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Reibbelags Der Feststoffanteil der zur Herstellung des Reibbelags zugesetzten Bestandteile des Reibmaterials hat folgende Zusammensetzung, die Prozentangaben erfolgen in Massenprozent bezogen auf den Feststoffanteil:
35–80% Baumwollfaser, 1–10% Aramidfaser, 1–40% Siliciumdioxid, 5–30% Phenolharz und zur Papierherstellung übliche Verarbeitungshilfsmittel.
In 1 wird die Herstellung eines solchen Reibbelags dargestellt.
Die Fasern werden in einem Pulper 10 in Wasser aufgeschlossen, dabei werden die Fasern noch aufgemahlen, wobei die Faserlängen verkürzt werden können und der Curl der Faser verändert werden kann. Die Faserlängen liegen im Bereich von 80 mm bis wenige Mikrometer. Die Füllstoffe und Harze werden dazugegeben und dispergiert, bis ein homogenes Wasser-Feststoff-Gemisch entstanden ist. Der Wasseranteil beträgt dabei üblicherweise ein Vielfaches des Feststoffanteils.
Die gesamte Dispersion kann nun in einen Vorratsbehälter 30 gepumpt werden und ein neuer Ansatz im Pulper 10 hergestellt werden. Ein Teil der Dispersion wird nun aus dem Vorratsbehälter 30 – oder alternativ direkt aus dem Pulper 10, falls kein Folgeansatz gemacht werden soll – in den Molder 40 gepumpt und dort erneut vermischt. Am Boden des Molders 40 – befinden sich Werkzeugformen, die je nach Anwendung eben oder dreidimensional – also uneben – ausgelegt sind, beispielsweise auch glatt oder mit Profilierung. Diese Formen sind an der gewünschten Seite mit einem Sieb versehen und an eine Pumpe – beispielsweise eine Vakuumpumpe – angeschlossen, so dass diese das Wasser nach genügender Aufmischung abziehen kann und an der jeweils mit Sieb bestückten Seite der Werkzeuge das Faser-Füllstoffgemisch angelagert wird.
Die Gestaltung der dreidimensionalen Struktur der Werkzeugform und insbesondere des Siebs – im Rahmen dieser Schrift als dreidimensional oder uneben bezeichnet – ist derart ausgeführt und von einer Größenordnung sodass davon die Gesamtgestalt des Produkts – also des Reibbelags – bestimmt ist, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist. 4 zeigt einen konisch geformten Reibbelag. Die konische Gestaltung der Seitenflächen sowie die Bodenfläche ist dabei durch die dreidimensionale Gestaltung des Siebs verursacht. In 3 sind die senkrechten Seitenflächen sowie die Bodenfläche durch die dreidimensionale Gestalt des Siebs gebildet.
Eine Profilierung kann beispielsweise durch Stege im oder auf dem Sieb gebildet werden und bildet Strukturen – beispielsweise Nutmuster – aus, deren Tiefe oder Breite nicht größer als 5 Millimeter verglichen mit der angrenzenden, umgebenden Oberfläche ist. Ist keine Profilierung vorgesehen, sei die Oberfläche im Rahmen dieser Schrift als glatt bezeichnet. Je nach Feinheit des Siebnetzes und der verwendeten Feststoffe kann zusätzlich die Siebnetzstruktur auf der Oberfläche des Reibbelags sichtbar sein.
Auf dem restlichen Boden der Anlage befindet sich kein Fasergemisch, es lagert sich lediglich auf den Sieben ab, da nur hier das Abziehen der Aufmischung erfolgt. Auf diese Weise ist eine reproduzierbare Herstellung gegeben. Dieser Vorgang wird sooft wiederholt, bis sich keine Dispersion mehr im Pulper 10 bzw. dem Vorratsbehälter 30 befindet oder sich ausreichend Material an den Sieben abgelagert hat
Das entstandene Produkt wird nun noch durch Pressvorgänge, die weg- oder druckgesteuert laufen, und Trockenzyklen beispielsweise in einer Trockenstation 50 entwässert. Danach hat es eine ausreichende Stabilität um eventuell bei Bedarf noch mechanisch bearbeitet zu werden, beispielsweise durch Stanzen, Schleifen, Schneiden, Fräsen, etc.
Weitere Verfahrensschritte wie Aufkleben auf Trägermaterialien oder Übereinanderpressen von mehreren Schichten desselben Produkts sind denkbar.
Weitere bevorzugte Varianten des Verfahrens werden im Folgenden beschrieben:
Die Dispersion kann auch während des Umpumpens von einem Behälter – beispielweise des Pulpers 10 – in den nächsten – beispielsweise den Vorratsbehälter 30 – über Zuleitungen im Rohrsystem mit weiteren Zuschlagstoffen ergänzt werden. Diese können im Rohrsystem über statische Mischer 20 eingebracht werden.
Die Trocknung des auf den Sieben abgelagerten Filterkuchens kann im Anschluss an die Herstellung in einer Trockenstation 50 erfolgen. Dies kann aber schon vorweg genommen werden, indem die Werkzeuge im Molder 40 an einen Heißlufterzeuger angeschlossen werden und beheizbar sind. Dadurch wird nach dem Absaugen des Prozesswassers durch die Erwärmung des Werkzeugs noch zusätzlich Wasser verdampft. Weiterhin sollte heiße Luft durch das Werkzeug und das Produkt geleitet werden, so dass das verbleibende Wasser im Inneren des Produkts ausgetragen werde kann und die Trocknung nicht nur an der Oberfläche, sondern im gesamten Werkstück vorangetrieben werden kann.
Ein weiteres Anbauteil 60 der Anlage ist eine Beschichtungsanlage – in 2 dargestellt – für die Oberflächenbeschichtung mit Füllstoffen. Dabei wird in einem Tank 100 unterhalb des Transportbandes 110 der Füllstoff gelagert und in das Überlaufbecken 120 gepumpt. Hier kann dann das Produkt mit der Wasser-Füllstoffmischung beschichtet und anschließend in einer weiteren Trockenstation 70 getrocknet werden.
In 3 und 4 stellen Beispiele der erfindungsgemäßen Reibbege dar. 4 zeigt einen konisch geformten Reibbelag.
Bei dieser Erfindung handelt es sich um eine Rezeptur für in Öl laufende Reibmaterialien mit dem zugehörigen Herstellungsverfahren sowie einer Vorrichtung hierzu. Die Rezeptur besteht hauptsächlich aus einem Faser-Füllstoff-Harz-Gemisch, das mit Hilfe des Herstellungsverfahrens in jede beliebige Form gebracht werden kann. Es sind daher nicht nur ebene Teile herstellbar, sondern auch z. B. konisch geformte. Weiterhin können die Teile auch glatt oder mit profilierter Oberfläche hergestellt werden.
Das Reibmaterial ist in der weiteren Bearbeitung geeignet für jede Art von mechanischer Bearbeitung und daher in der Endgeometrie äußerst flexibel zu gestalten.
Hauptanwendungen sind Kupplungsbeläge für Automatikgetriebe, Drehmomentwandler, Doppelkupplungsgetriebe und Synchronisationen.

10: Pulper
20: Zudosierung mit evtl. statischem Mischer
30: Vorratsbehälter
40: Molder
50: Trockenstation
60: Füllstoff-Coating
70: Trockenstation
100: Tank
110: Transportband
120: Überlaufbecken

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags für Reibungskupplungen in einem Kraftfahrzeug, wobei eine Dispersion aus Wasser und Feststoffen auf eine siebartige Fläche gesaugt wird und sich die Feststoffe auf der siebartigen Fläche ablagern, dadurch gekennzeichnet, dass die siebartige Fläche in Form einer dreidimensionalen Struktur ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die siebartige Fläche derart dreidimensional ausgeführt ist, dass die sich an der siebartigen Fläche ablagernden Feststoffe eine vorgegebene Gestalt der dem Sieb zugewandten Oberfläche des Reibbelags bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die siebartige Fläche derart ausgeführt ist, dass die sich an der siebartigen Fläche ablagernden Feststoffe eine glatte Oberfläche des Reibbelags bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die siebartige Fläche derart ausgeführt ist, dass die sich an der siebartigen Fläche ablagernden Feststoffe eine profilierte Oberfläche des Reibbelags bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Sieb abgelagerten Feststoffe zur Trocknung mit heißer Luft durchströmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag oberflächenbeschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reibbeläge übereinander gelegt und übereinander gepresst werden, sodass daraus ein Reibbelag entsteht.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Reiboberfläche des Reibbelags als Abbildung der dreidimensional gestalteten Sieboberfläche gestaltet ist.
Reibbelag hergestellt mit einer Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass, die Reiboberfläche des Reibbelags als Abbildung der dreidimensional gestalteten Sieboberfläche gestaltet ist.
Reibbelag nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffanteil der bei der Herstellung des Reibbelags zugesetzten Bestandteile des Reibmaterials 35–80 Gewichtprozent Baumwollfaser, 1–10 Gewichtprozent Aramidfaser, 1–40 Gewichtprozent Siliciumdioxid, 5–30 Gewichtprozent Phenolharz und zur Papierherstellung übliche Verarbeitungshilfsmittel enthält.
Reibbelag nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass, die Reiboberfläche des Reibbelags als Abbildung der dreidimensional gestalteten Sieboberfläche gestaltet ist und eine glatte oder eine profilierte Oberfläche aufweist.