DE102012017874A1 - Method for producing a friction lining and friction lining - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags (14), insbesondere für nasslaufende Reibpaarungen, unter Verwendung der folgenden Schritte: Zunächst wird Belag-Rohmaterial (141), das ein aushärtbares Harz enthält, bereitgestellt. Dann wird ein erster Aushärtschritt vorgenommen, in welchem das Belag-Rohmaterial teilausgehärtet wird, so dass ein Zwischenmaterial (142) erhalten wird. Anschließend wird ein zweiter Aushärtschritt vorgenommen, in welchem das Zwischenmaterial (142) weiter ausgehärtet wird, wobei der zweite Aushärtschritt inhomogen über die Fläche des Reibbelags ausgeführt wird. Die Erfindung betrifft auch einen Reibbelag, insbesondere für nasslaufende Reibpaarungen, mit einem Träger (40) und einem darauf angebrachten Reibbelag (14) aus einem einzigen Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauigkeit des Reibbelags inhomogen istThe invention relates to a method for producing a friction lining (14), in particular for wet-running friction pairings, using the following steps: First, lining raw material (141) containing a hardenable resin is provided. Then, a first curing step is carried out, in which the coating raw material is partially cured, so that an intermediate material (142) is obtained. Subsequently, a second curing step is performed, in which the intermediate material (142) is further cured, wherein the second curing step is performed inhomogeneous over the surface of the friction lining. The invention also relates to a friction lining, in particular for wet-running friction pairings, with a carrier (40) and a friction lining (14) made of a single material, characterized in that the surface roughness of the friction lining is inhomogeneous
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags, insbesondere für nasslaufende Reibpaarungen, sowie einen solchen Reibbelag.The invention relates to a method for producing a friction lining, in particular for wet-running friction pairings, as well as such a friction lining.
Nasslaufende Reibpaarungen sind insbesondere vorhanden bei Synchronringen von Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge und bei Kupplungen, bei denen die Kupplungsscheiben in einem Ölbad laufen. Bei solchen Reibpaarungen wird häufig ein Reibbelag verwendet, der reibaktive Bestandteile (beispielsweise Karbonfasern) enthält, die in ein Matrixharz eingebettet sind. Das Harz kann in zwei Stufen ausgehärtet werden, wobei es in einem ersten Aushärtschritt teilausgehärtet wird, also in einen sogenannten B-Zustand versetzt wird, und in einem zweiten Aushärtschritt weiter ausgehärtet wird. Der erste Aushärtschritt kann dadurch erfolgen, dass das Belag-Rohmaterial durch einen Wärmeofen läuft. Der zweite Aushärtschritt kann in einem Heißpressvorgang erfolgen, in welchem das teilausgehärtete Belagmaterial in einen gewünschten Endzustand gebracht wird, beispielsweise auf eine vorbestimmte Dicke gepresst wird.Wet-running friction pairings are in particular present in synchronizer rings of manual transmissions for motor vehicles and in clutches in which the clutch discs run in an oil bath. In such friction pairings, a friction lining is frequently used which contains friction-active constituents (for example carbon fibers) embedded in a matrix resin. The resin can be cured in two stages, wherein it is partially cured in a first curing step, that is put in a so-called B-state, and is further cured in a second curing step. The first curing step can be carried out by running the coating raw material through a heating furnace. The second curing step can be carried out in a hot pressing operation, in which the partially cured covering material is brought into a desired final state, for example pressed to a predetermined thickness.
Ein solcher Reibbelag muss im Betrieb unterschiedliche Anforderungen erfüllen, die sich zum Teil widersprechen. Um unterschiedliche Drehzahlen der Bauteile der betrachteten Reibpaarung schnell aneinander anzugleichen, ist eine möglichst glatte Oberfläche des Reibbelags vorteilhaft, da eine glatte Oberfläche für eine hohe Anzahl an Kontaktpunkten von Belag- und Gegenreibfläche und somit für ein höheres Reibwertniveau sorgen. Betrachtet man dagegen das Kaltschaltverhalten insbesondere bei einem Synchronring, ist eine höhere Oberflächenrauigkeit hinsichtlich eines schnellen Reibwertaufbaus vorteilhaft; eine raue Oberfläche weist mehr Belagspitzen auf, die den zwischen den Reibflächen vorhandenen Ölfilm leichter durchbrechen und für eine gute Öldrainage aus dem Reibspalt sorgen. Diese sich widersprechenden Anforderungen sind auch auf dem in
Aus dem Diagramm ist zu sehen, dass für ein gutes Kaltschaltverhalten eine hohe Oberflächenrauigkeit vorteilhaft ist, während für einen hohen Reibwert bei normalen Betriebsbedingungen eine geringe Oberflächenrauigkeit anzustreben ist. Bisher musste, wenn ein einheitliches, durchgehendes Belagmaterial verwendet wird, die Oberflächenrauigkeit so eingestellt werden, dass sich ein guter Kompromiss zwischen den Reibwerten im Normalbetrieb und dem Kaltschaltverhalten ergibt. Zusätzlich wurde durch das Einbringen eines makrogeometrischen Nutbildes häufig versucht, die Öldrainage bzw. das Kaltschaltverhalten des Belages zu optimieren.It can be seen from the diagram that a high surface roughness is advantageous for a good cold switching behavior, while a low surface roughness is desirable for a high friction value under normal operating conditions. Previously, if a uniform, continuous covering material was used, the surface roughness had to be adjusted so that a good compromise between the coefficients of friction during normal operation and the cold switching behavior results. In addition, the introduction of a macrogeometric groove pattern was frequently used to optimize the oil drainage or the cold switching behavior of the lining.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags sowie einen Reibbelag zu schaffen, bei dem sich bessere Leistungen sowohl hinsichtlich des Reibwerts im Normalbetrieb als auch hinsichtlich des Kaltschaltverhaltens ergeben.The object of the invention is to provide a method for producing a friction lining and a friction lining, which results in better performance both in terms of the coefficient of friction during normal operation and in terms of cold switching behavior.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags, insbesondere für nasslaufende Reibpaarungen, vorgesehen, wobei die folgenden Schritte verwendet werden: Ein Belag-Rohmaterial, das ein aushärtbares Harz enthält, bereitgestellt. Es wird ein erster Aushärtschritt vorgenommen, in welchem das Belag-Rohmaterial ausgehärtet wird, sodass ein Zwischenmaterial erhalten wird. Später wird ein zweiter Aushärtschritt vorgenommen, in welchem das Zwischenmaterial weiter ausgehärtet wird, wobei der zweite Aushärtschritt inhomogen über die Fläche des Reibbelags ausgeführt wird. Auf diese Weise wird ein Reibbelag erhalten, der eingebaut in unterschiedlich ausgehärteten Zuständen vorliegt. „Unterschiedlich ausgehärtet” bedeutet, dass bei einem betrachteten Reibbelag Abschnitte mit einem ersten Aushärtzustand an Abschnitte mit einem zweiten Aushärtzustand angrenzen, wobei diese unterschiedlichen Abschnitte Teil eines durchgehenden Reibbelags sind. Diese Inhomogenität hinsichtlich des Aushärtzustands kann beispielsweise einem vorbestimmten Muster folgen.To achieve this object, the invention provides a method for producing a friction lining, in particular for wet-running friction pairings, wherein the following steps are used: a lining raw material which contains a hardenable resin. A first curing step is carried out in which the coating raw material is cured, so that an intermediate material is obtained. Later, a second curing step is performed, in which the intermediate material is further cured, wherein the second curing step is performed inhomogeneously over the surface of the friction lining. In this way, a friction lining is obtained, which is installed in different hardened states. "Hardened differently" means that in a considered friction lining sections with a first Aushärtzustand adjacent to sections with a second Aushärtzustand, these different sections are part of a continuous friction lining. This inhomogeneity with respect to the curing state may follow, for example, a predetermined pattern.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Grad des Aushärtens des Harzes eine Auswirkung auf die Rauigkeit der Oberfläche hat. Ein geringer Aushärtegrad bewirkt eine relativ glatte Oberfläche, die zu hohen Reibwerten führt. Ein hoher Aushärtegrad bewirkt eine raue Oberflächenstruktur, die zu einem sehr guten Kaltschaltverhalten führt. Erfindungsgemäß wird dieser Erkenntnis dazu genutzt, in ein und demselben Reibbelag nebeneinanderliegend unterschiedliche Rauigkeiten zu erzielen, indem der Reibbelag unterschiedlich ausgehärtet wird. Auf diese Weise ergeben sich auf dem Reibbelag Oberflächenabschnitte, die eine hohe Rauigkeit aufweisen und somit für ein gutes Kaltschaltverhalten sorgen, und Oberflächenabschnitte, die eine geringe Oberflächenrauigkeit aufweisen und daher ein höheres Reibwertniveau gewährleisten. Der inhomogene Aushärtzustand des Reibbelags kann dadurch erzielt werden, dass der zweite Aushärtschritt nur für einen Teil der Oberfläche des Zwischenmaterials durchgeführt wird. In diesem Fall verbleibt also ein Teil des Reibbelags in dem Aushärtzustand, der sich nach dem ersten Aushärtschritt ergibt (B-Zustand), und nur ein zweiter Teil wird weiter ausgehärtet. Alternativ ist auch möglich, dass der zweite Aushärtschritt für unterschiedliche Abschnitte der Oberfläche des Zwischenmaterials mit unterschiedlicher Intensität durchgeführt wird. Dies empfiehlt sich insbesondere dann, wenn der Aushärtzustand des Harzes, wie er sich nach dem ersten Aushärtschritt ergibt, nicht ausreichend ist, um die gewünschten Belageigenschaften hervorzubringen.The invention is based on the recognition that the degree of curing of the resin has an effect on the roughness of the surface. A low degree of curing causes a relatively smooth surface, which leads to high coefficients of friction. A high degree of curing causes a rough surface structure, which leads to a very good cold switching behavior. According to the invention, this knowledge is used to achieve different roughnesses next to each other in one and the same friction lining by curing the friction lining differently. In this way arise on the friction lining surface portions which have a high roughness and thus provide a good cold switching behavior, and surface portions that have a low surface roughness and therefore ensure a higher coefficient of friction. The inhomogeneous curing state of the friction lining can be achieved by carrying out the second curing step only for a part of the surface of the intermediate material. In this case, therefore, a part of the friction lining remains in the curing state, which results after the first curing step (B state), and only a second part will continue hardened. Alternatively, it is also possible for the second curing step to be carried out for different sections of the surface of the intermediate material with different intensity. This is particularly recommended when the curing state of the resin, as it results after the first curing step, is not sufficient to bring about the desired coating properties.
Der zweite Aushärtschritt besteht insbesondere darin, dem Zwischenmaterial Energie zuzuführen, wobei die Energiedichte, die auf das Zwischenmaterial einwirkt, inhomogen ist. Die Energie kann beispielsweise in der Form einer elektromagnetischen Strahlung zugeführt werden, insbesondere einer Infrarot-Strahlung. Es ist auch möglich, das Zwischenmaterial mit Heißluft zu beaufschlagen. Grundsätzlich ist auch denkbar, Elektronenstrahlen zu verwenden. In diesem Fall sind allerdings erhöhte Sicherheitsvorkehrungen nötig, da eine Abschirmung und das Einhalten besonderer Strahlenschutzvorschriften notwendig sind.The second curing step consists, in particular, in supplying energy to the intermediate material, the energy density acting on the intermediate material being inhomogeneous. The energy can be supplied, for example, in the form of electromagnetic radiation, in particular infrared radiation. It is also possible to apply hot air to the intermediate material. In principle, it is also conceivable to use electron beams. In this case, however, increased safety precautions are necessary because a shield and the compliance with special radiation protection regulations are necessary.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Schablone verwendet, um die Inhomogenitäten im zweiten Aushärtschritt zu erzeugen. Mit einer Schablone kann mit besonders geringem Aufwand ein Teil des Zwischenmaterials so abgeschirmt werden, dass die zugeführte Energie nur auf die übrigen Abschnitte wirkt.According to a preferred embodiment of the invention, a template is used to generate the inhomogeneities in the second curing step. With a template can be shielded with very little effort, a portion of the intermediate material so that the supplied energy acts only on the remaining sections.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Belagmaterial auf eine einheitliche Belagdicke heißgepresst wird. Dies gewährleistet, dass der Reibbelag trotz der unterschiedlichen Aushärtzustände eine einheitliche, durchgehend konstante Höhe aufweist.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the covering material is hot-pressed to a uniform lining thickness. This ensures that the friction lining, despite the different Aushärtzustände has a uniform, consistently constant height.
Das Belagmaterial kann fertig (aber inhomogen) ausgehärtet, zugeschnitten und dann auf einen Träger aufgebracht werden. In diesem Fall wird das Belagmaterial bahn- oder streifenförmig fertig hergestellt. Aus der Belagmaterialbahn wird der Reibbelag ausgeschnitten und dann in beispielsweise einen Synchronringträger eingeklebt. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass mit einem kontinuierlichen Herstellprozess für das Belagmaterial gearbeitet werden kann, wodurch sich geringe Herstellungskosten ergeben.The covering material can be finished (but inhomogeneously) cured, cut to size and then applied to a support. In this case, the covering material is finished in the form of sheets or strips. From the covering material web, the friction lining is cut out and then glued into, for example, a synchronizing ring carrier. The advantage of this method is that you can work with a continuous production process for the covering material, resulting in low production costs.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Zwischenmaterial zugeschnitten, auf einen Träger aufgebracht und dann in einem zweiten Aushärtschritt zu einem Reibbelag ausgehärtet wird. Bei diesem Herstellungsverfahren kann gewährleistet werden, dass in jedem einzelnen Produkt, beispielsweise jedem Synchronring, die Abschnitte des Reibbelags mit unterschiedlichem Aushärtgrad an derselben Stelle und auch im selben prozentualen Verhältnis zueinander vorhanden sind.Alternatively it can be provided that the intermediate material is cut to size, applied to a carrier and then cured in a second curing step to form a friction lining. In this manufacturing process it can be ensured that in each individual product, for example each synchronizer ring, the portions of the friction lining with different degrees of cure are present at the same point and also in the same percentage relationship to one another.
Erfindungsgemäß ist auch ein Reibbelag, insbesondere für nasslaufende Reibpaarungen, vorgesehen, mit einem Träger und einem darauf angebrachten Reibbelag aus einem einzigen Material, wobei die Oberflächenrauigkeit des Reibbelags inhomogen ist. Hinsichtlich der sich ergebenden Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.According to the invention, a friction lining, in particular for wet-running friction pairings, is provided with a carrier and a friction lining made of a single material, the surface roughness of the friction lining being inhomogeneous. With regard to the resulting advantages, reference is made to the above explanations.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:The invention will be described below with reference to various embodiments, which are illustrated in the accompanying drawings. In these show:
In
Das Belag-Rohmaterial
Nach Durchlaufen des Wärmeofens
Nach Abschluss des zweiten Aushärtschritts liegt ein Belagmaterial
In
Bei dem in den
Bei dem in den
In
Soweit gewünscht, kann auch beim Herstellungsverfahren gemäß
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