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Die Erfindung betrifft ein Reibbelag und Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags mit den Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8.
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Reibbeläge werden beispielsweise in trockenlaufenden Kupplungen, beispielsweise in trockenlaufenden Doppelkupplungen eingesetzt. Dabei wird der Reibbelag in Reibkupplungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei der Reibbelag auf einer Kupplungsscheibe aufgenietet ist, um mit einem Gegenelement im gekuppeltem Zustand eine Kraftübertragung zwischen einem Motor und einem Getriebe zu ermöglichen und bei geöffneter Kupplung die Kraftübertragung zu unterbrechen. An die Reibbeläge werden hohe Anforderungen gestellt. Insbesondere soll der Kupplungsbelag eine hohe Berstdrehzahl aufweisen, um nicht durch Fliehkräfte zerstört zu werden, einen hohen Reibwert besitzen, mit dem ein großes Drehmoment übertragen werden kann, sowie dabei verschleißarm und widerstandsfähig sein. Trotzdem sollen die Kupplungsbeläge möglichst einfach und kostengünstig herstellbar sein.
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Im Stand der Technik existieren nun gewickelte Reibbeläge, die über eine umlaufende Faserwicklung verfügen. Zur Erhöhung der Berstfestigkeit wird mit einem Bindemittel imprägniertes Garnmaterial in Umfangsrichtung wellenförmig in mehreren flachen Lagen angeordnet. Die Windungen des Strangmaterials können dabei radial innere und radial äußere Umkehrbereiche aufweisen. Das Wickeln geschieht zumeist mit Hilfe einer Wickelmaschine, wobei pro Umlauf in Umfangsrichtung eine Lage oder mehrere Lagen gewickelt werden. Solch ringscheibenförmig gewickeltes Garnmaterial wird als Wickling oder Vorpressling bezeichnet. Zur Verbesserung der Reibbelageigenschaften kann ein Wickling auch aus mehreren Lagen bzw. Schichten unterschiedlicher Typen imprägnierten Garns aufgebaut sein. Die Wicklinge können mehrere Schichten beinhalten. Durch den Pressvorgang werden die Schichten miteinander verbunden und bilden so hinterher einen Reibbelagverbund, bei dem keine Schichten mehr erkennbar sind. Die Reibbeläge werden durch das Pressen der Wicklinge gebildet.
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Aus der
US 2009/0053502 A1 ist ein Reibbelag bekannt, der mehrere Schichten aufweist. Dieser Reibbelag bzw. Kupplungsbelag wird in Reibungskupplungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei der Reibbelag auf einer metallischen Trägerplatte bzw. Kupplungsscheibe aufgenietet wird. Die Trägerplatte dient der Aufnahme des ringförmigen Reibbelags und nicht der Erhöhung der Berstdrehzahl. Der Reibbelag weist ein Reibteil und ein Verstärkungsteil auf, wobei das Reibteil eine Reibungsfläche bildet und das Verstärkungsteil aus einem Verstärkungsgarn gewickelt ist. Das Reibteil ist aus einem Reibgarn gewickelt. Das Reibgarn weist bessere Reib- und/oder Verschleißeigenschaften als das Verstärkungsgarn auf. Das Reibteil ist mit einem Reib-Wickelverhältnis und das Verstärkungsteil ist mit einem beispielsweise anderen Verstärkungs-Wickelverhältnis gewickelt. Das Reib-Wickelverhältnis ist größer oder gleich dem Verstärkungs-Wickelverhältnis. Das Verstärkungsteil weist eine höhere Berstdrehzahl als das Reibteil auf. Das Reibteil und das Verstärkungsteil werden bei der Herstellung mit dem gleichen Bindemittel durchmischt, wodurch eine feste Einheit, nämlich ein Verbund, entsteht. Bei dem Herstellungsverfahren wird auf die aus dem Verstärkungsgarn gewickelte Wicklung des Verstärkungsteil eine Wicklung des Reibteils aus einem Reibgarn wellenförmig gewickelt, wobei die Garne beider Wicklungen vor dem Wickeln mit einer einheitlichen Imprägnierlösung imprägniert und anschließend getrocknet werden, damit die aus den beiden Wicklungen bestehende Wicklinge zeit- und temperaturgesteuert gepresst und dann für mehrere Stunden bei 200 bis 300 °Celsius gehärtet und schließlich zur Fertigstellung des zweischichtigen Reibbelags geschliffen und gebohrt werden können.
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Aus der
WO 2008/148366 A1 ist ein Reibbelag sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags bekannt. Dieser Reibbelag soll eine Verbesserung hinsichtlich der Drehzahlfestigkeit und der Formstabilität aufweisen. Der Reibbelag wird aus mindestens einem Wickling hergestellt. Der Wickling besteht aus mehreren Lagen eines imprägnierten Garns mit mehreren Schichten. Der Wickling wird aus einer vorgegebenen Anzahl von zwei abwechselnd aufeinander folgenden Schichten gewickelt. Dabei wird die eine Schicht aus einer ersten vorgegebenen Anzahl Spiralen gewickelt, welche je eine vorgegebene Anzahl von Windungen aufweisen. Die andere Schicht wird aus einer zweiten vorgegebenen Anzahl von sternförmigen gewickelten Lagen gewickelt. Die Anzahl von zwei abwechselnd aufeinander folgenden Schichten liegt zwischen 1 und 100. Die beiden äußeren Schichten weisen den gleichen Schichttyp auf.
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Aus der gattungsbildenden
DE 10 2014 209 672 A1 ist ein mehrschichtiger gewickelter Reibbelag bekannt, wobei der Reibbelag ein Reibteil und ein Verstärkungsteil aufweist. Das Verstärkungsteil weist ein Gewebe auf. Das Gewebe besteht aus Faserbündeln, die Kette und Schuss verwebt sind; zusätzlich können spiralförmig angeordnete Faserbündel im Gewebe angeordnet sind. Das Gewebe kann aus Glasfaser- oder Kohlefaserbündeln mit oder ohne Imprägnierung, zum Beispiel Phenolharz bestehen. Das Reibteil weist ebenfalls gewickelte Fasern auf. Ferner wird ein dreischichtiger Aufbau des Reibbelags vorgeschlagen, wobei ein zusätzliches Trägerteil mit gewickelten Fasern vorhanden ist. Das Verstärkungsteil mit dem Gewebe ist dabei zwischen dem Reibteil und dem Trägerteil angeordnet. Durch das zusätzliche Trägerteil soll die Festigkeit des Reibbelags weiter erhöht werden.
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Aus der
WO 2015/058756 A1 ist ein mehrschichtiger Reibbelag, insbesondere ein zweischichtiger Kupplungsbelag mit einer Trägerschicht und mit einer Reibschicht bekannt. Die Reibschicht weist eine Reibfläche auf. Die Trägerschicht weist mindestens eine radiale Erweiterung auf, um die Berstfestigkeit zu erhöhen. Die Trägerschicht und die Reibschicht haben jeweils die Gestalt von Kreisringscheiben in einem vorzugsweise rechteckigen Ringquerschnitt. Die Trägerschicht hat eine größere Ausdehnung in radialer Richtung. Die radiale Erweiterung der Trägerschicht ist als umlaufender Absatz ausgeführt. Dieser radiale Absatz kann auch als radialer Überstand bezeichnet werden.
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Aus der
DE 75 37 664 U ist ein mindestens zweischichtiger Reibbelag für Kupplungen bekannt. Der Reibbelag ist insbesondere als Asbestreibbelag ausgeführt. Der Reibbelag weist nun einen Schutzanstrich aus einem Zellulosebindemittel, Pigmenten, einem Antikorrosionmittel und einem Lösungsmittel auf. Zur Herstellung wird der Kupplungsbelag auf der Basis von imprägnierten gerollten Asbestfäden mit einem Anstrich bestrichen.
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Ferner existieren massegepresste Reibbeläge, bei denen ein Garn feingeschnitten an einer Harzmatrix eingebettet ist. Massegepresste Reibbeläge sind weniger stabil bezüglich der Berstdrehzahlfestigkeit und werden daher insbesondere mit einem Blech verstärkt. Das Blech kann auf den Belag geklebt sein oder das Blech wird in den Belag eingearbeitet. Die Verwendung dieses Bleches erhöht die Masse des Reibbelags und damit auch der Kupplungsscheibe und führt zu erhöhten Produktionskosten. Der massegepresste und organisch gebundene Reibbelag weist im Wesentlichen zwei Unterschiede zu dem gewickelten Reibbelag auf. Die Verstärkungsfasern werden ungerichtet als untergemischte Stapelfasern in den Reibbelag eingebracht statt gerichtet in Form von Garnen. Ferner besteht das Duroplast-Elastomer-Compound in der Regel aus einer trockenen Pulvermischung statt aus einer flüssigen Lösung. Die flüssige Lösung kommt in lösemittelhaltigen Verfahren zur Ummantelung des Garns zum Einsatz. Alternativ kann der Einsatz einer flüssigen Lösung durch Erweichen und Umformen des Garns ersetzt werden. Ein Stahlblech im Reibbelag stellt die Formstabilität und die Festigkeit sicher. Alternativ kann der Reibbelag auf ein Blech aufgebracht werden.
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Aus der
EP 2 600 024 A1 sind ein Reibbelag und ein Herstellungsverfahren für einen Reibbelag bekannt. Der Reibbelag wird durch einen Pressvorgang hergestellt, wobei der Harzanteil und der Glasfaseranteil variiert. An zu bohrenden Bereichen erfolgt eine Anreicherung des Glaserfaseranteils durch Verdrängung des Harzanteils.
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Der gattungsbildende Reibbelag hat den Nachteil, dass das Reibungsverhalten durch Feuchtigkeitsaufnahme negativ beeinflusst sein kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dass gattungsbildende Verfahren und den gattungsbildenden derart auszugestalten, dass das Reibungsverhalten verbessert ist.
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Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe werden nun durch ein Reibbeleg und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8 gelöst.
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Die Reibschicht ist zumindest teilweise massegepresst. Die Reibschicht weist zumindest teilweise massegepresste Bestandteile auf, wobei in einer Matrix der Reibschicht angeordnete, zerkleinerte Garnbestandteile enthalten sind. Durch diese Kombination sind die tribologischen Eigenschaften der massegepressten Reibbeläge mit der Erhöhung der Berstfestigkeit von gewickelten Belägen mit einer Tragschicht ohne das Einfügen eines Träger- bzw. Versteifungsbleches ermöglicht. Der Einfluss einer Feuchtigkeitsaufnahme auf das Reibungsverhalten kann vermindert sein. Hierdurch ist das Reibungsverhalten verbessert.
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Die Wicklung übernimmt die Versteifungsfunktion des Versteifungsblechs. Die gewickelte Tragschicht wird aus einem Garn gewickelt und die Wicklung danach in einer Umhüllung aus einer Matrix eingebettet. Die Matrixbereich der Tragschicht kann dabei in einer Ausgestaltung keine zerkleinerten Fasern aufweisen. In alternativer Ausgestaltung weist der der Tragschicht zugeordnete Matrixbereich ebenfalls ungeordnete Garnbestandteile auf.
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Die Reibschicht ist zumindest teilweise massegepresst. Die Reibschicht weist eine Matrix auf, wobei in die Matrix vorzugsweise zerkleinerte Garnbestandteile eingebettet sind. Es kann eine massegepresste Verarbeitung zumindest eines Teils der Reibschicht erfolgen. Es kann in einer bevorzugten Ausgestaltung eine massegepresste Verarbeitung der kompletten Reibschicht erfolgen.
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Die Oberfläche der Reibschicht weist die Optik eines rein massegepressten Reibbelags auf. Insbesondere ist die Optik durch die Matrix mit den zerkleinerten Garnbestandteilen geprägt. Es sind insbesondere an der Oberfläche der Reibschicht keine Wicklungsstränge oder dgl. zu erkennen. Die Rückseite der Tragschicht ist in diesen beiden Fällen insbesondere durch die Wicklung gebildet. An der Rückseite ist hierbei vorzugsweise keine durch die Matrix bedingte Oberflächenstruktur erkennbar.
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Ferner ist es denkbar, dass sich die Matrix mit den zerkleinerten Garnbestandteilen nicht nur in der Reibschicht, sondern zusätzlich auch in der Tragschicht erstreckt. Hierbei weist die Rückseite, d.h. die Oberfläche der Tragschicht erkennbar eine Optik auf, die nicht rein durch die Wicklung hervorgerufen ist, sondern es sind auch zusätzlich auch Matrixbestandteile erkennbar.
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Die Tragschicht kann ungeordnete Garnbestandteile aufweisen, so dass das gleiche Matrixmaterial auch zur Einbettung der Wicklung der Tragschicht verwendbar ist. Die Tragschicht kann jedoch insbesondere weniger zerkleinerte Garnbestandteile als die Reibschicht enthalten.
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In der Gesamten oder in zumindest einem Teil der Tragschicht sind in anderer Ausgestaltung keine zerkleinerten Garnbestandteile vorhanden, hierbei wird ein anderes Matrixmaterial zur Herstellung der Tragschicht verwendet.
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Alternativ kann auch die Reibschicht zusätzlich eine Wicklung insbesondere mit weniger Windungen bzw. Lagen aufweisen. Die Oberfläche der Reibschicht weist dabei die Optik eines massegepressten Reibbelags auf, wobei jedoch auch einzelne Wicklungsstränge in die Reibschicht ragen und auch an der Oberfläche in der Matrix sichtbar sind oder sein können.
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Der Matrixbereich der Reibschicht weist ungeordnete Garnbestandteile auf. Werden nun diese Garnbestandteile der Reibschicht teilweise oder ganz in die Matrix des Gesamtbelages oder nur in den Matrixbereich der Reibschicht eingebracht, kann die Reibschicht zur variablen Anteilen massegepresst ausgeführt sein.
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Die Reibschicht kann ferner neben den ungeordneten Garnbestandteilen eine Wicklung mit einer oder mehreren Lagen aufweisen, um die Reibeigenschaften zusätzlich zu verbessern. Die Wicklung in der Reibschicht weist dabei weniger Windungen als die Wicklung der Tragschicht auf, um die Vorteile einer massegepressten Reibschicht zu erhalten.
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Diese Wicklung der Reibschicht kann aus einem Reibgarn und die Wicklung der Tragschicht kann aus einem Verstärkungsgarn hergestellt sein. Es ist denkbar, diese beiden Wicklungen miteinander zu verbinden. Ferner kann sich die Wicklung des Verstärkungsgarns bis in die Reibschicht erstrecken, ohne dass ein extra Reibgarn für eine weitere Wicklung in der Reibschicht verwendet wird.
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Der Reibbelag kann mit einer Kupplungsscheibe verbunden werden, wobei die Kupplung vorteilhafterweise eine trockenlaufende Kupplung ist, insbesondere eine Doppelkupplung. Die Verbindung könnte mit Nieten oder Kleber realisiert werden.
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Wenn die Reibschicht gewickelt wird, wird vorzugsweise eine Matrix mit ungeordneten Garnbestandteilen vor dem Wickeln um das Garn geformt. Hierdurch entsteht ein Strang mit dem Garn und einer anhaftenden Matrix mit den ungeordneten Garnbestandteilen. Danach wird das so imprägnierte Garn gewickelt wird. Die entstandene Wicklung bzw. der entstandene Wickling wird mit den ungeordneten Garnbestandteilen gepresst. Auf die gleiche Weise können auch ungeordnete Garnbestandteile in eine gewickelte Tragschicht eingebracht werden.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Erfindung auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 9 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden werden drei bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 in einer schematischen, geschnittenen Darstellung einen ersten Reibbelag,
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2 in einer schematischen, geschnittenen Darstellung einen zweiten Reibbelag, und
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3 in einer schematischen, geschnittenen Darstellung einen dritten Reibbelag.
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In den 1 bis 3 sind drei Reibbeläge 1, 2, 3 dargestellt. Jeder der Reibbeläge 1, 2, 3 weist eine entsprechende Reibschicht 4, 5, 6 sowie eine Tragschicht 7, 8, 9 auf. Die Reibschicht 4, 5 bzw. 6 die zugehörige eine Tragschicht 7, 8, 9 bilden einen Verbund.
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Die Reibschichten 4, 5, 7 sind zumindest teilweise massegepresst und die Tragschichten 7, 8, 9 sind gewickelt. Dies kombiniert die tribologischen Eigenschaften der massegepressten Reibbeläge mit der Erhöhung der Berstfestigkeit von gewickelten Reibbelägen ohne Einfügen eines Träger- bzw. Verstärkungsgelenks.
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Die Reibschichten 4, 5, 6 weisen jeweils eine Matrix mit ungeordneten, zerkleinerten Garnbestandteilen 10 auf. Das Garn ist dabei fein geschnitten in der Matrix eingebettet. Die Matrix der Reibschicht 4, 5, 6 besteht in einer Ausgestaltung im Wesentlichen aus einem Duroplast-Elastomer-Verbund. Die Matrix ist vorzugsweise als eine Harzmatrix ausgebildet. Zur Herstellung der Reibschicht kann eine trockene Pulvermischung oder ein Granulat genutzt werden. Es ist denkbar, zur Herstellung der Matrix ein flüssiges Material zu verwenden.
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Die Tragschichten 7, 8, 9 weisen jeweils eine Matrix mit oder ohne ungeordneten, zerkleinerten Garnbestandteilen 10 auf. Es kann das gleiche Material oder eine anderes Material für die Herstellung der Matrix der Tragschichten 7, 8, 9 verwendet werden. Diese Matrix ist ebenfalls vorzugsweise als eine Harzmatrix ausgebildet. Zur Herstellung der Tragschichten 7, 8, 9 kann eine trockene Pulvermischung oder ein Granulat genutzt werden. Es ist denkbar, zur Herstellung der Matrix der Tragschichten 7, 8, 9 ein flüssiges Material zu verwenden.
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Die Reibschichten 4, 5, 6 weisen zumindest teilweise massegepresste Bestandteile auf. Die massegepressten Bestandteile umfassen insbesondere eine entsprechende Matrix. Die Reibschicht 4 ist zumindest teilweise massegepresst ausgeführt und weist keine Wicklung auf. Die Oberfläche der Reibschicht 4 weist dabei die Optik eines massegepressten Reibbelags auf.
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Die Reibschichten 5 und 6 sind gewickelt und weisen eine Wicklung 13 eines Garns auf. Es sind einzelne Fasern in die das Garn, nämlich die Wicklung 13 ummantelnde Matrix als Kurzschnitt eingebettet. In der Reibschicht 5, 6 sind somit zum einen die ungeordneten Garnbestandteile 10 als auch die Garn in geordneter Form, nämlich in Form der Wicklung 12 vorhanden. Die Matrix der Reibschicht 5, 6 wird um das Garn geformt, dann wird das Garn gewickelt und anschließend wird die Wicklung 13 mit den ungeordneten Garnbestandteilen 10 gepresst.
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Die gewickelten Tragschichten 7, 8, 9 weisen eine umlaufende Wicklung 12 auf. Diese Wicklung 12 besteht vorzugsweise aus einem Verstärkungsgarn. Die Wicklung 12 gibt den Reibbelägen 1, 2, 3 die nötige Stabilität und Berstfestigkeit, so dass insbesondere auf ein Verstärkungsblech verzichtet werden kann. Die Reibbeläge 1, 2, 3 weisen kein Verstärkungsblech auf. Es ist jedoch auch denkbar, zusätzlich ein dünner dimensioniertes Verstärkungsblech bei der Herstellung einzubringen oder nachträglich am Reibbelag 1, 2, 3 zu befestigen, bspw. aufzukleben.
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In den Reibschicht 4, 5, 6 ist ein entsprechendes Garn vorzugsweise feingeschnitten in Form von Garnbestandteilen 10 in der Matrix eingebettet. Die Garnbestandteile 10 der Reibschichten 4, 5, 6 werden in die Matrix des gesamten Reibbelages 3 (vgl. 3) oder nur der Matrix der Reibschicht 4, 5 der Reibbeläge 1, 2 (vgl. 1, 2) eingebracht. So können die Reibbeläge 1, 2, 3 zur variablen Anteilen massegepresst und gewickelt ausgeführt werden. Unter variablen Anteilen ist zu verstehen, dass hier jeweils nur einzelne Windungen bzw. einzelne geordnete Faserstränge bis zum gesamten Wicklungspaket in der Matrix mit dem den ungeordneten, zerkleinerten Garnbestandteilen 10 enthalten sein können.
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Die bevorzugten Ausgestaltungen sind in 1 und 2 dargestellt. In der in 1 dargestellten Ausgestaltung des Reibbelags 1 erfolgt eine massegepresste Verarbeitung der kompletten Reibschicht 4. In der 2 dargestellten Ausgestaltung erfolgt eine kombinierte massegepresste und gewickelte Herstellung der Reibschicht 5. Ferner ist es denkbar, wie es in 3 dargestellt ist, dass eine Übernahme der Reibmatrix, d.h. massegepresste Matrix, auch in die Tragschicht 9 erfolgen kann.
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Durch den Wegfall eines Verstärkungsblechs bei massegepressten Reibbelägen 1, 2, 3 kann die Massenträgheit der Kupplungsscheibe reduziert werden, insbesondere ohne die Berstdrehzahlfestigkeit zu erniedrigen. Das Reibungsverhalten ist dadurch verbessert, dass die Reibschicht 4, 5, 6 massegepresste Anteile enthält.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reibbelag
- 2
- Reibbelag
- 3
- Reibbelag
- 4
- Reibschicht
- 5
- Reibschicht
- 6
- Reibschicht
- 7
- Tragschicht
- 8
- Tragschicht
- 9
- Tragschicht
- 10
- ungeordnete Garnbestandteile
- 12
- Wicklung in Tragschicht
- 13
- Wicklung in Reibschicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0053502 A1 [0004]
- WO 2008/148366 A1 [0005]
- DE 102014209672 A1 [0006]
- WO 2015/058756 A1 [0007]
- DE 7537664 U [0008]
- EP 2600024 A1 [0010]
