-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft einen insbesondere für eine Synchronisationsvorrichtung eines Stufengetriebes geeigneten Reibring nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Reibrings.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Ein gattungsgemäßer Reibring ist beispielsweise aus der
WO 2011/035806 A1 bekannt. Der Reibring ist Teil eines Synchronringpakets eines Schaltgetriebes. Das Synchronringpaket hat die Aufgabe, einen Kraftschluss zwischen mehreren rotierenden Teilen innerhalb des Schaltgetriebes herzustellen. Reibbeläge einzelner Synchronringe können duroplastische Werkstoffe aufweisen. Die Reibbelagmasse kann sich hierbei nicht nur an der Oberfläche des Synchronrings befinden, sondern auch in Durchbrechungen eines metallischen Grundkörpers, so dass eine mechanische Anbindung der Reibbelagmasse an den Grundkörper des Synchronrings gegeben ist. Die Durchbrechungen im metallischen Grundkörper des Synchronrings sind im Fall der
WO 2011/035806 A1 als Schlitze gestaltet, welche sich längs des Umfangs des Grundkörpers erstrecken.
-
Aus der
DE 10 2007 041 218 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen eines Belags auf eine Funktionsfläche eines zu einer Reibpaarung gehörenden Körpers bekannt. Der auf den Körper, nämlich Synchronring oder Zwischenring, aufgebrachte Belag wird hierbei durch Verwendung einer spritzgieß- und/oder spritzpressfähigen Kunststoffmasse hergestellt. Das Verfahren beinhaltet das Einlegen des unbeschichteten Körpers in ein zum Spritzgießen und/oder Spritzpressen geeignetes Werkzeug sowie eine Beaufschlagung der Kunststoffmasse mit Druck und Temperatur. Als Kunststoffmasse zum Ausbilden des Belags wird ein Duroplast verwendet. Die Duroplastmasse kann zerkleinerte Carbonfasern als Zuschlagsstoffe enthalten. Die Länge der Carbonfasern soll hierbei ausreichend gering sein, um den Formprozess nicht zu beeinträchtigen.
-
Aus der
DE 39 07 443 C2 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Reiblamelle bekannt, welche eben oder konisch geformt sein kann. Auch in diesem Fall wird der Reibbelag unter Druck- und Temperatureinwirkung direkt auf einem metallischen Rohling erzeugt. Das Reibmaterial kann unter anderem Epoxidharz und Graphit enthalten.
-
Die
DE 10 2007 058 573 A1 offenbart einen Synchronring eines Wechselgetriebes, welcher mit einem Kunststoffmaterial umspritzt ist, das als Reibbelag dient. Hierbei kann eine Innenfläche des Synchronrings mit einem anderen Kunststoffmaterial umspritzt sein als eine Außenfläche des Synchronrings. Zur Zusammensetzung des Kunststoffmaterials enthält die
DE 10 2007 058 573 A1 keine Angaben. Durch das Umspritzen des Synchronrings mit dem Reibbelag können Anschlagflächen ausgebildet werden, welche unter anderem zum Anschlag eines Vorsynchronisationselements verwendet werden können.
-
Die
DE 10 2007 041 218 A1 offenbart ein Verfahren zum Aufbringen eines Belages auf eine Funktionsfläche eines zu einer Reibpaarung gehörenden Körpers. Zur Herstellung des Belages wird hierbei eine spritzgieß- und/oder spritzpressfähige Kunststoffmasse verwendet. Zum Ausbilden des Belags soll eine Duroplastmasse geeignet sein, welche ein Bindemittel sowie Zuschlagstoffe enthält. Im Rahmen der Herstellung eines Synchronrings wird ein zunächst unbeschichteter Metallring derart in einem Spritzpresswerkzeug positioniert, dass eine Kavität entsteht, deren Geometrie der Geometrie eines auszubildenden Reibbelages entspricht. Nachdem der Duroplast in dem Werkzeug ausgehärtet oder zumindest soweit erhärtet ist, das dessen Form nicht mehr änderbar ist, wird das Spritzpresswerkzeug geöffnet und der beschichtete Synchronring mit Hilfe eines Pressstempels entnommen. Anschließend können nicht benötigte Duroplastteile abgetrennt werden.
-
Die
EP 0 386 652 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Reiblamelle, welche aus einem flachen, metallischen Stützkörper und Reibbelägen an seiner Oberseite und seiner Unterseite aufgebaut ist. Die Reibbeläge bestehen aus einer kunstharzgebundenen Reibpulvermischung. Mit Hilfe eines Beschichtungs- und Presswerkzeuges werden pulverförmige Reibmaterialschichten beidseits an den Stützkörper angepresst. Eine Haftschicht, welche die Haftung der Reibbeläge an den Stützkörper verbessern soll, kann aus Phenol- oder Epoxidharz bestehen. Bei dem mit dem Reibbelag versehenen Stützkörper handelt es sich zunächst um einen transportfähigen Pressling. Dieser kann in einer Heizeinrichtung ein bis fünf Minuten lang auf 70 bis 130 °C gebracht werden, wobei der Kleber aus Phenol- oder Epoxidharz geschmolzen wird.
-
Aus der
DE 197 12 203 B4 ist ein im Wesentlichen kreisringförmiger Reibbelag bekannt, welcher für Kupplungsscheiben oder Bremsen in Kraftfahrzeugen geeignet ist. Hierbei ist auf ein im Wesentlichen kreisringförmiges Trägerelement ein Reibmaterial aufgebracht, wobei der Reibbelag Aufnahme- oder Umformbereiche zur Befestigung des Reibbelags an einem Befestigungselement aufweist. Das Trägerelement ist - in axialer Richtung betrachtet - im Wesentlichen im Reibmaterial über den Herstellprozess zur besseren Verbindung und Anbindung des Reibmaterials an das Trägerelement eingeformt. Das Trägerelement kann aus Metall, beispielsweise Stahl oder Aluminium, oder aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, hergestellt sein.
-
Aus der
DE 43 40 464 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Reibrings bekannt, bei welchem von einem ebenen Blechzuschnitt ausgegangen wird. Auf den Blechzuschnitt wird eine Pulvermischung aufgebracht, die mit einem Kunstharzbindemittel vermischt ist. Nach dem teilweise Abbinden der auf dem Blechzuschnitt aufgebrachten Reibbelagmischung wird der Blechzuschnitt zu einem konischen oder zylindrischen Tragring verformt. Erst nach dem Umformen des Blechzuschnittes zum Tragring erfolgt die Aushärtung des Kunstharzbindemittels in der Reibbelagmischung. Als Kunstharzbindemittel sind unter anderem Epoxidharze und Phenolharze genannt.
-
In der
US 6,279,712 B1 sowie in der
GB 322,876 A sind verschiedene Bauformen von Kupplungsscheiben offenbart, welche jeweils tragende Metallringe aufweisen, die durch verschiedene Aussparungen strukturiert sind.
-
In der nachveröffentlichten
DE 10 2012 214 345 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Blech gefertigten Synchronrings beschrieben, bei welchem ein ebener Blechvorformling des Synchronrings im Bereich einer späteren Reibfläche mit einem vorvernetzten Duroplasten beaufschlagt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Synchronring umgeformt; abschließend wird der Duroplast durch eine Wärmebehandlung zu einem Reibbelag vollständig ausgehärtet.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Reibringe mit metallischem Grundkörper und hierauf direkt erzeugtem Reibbelag gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich Dauerhaltbarkeit bei gleichzeitig rationeller Herstellbarkeit weiterzuentwickeln.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Reibring mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Reibrings mit den Merkmalen des Anspruchs7. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Reibring erläuterte Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für das Herstellungsverfahren und umgekehrt.
-
Der Reibring weist in an sich bekanntem Grundaufbau einen metallischen Grundkörper sowie einen aus einer duroplastischen Schüttpressmasse direkt hierauf erzeugten Reibbelag auf. Der Reibbelag bedeckt nahtfrei eine konische Oberfläche des Grundkörpers. Erfindungsgemäß weist der Grundkörper als Durchgangsöffnungen ausgebildete Aussparungen auf, in welche der Reibbelag formschlüssig eingreift. Hierdurch ist eine dauerhaft feste Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Reibbelag selbst ohne zusätzliche Klebemittel gegeben. Die Aufbringung eines Klebstoffs auf die zu beschichtende Oberfläche des Grundkörpers kann jedoch optional, in Abhängigkeit von den Eigenschaften der den Reibbelag bildenden Schüttpressmasse, vorgesehen sein.
-
Die Aussparungen im Grundkörper können beispielsweise als durchgehende Bohrungen gestaltet sein. Ebenso können Aussparungen durch eine kammförmige Kontur des Grundkörpers gebildet sein. In beiden Fällen ist durch die Aussparungen eine mechanische Verankerung des Reibbelags im Grundkörper gegeben. Ein zusätzlicher Nutzen der Aussparungen liegt darin, dass bei der Formung des Reibbelags überschüssige Schüttpressmasse zu einem nicht exakt festgelegten Anteil in die Aussparungen eindringen kann, sodass diese auch ein Ausgleichsvolumen darstellen, welches im Rahmen der Serienfertigung unvermeidbare Toleranzen, insbesondere was die Menge der verwendeten Schüttpressmasse betrifft, ausgleicht.
-
Die entweder eine geschlossene Kontur aufweisenden, als Bohrungen ausgebildeten, oder eine offene Kontur aufweisenden, beispielsweise bogenförmig gestalteten, Ausnehmungen weisen eine in Tangetialrichtung des im wesentlichen ringförmigen Grundkörpers gemessene Weite auf, welche mehr als die Wandstärke des Grundkörpers in einem eine Aussparung begrenzenden, das heißt in Umfangsrichtung zwischen zwei Aussparungen liegenden, Bereich beträgt. Beispielsweise beträgt die Weite jeder Aussparung mehr als das Doppelte der Wandstärke des Grundkörpers.
-
Eine orthogonal zur Weite, längs einer die konische Oberfläche des Grundkörpers tangierenden, dessen Symmetrieachse schneidenden Gerade gemessene Tiefe der Aussparung ist mindestens so groß wie die Weite der Aussparung. Im Fall von kreisrunden Aussparungen ist die Weite jeder Aussparung, das heißt deren Durchmesser, gleich groß wie deren Tiefe. Bei Aussparungen ohne geschlossenen Rand, beispielsweise Aussparungen, die eine kammförmige Kontur bilden, ist die im Wesentlichen in Axialrichtung des Grundkörpers gemessene Tiefe der Aussparungen vorzugsweise größer als deren in Tangentialrichtung des im Wesentlichen ringförmigen Grundkörpers gemessene Weite. In bevorzugter Ausgestaltung weisen offene Aussparungen eine sich zur ihrer Öffnung hin verjüngende Kontur. Benachbarte Aussparungen voneinander trennende, die Kammstruktur beschreibende Zähne des Grundkörpers weisen dementsprechend eine nach vorne zunehmende Breite auf.
-
Sowohl im Fall kreisrunder Aussparungen als auch bei sonstigen Aussparungen ist aus der konischen, durch den Reibbelag bedeckten Oberfläche des Grundkörpers durch die Ausnehmungen vorzugsweise ein Flächenanteil von mindestens 20 % herausgenommen.
-
Die Oberfläche des auf dem Grundkörper befindlichen Reibbelags kann entweder glatt oder strukturiert sein. Eine Strukturierung kann entweder nach der Herstellung des Reibbelags in einem gesonderten Verfahrensschritt oder unmittelbar bei der Formung des Reibbelags aus der Schüttpressmasse erfolgen. Im letztgenannten Fall weist ein zur Herstellung des Reibbelags auf dem Grundkörper verwendetes Werkzeug eine Strukturierung auf, welche die Oberflächenstrukturierung des späteren Reibbelags vorgibt. Die Oberflächenstrukturierung kann beispielsweise in Form einer Axialnutung gegeben sein. Ebenso können ringförmige Nuten oder Gewinde, sogenannte Waffelmuster oder eine Rändelstruktur in die Oberfläche des Reibbelags eingebracht sein. Durch derartige Strukturen wird in an sich bekannter Weise der Abfluss von Öl im Reibkontakt begünstigt.
-
Der Reibring kann entweder als einseitig beschichteter Ein-Konus-Ring oder als beidseitig beschichteter Doppel-Konus-Ring gestaltet sein. Im Fall eines doppelseitig auf den Grundkörper aufgebrachten Reibbelags bildet dieser vorzugsweise eine unterbrechungsfreie Beschichtung, welche sich von einer Seite des metallischen Grundkörpers auf die andere Seite des metallischen Grundkörpers erstreckt und hierbei auch eine Stirnseite des Grundkörpers bedeckt. Diese Beschichtung ist in einem einzigen Arbeitsgang herstellbar.
-
Der Grundkörper des Reibrings ist besonders rationell spanlos als Blechteil herstellbar. Alternativ ist auch eine Herstellung des Grundkörpers als Sinterteil oder durch spanabhebende Bearbeitungsverfahren möglich. Ebenso sind Fertigungsverfahren realisierbar, die eine spanlose Metallumformung und eine Zerspanung kombinieren. In allen Fällen handelt es sich bei dem Grundkörper vorzugsweise um ein einstückiges Metallteil, welches beispielsweise an seinem Außenumfang eine Verzahnung und/oder Mitnehmerkontur aufweisen kann.
-
Als Schüttpressmasse, aus welcher der Reibbelag gebildet wird, ist ein Material verwendbar, wie es beispielsweise auch bei sogenannten Friction-Pad-Systemen zum Einsatz kommt. Eine Reibpaarung einer Synchronisationseinrichtung mit einem Friction-Pad-System ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 022 347 A1 bekannt. Die Schüttpressmasse ist eine duroplastische Masse, welche beispielsweise Epoxidharz oder ein Phenol-Novolak als duroplastisches Bindemittel enthält. Ein Novolak ist ein Phenolharz mit einem Formaldehyd-Phenol-Verhältnis kleiner als 1:1.
-
Der aus der Schüttpressmasse gebildete Reibbelag enthält vorzugsweise 5 - 15 % Fasern eines ersten Typs und 50 - 70 % Kohlenstoffpartikel, etwa in der Form von Ruß und/oder Graphit. Prozentangaben sind stets als Gewichtsprozent zu verstehen. Bei den Fasern des ersten Typs kann es sich beispielsweise um Kohlenstofffasern oder um PAN (Polyacrylnitril)-Fasern handeln. Die Verwendung solcher Fasern in Reibungsmaterialien ist prinzipiell bekannt; beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die
EP 1 394 438 B1 sowie auf die
EP 0 647 793 B1 verwiesen. Der Reibbelag enthält in bevorzugter Ausgestaltung weiterhin jeweils bis zu 10 % Wolframpulver und/oder Kupferpulver. Die Verwendung von Wolfram und Kupfer in einem Reibbelag ist prinzipiell beispielsweise aus der
DE 1 202 076 B bekannt. Ferner können in dem Reibbelag Aramidfasern in einer Konzentration von bis zu 5 % enthalten sein. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die
DE 39 30 402 C2 verwiesen.
-
Der Reibring ist nicht nur als Komponente einer Synchronisationsvorrichtung eines Stufengetriebes, sondern beispielsweise auch als Komponente einer Kupplung oder Bremse gestaltbar. Im Vergleich zu Friction-Pad-Systemen hat der erfindungsgemäße Reibring zum einen den Vorteil einer wesentlich größeren Reibfläche. Zum anderen ist aufgrund des einstufigen Fertigungsverfahrens des Reibbelags und der drastisch verkürzten Toleranzketten eine wesentlich höhere geometrische Präzision, insbesondere unter Bedingungen der Serienfertigung, erreichbar.
-
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teilweise in schematisierter Darstellung:
-
Figurenliste
-
- 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Reibrings einer Synchron isationsvorrichtu ng,
- 3 bis 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Reibrings.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
-
Einander entsprechende oder gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele.
-
Ein in den Figuren in zwei verschiedenen Ausgestaltungen dargestellter Reibring
1 ist in jedem Fall Teil einer nicht weiter dargestellten Synchronisationseinrichtung, hinsichtlich deren Funktion auf den genannten Stand der Technik, insbesondere auf die Dokumente
DE 10 2010 022 347 A1 und
DE 10 2007 058 573 A1 , verwiesen wird. Der Reibring
1 setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, nämlich einem metallischen Grundkörper
2 und einem mit diesem fest verbundenen Reibbelag
3, wobei in
1 sowie in den
3 und
4 lediglich der Grundkörper
2 dargestellt ist.
-
Der Reibbelag 3 befindet sich in beiden Ausführungsbeispielen auf einer konischen Oberfläche 4 des Grundkörpers 2. In der konischen Oberfläche 4 befinden sich Aussparungen 5, welche im ersten Ausführungsbeispiel eine kammförmige Kontur an einer Stirnseite des Grundkörpers 2 bilden und im zweiten Ausführungsbeispiel in Form von Bohrungen vorliegen, die den Grundkörper 2 durchdringen. In beiden Ausführungsbeispielen ist der Grundkörper 2 einschließlich der jeweiligen Aussparungen 5 durch einen Umformprozess aus Blech hergestellt.
-
Die in Umfangsrichtung gemessene Weite der Aussparungen 5, welche im ersten Ausführungsbeispiel dem maximalen Abstand zwischen einzelnen Zähnen 6 der kammförmigen Kontur an der Stirnseite des Grundkörpers 2 und im zweiten Ausführungsbeispiel dem Bohrungsdurchmesser entspricht, ist mit W bezeichnet. Die Wandstärke des Grundkörpers 2 in dessen konisch geformtem, die Aussparungen 5 aufweisenden Bereich ist mit D bezeichnet und beträgt weniger als die Weite W der Aussparungen 5. Wie aus 1 hervorgeht, verbreitern sich die Zähne 6 nach vorne, das heißt zur Stirnseite des Grundkörpers 2 hin, so dass sich jede Aussparung 5 zu ihrer Öffnung hin verjüngt. Die mit T bezeichnete Tiefe jeder Aussparung 5 wird senkrecht zur Weite W, längs einer die konische Oberfläche 4 tangierenden, die Symmetrieachse S schneidenden Gerade gemessen und ist im ersten Ausführungsbeispiel größer als die Weite W.
-
Durch die relativ großflächigen Aussparungen 5 im Grundkörper 2 sind Hohlräume bereitgestellt, welche sowohl der Verankerung des Reibbelags 3 im Grundkörper 2 dienen, als auch ein Ausgleichsvolumen bereitstellen, welches beim Aufbringen einer den Reibbelag bildenden duroplastischen Masse auf den Grundkörper zwar weitgehend, aber nicht notwendigerweise vollständig ausgefüllt wird. Die duroplastische Masse enthält ein Phenol-Novolak als Bindemittel sowie Kohlenstoffpartikel und Fasern, nämlich Kohlenstofffasern und/oder PAN-Fasern als weitere Bestandteile. Eine feste, formschlüssige Verankerung des Reibbelags 3 im Grundkörper ist auch dann gegeben, wenn dieser nicht alle Aussparungen 5 vollständig ausfüllt. Wesentlich bedeutsamer als der Grad der Ausfüllung der Aussparungen 5 durch den Reibbelag 3 ist die Lage und Struktur seiner Reiboberfläche. Hierbei spielt ein im Rahmen der Herstellung des Reibbelags 3 verwendetes Werkzeug eine Rolle, auf welches noch näher eingegangen werden wird.
-
Verschiedene mögliche Strukturierungen 7 der Oberfläche des Reibbelags 3 sind in 2 anhand des ersten Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Oberflächenstrukturierungen 7 dieser Art sind auch beim zweiten Ausführungsbeispiel denkbar. Bei beiden Ausführungsbeispielen sind an den Grundkörper 2 Mitnehmernocken 8 angeformt.
-
Ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen liegt, neben der unterschiedlichen Gestaltung der Aussparungen 5, darin, dass im ersten Ausführungsbeispiel der Reibbelag 3 den Grundkörper 2 beidseitig bedeckt, während beim Ausführungsbeispiel nach den 3 bis 5 der Reibbelag 3 nur einseitig, nämlich auf der Innenseite, auf den Grundkörper 2 aufgebracht ist. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Verzahnung 9 des Grundkörpers 2 erkennbar, mit welcher der Reibring 1 in ein weiteres Bauteil der nicht weiter dargestellten Synchronisationsvorrichtung eingreifen kann.
-
In beiden Fällen wird der Reibring 1 hergestellt, indem der jeweilige Grundkörper 2 in ein vorgeheiztes Werkzeug eingelegt wird, das die Gestalt des späteren Reibbelags 3 bestimmt. Zur Herstellung des Reibbelags 3 wird die duroplastische Masse in Form einer Schüttpressmasse verwendet, welche in eine durch das Werkzeug zusammen mit dem Grundkörper 2 gebildete Kavität eindosiert wird. Ist die Kavität mit der Schüttpressmasse befüllt, so wird diese unter Einwirkung von Druck und Temperatur verfestigt, wobei die einzustellenden Prozessparameter von den Bestandteilen der Schüttpressmasse abhängen. Die bei der Verfestigung der Schüttpressmasse in der Kavität anzuwendende Temperatur liegt beispielsweise zwischen 150°C und 200°C.
-
Nach der Verfestigung der Schüttpressmasse innerhalb des Werkzeugs wird der Grundkörper 2, auf welchem sich die Schüttpressmasse nunmehr formstabil befindet, aus dem Werkzeug entnommen und in einem abschließenden Verfahrensschritt in einem Ofen gehärtet. Bei diesem Härtevorgang, bei welchem aus der Schüttpressmasse endgültig der Reibbelag 3 entsteht, herrscht eine Temperatur, die um einige 10 K über der bei der Verdichtung innerhalb des Werkzeugs angewandten Temperatur liegt.
-
Eine Nachbearbeitung des aus der Schüttpressmasse gebildeten Reibbelags 3 ist in typischen Anwendungsfällen nicht erforderlich. Durch die feste, formschlüssige Verbindung zwischen dem Reibbelag 3 und dem Grundkörper 2, welche in einem einzigen Verfahrensschritt im Zuge der Formung des Reibbelags 3 hergestellt wird, ist eine äußerst kurze Toleranzkette gegeben. Der Reibring 1 ist damit mit geringsten Toleranzen großtechnisch fertigbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Reibring
- 2
- Grundkörper
- 3
- Reibbelag
- 4
- konische Oberfläche
- 5
- Aussparung
- 6
- Zahn
- 7
- Oberflächenstrukturierung
- 8
- Mitnehmernocke
- 9
- Verzahnung
- D
- Wandstärke des Grundkörpers
- S
- Symmetrieachse
- T
- Tiefe einer Aussparung
- W
- Weite einer Aussparung
