DE102016221219A1 - Verfahren und Anlage zum Herstellen eines Reibbelags aus Sintermetall - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Reibbelags aus Sintermetall. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Reibbelag aus Sintermetall durch Lasersintern gebildet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Herstellen eines Reibbelags aus Sintermetall.
  • Aus der deutschen Auslegeschrift DE 1 189 814 A ist ein gesinterter Reibkörper aus Eisenpulver und Graphitteilchen bekannt. Aus der deutschen Übersetzung DE 690 10 669 T2 der europäischen Patentschrift EP 0 455 695 B1 sind Reibbeläge bekannt, die aus einem metallkeramischen Material oder aus Sintermetall gebildet sind. Die bekannten Reibbeläge können durch Schweißen oder Hartlöten an Stützplatten befestigt werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, das Herstellen eines Reibbelags aus Sintermetall zu vereinfachen.
  • Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Herstellen eines Reibbelags aus Sintermetall dadurch gelöst, dass der Reibbelag aus Sintermetall durch Lasersintern gebildet wird. Bei dem Reibbelag aus Sintermetall handelt es sich zum Beispiel um einen Kupplungsreibbelag oder um einen Bremsbelag. Beim Lasersintern wird ein Metallpulver mit Hilfe eines Lasers, gegebenenfalls unter Schutzgaszufuhr, aufgeschmolzen. Dadurch entsteht eine harte Schicht, die, wie sich bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen und Untersuchungen herausgestellt hat, als Reibschicht zur Darstellung eines Reibbelags geeignet ist. Durch die Anwendung des Lasersinterverfahrens kann die Herstellung von Sintermetallreibbelägen erheblich vereinfacht werden. Das Verfahren Lasersintern an sich ist bekannt, zum Beispiel aus der deutschen Übersetzung DE 691 20 544 T2 der europäischen Patentschrift EP 0 556 291 B1 , der deutschen Übersetzung DE 690 31 808 T2 der europäischen Patentschrift EP 0 714 725 B1 , der deutschen Übersetzung DE 37 51 818 T2 der europäischen Patentschrift EP 0 538 244 B1 , der deutschen Übersetzung DE 694 09 669 T2 der europäischen Patentschrift EP 0 731 743 B1 sowie den deutschen Patentschriften DE 44 10 046 C1 und DE 44 10 046 C2 . Allerdings wird durch die genannten Druckschriften weder offenbart noch nahegelegt, Reibbeläge aus Sintermetall durch Lasersintern zu bilden.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag aus Sintermetall durch Lasersintern schichtweise aufgebaut wird. Bei dem schichtweisen Aufbau des Reibbelags aus Sintermetall wird zum Beispiel von einem dreidimensionalen CAD-Modell ausgegangen. Beim schichtweisen Aufbau wird sukzessive jeweils eine Schicht aus dem Metallpulver aufgebracht und anschließend durch den Laser aufgeschmolzen. Auf die abgekühlte und entsprechend verfestigte Schicht wird dann die nächste Schicht aus Metallpulver aufgebracht. Die Schichtdicke der Schichten beträgt zum Beispiel ein bis zweihundert Mikrometer.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsschicht auf einen Reibbelagträger aufgebracht wird, bevor der Reibbelag aus Sintermetall durch Lasersintern gebildet wird. Die Verbindungsschicht kann in herkömmlicher Art und Weise auf den Reibbelagträger aufgebracht werden. Die Verbindungsschicht kann aber gemäß einer weiteren Ausführungsform auch durch Lasersintern aufgebracht werden. Die Verbindungsschicht ist vorzugsweise aus einem anderen Material als der Reibbelag gebildet.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Sintermetallpulver direkt auf den Reibbelagträger aufgebracht und durch Lasersintern aufgeschmolzen wird. Beim Lasersintern kann vorteilhaft auf Pressen, Pressformen, Öfen sowie gegebenenfalls auf eine Endbearbeitung der Reibbeläge verzichtet werden. Beim Aufschmelzen der direkt auf den Reibbelagträger aufgebrachten Sintermetallpulverschicht wird diese fest mit dem Reibbelagträger verbunden. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass ein anschließendes Aufnieten oder Anlöten des Reibbelags auf beziehungsweise an den Reibbelagträger entfallen kann.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermetallpulver schichtweise auf den Reibbelagträger aufgebracht und durch Lasersintern in einem festgelegten Muster aufgeschmolzen wird, um Vertiefungen und/oder Nuten in dem Reibbelag aus Sintermetall darzustellen. Aufgrund der schichtweisen Fertigung mittels Lasersintern kann, vorzugsweise ausgehend von dem dreidimensionalen CAD-Modell, nahezu jede geometrische Form in dem Reibbelag aus dem Sintermetall erzeugt werden. Hierdurch ergibt sich eine sehr große Flexibilität bei den Abmessungen und den Formen der Reibbeläge aus dem Sintermetall.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag durch Lasersintern aus einer auf einer Metalllegierung basierten Sintermetallmischung gebildet wird. Bei der Metalllegierung, auf welcher die Sintermetallmischung basiert, handelt es sich zum Beispiel um eine Bronzelegierung oder um eine Eisenlegierung. Die verwendete Sintermetallmischung kann beim Lasersintern des Reibbelags vorteilhaft relativ einfach variiert werden. Hierdurch lassen sich vorteilhaft Kleinserien wirtschaftlich herstellen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag durch Lasersintern aus einer Sintermetallmischung mit Zusatzstoffen gebildet wird. Durch geeignete Zusatzstoffe können die Eigenschaften des Reibbelags aus Sintermetall vorteilhaft variiert, insbesondere eingestellt, werden.
  • Die oben angegebene Aufgabe ist alternativ oder zusätzlich durch eine Anlage zum Herstellen eines Reibbelags aus Sintermetall, insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren, gelöst, mit einer Vorrichtung zum schichtweisen Auftragen von Sintermetallpulver auf mindestens einen Reibbelagträger und mit einer Lasereinrichtung zum Lasersintern des schichtweise aufgetragenen Sintermetallpulvers auf dem Reibbelagträger. Mit dieser Anlage können besonders vorteilhaft Reibbeläge aus Sintermetall für Kleinserien hergestellt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt können mit der Anlage Prototypen von Reibbelägen aus Sintermetall hergestellt werden. Dabei können besonders vorteilhaft unterschiedliche Sintermetallpulver, gegebenenfalls mit verschiedenen Zusatzstoffen, verwendet werden, zum Beispiel zu Testzwecken.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum schichtweisen Auftragen von Sintermetallpulver eine Aufnahme für mindestens einen Reibbelagträger umfasst, der relativ zu einer Oberfläche, über die Sintermetallpulver zugeführt wird, absenkbar ist. Der Reibbelagträger wird vorteilhaft vor dem Aufbringen des Sintermetallpulvers abgesenkt, insbesondere um eine Höhe, die einer zu erzeugenden Schichtdicke entspricht. Danach wird dann das Sintermetallpulver, zum Beispiel mit einem Rakel, gleichmäßig auf dem Reibbelagträger in der Aufnahme verteilt. Danach wird das Sintermetallpulver mit Hilfe der Lasereinrichtung aufgeschmolzen. Dabei wird ein Laserstrahl, gegebenenfalls in einem definierten Muster, über die Sintermetallpulverschicht bewegt. Nach einer gewissen Abkühlzeit wird der Reibbelagträger um eine weitere Schichtdicke abgesenkt. Dann wiederholt sich der Vorgang mit dem Aufbringen und Aufschmelzen des Sintermetallpulvers. So kann sukzessive ein Reibbelag aus Sintermetallpulver mit einer gewünschten Schichtdicke aufgebaut werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt der Aufnahme für den Reibbelagträger an die Gestalt des Reibbelagträgers angepasst ist. Der Reibbelagträger hat zum Beispiel im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisringscheibe. Radial innen oder radial außen kann der Reibbelagträger mit einer Mitnahmestruktur versehen sein, die zum Beispiel als Innenverzahnung oder als Außenverzahnung ausgeführt ist. Die Mitnahmestruktur dient zur Darstellung einer drehfesten Verbindung zwischen dem Reibbelagträger und einem weiteren Element, zum Beispiel einem Lamellenträger einer als Lamellenkupplung ausgeführten Reibungskupplung.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren ein kraftfahrzeugtechnisches Maschinenelement, insbesondere eine Reibungskupplung oder eine Bremse, mit mindestens einem Reibbelag aus Sintermetall, der gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren, insbesondere mit einer vorab beschriebenen Anlage, durch Lasersintern hergestellt ist. Bei der Reibungskupplung kann es sich um eine einfache Kupplung oder auch um eine Doppelkupplung handeln, die manuell oder automatisiert betätigt wird.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
  • Die Erfindung betrifft Sintermetallreibbeläge. Die Sintermetallreibbeläge werden durch Lasersintern aus Sintermetall gebildet. Dabei wird der Reibbelag aus dem Sintermetall durch Lasersintern schichtweise aufgebaut. Durch das Lasersintern wird der Reibbelag besonders vorteilhaft direkt auf einen Reibbelagträger aufgebracht. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine stabile Befestigung des Reibbelags an dem Reibbelagträger erreicht.
  • Bei dem Reibbelagträger mit dem Reibbelag aus Sintermetall handelt es sich zum Beispiel um eine Reiblamelle, die auch als Reibteil bezeichnet werden kann. Reiblamellen sind vorzugsweise als Innenlamellen oder als Außenlamellen ausgeführt und in einem Lamellenpaket einer Lamellenkupplung angeordnet. Die Innenlamellen und die Außenlamellen haben im Wesentlichen die Gestalt von Kreisringscheiben mit rechteckigen Ringquerschnitten.
  • Die Innenlamellen umfassen jeweils einen verkürzt auch als Belagträger bezeichneten Reibbelagträger, der auch als Trägerelement bezeichnet wird, und an dem vorzugsweise jeweils zwei Reibbeläge angebracht sind. Die Belagträger sind zum Beispiel aus einem Stahlmaterial gebildet. Je nach Ausführung werden die Belagträger oder Trägerelemente auch als Trägerbleche bezeichnet.
  • Die Reibbeläge sind aus einem geeigneten Sintermetall gebildet. In einem Kontaktbereich können die Innenlamellen mit ihren Reibbelägen in Kontakt mit den Außenlamellen gebracht werden. Zu diesem Zweck ist jeweils eine Innenlamelle mit dem Belagträger und den Reibbelägen in einer axialen Richtung zwischen zwei Außenlamellen angeordnet.
  • Der Begriff axial bezieht sich auf eine Drehachse des Lamellenpakets. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse. Analog bedeutet radial quer zur Drehachse. Die Belagträger weisen radial innen beziehungsweise radial außen jeweils einen Kopplungsbereich auf.
  • Die Kopplungsbereiche der Belagträger sind zum Beispiel als Innenverzahnung oder Außenverzahnung ausgeführt. Die Verzahnungen dienen zum Einhängen der Belagträger in einen entsprechenden Lamellenträger.
  • Eine Anlage zum Herstellen eines Reibbelags aus Sintermetall mit Hilfe des Lasersinterverfahrens umfasst eine Vorrichtung zum schichtweisen Auftragen von Sintermetallpulver auf mindestens einen Reibbelagträger. Der Reibbelagträger ist vorteilhaft absenkbar in beziehungsweise zu einer Oberfläche der Vorrichtung angeordnet.
  • Über die Oberfläche der Vorrichtung oder mit einer weiteren Vorrichtung von oben wird Sintermetallpulver auf den Reibbelagträger aufgebracht und, zum Beispiel mit Hilfe eines Rakels, gleichmäßig auf der Oberfläche des Reibbelagträgers verteilt.
  • Die Anlage zum Herstellen des Reibbelags aus Sintermetall umfasst des Weiteren eine Lasereinrichtung zum Lasersintern. Mit der Lasereinrichtung wird das schichtweise auf den Reibbelagträger aufgebrachte Sintermetallpulver aufgeschmolzen. Dadurch ergibt sich eine feste Verbindung zwischen einer ersten Sintermetallpulverschicht und dem Reibbelagträger.
  • Anschließend wird der Reibbelagträger mit der zwischenzeitlich abgekühlten und verfestigten Sintermetallpulverschicht abgesenkt. Dann wird die nächste Sintermetallpulverschicht aufgetragen und aufgeschmolzen. So kann auf einfache Art und Weise fortgefahren werden, bis eine gewünschte Schichtdicke für den herzustellenden Reibbelag erreicht ist.
  • Die erste Schicht beziehungsweise die ersten Schichten, die beim Lasersintern auf dem Reibbelagträger erzeugt wird beziehungsweise werden, kann beziehungsweise können im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisringscheibe aufweisen. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine stabile Befestigungsschicht zur Befestigung des Reibbelags aus dem Sintermetall auf dem Reibbelagträger erreicht.
  • Es ist aber auch möglich, beim Aufbringen der ersten Schicht beziehungsweise der ersten Schichten bereits ein Muster in dem Reibbelag aus dem Sintermetall zu erzeugen. Ausgehend von einem dreidimensionalen CAD-Modell sind nahezu beliebige Muster auf dem Reibbelagträger mit dem Sintermetallpulver darstellbar.
  • Dabei wird vorteilhaft mit der Lasereinrichtung nicht die gesamte Oberfläche des Reibbelagsträgers abgefahren oder abgescannt. Zur Darstellung von Nuten in nahezu beliebiger Form werden definierte Bereiche gezielt nicht mit der Lasereinrichtung aufgeschmolzen.
  • Das nicht aufgeschmolzene Sintermetallpulver wird, gegebenenfalls vor dem Aufbringen einer weiteren Sintermetallpulverschicht, zum Beispiel mit Hilfe einer geeigneten Absaugeinrichtung, entfernt. Das entfernte Sintermetallpulver kann gegebenenfalls wieder verwendet werden.
  • Nachdem die erste Schicht beziehungsweise die ersten Schichten aus Sintermetallpulver flächig aufgeschmolzen wurde beziehungsweise wurden, kann ab einer gewünschten Reibbelagsschichtdicke durch Bewegen oder Abscannen der Sintermetallpulveroberfläche mit der Lasereinrichtung in einem bestimmten Muster eine gewünschte Nutgeometrie in dem Reibbelag aus Sintermetall hergestellt werden. Mit der Lasereinrichtung können beliebige Nutgeometrien und/oder Nuttiefen in dem Reibbelag aus Sintermetall erzeugt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • DE 69010669 T2 [0002]
    • EP 0455695 B1 [0002]
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    • EP 0556291 B1 [0004]
    • DE 69031808 T2 [0004]
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    • DE 69409669 T2 [0004]
    • EP 0731743 B1 [0004]
    • DE 4410046 C1 [0004]
    • DE 4410046 C2 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Reibbelags aus Sintermetall, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag aus Sintermetall durch Lasersintern gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag aus Sintermetall durch Lasersintern schichtweise aufgebaut wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsschicht auf einen Reibbelagträger aufgebracht wird, bevor der Reibbelag aus Sintermetall durch Lasersintern gebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sintermetallpulver direkt auf einen Reibbelagträger aufgebracht und durch Lasersintern aufgeschmolzen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermetallpulver schichtweise auf den Reibbelagträger aufgebracht und durch Lasersintern in einem festgelegten Muster aufgeschmolzen wird, um Vertiefungen und/oder Nuten in dem Reibbelag aus Sintermetall darzustellen.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag durch Lasersintern aus einer auf einer Metalllegierung basierten Sintermetallmischung gebildet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag durch Lasersintern aus einer Sintermetallmischung mit Zusatzstoffen gebildet wird.
  8. Anlage zum Herstellen eines Reibbelags aus Sintermetall, insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Vorrichtung zum schichtweisen Auftragen von Sintermetallpulver auf mindestens einen Reibbelagträger und mit einer Lasereinrichtung zum Lasersintern des schichtweise aufgetragenen Sintermetallpulvers auf dem Reibbelagträger.
  9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum schichtweisen Auftragen von Sintermetallpulver eine Aufnahme für mindestens einen Reibbelagträger umfasst, der relativ zu einer Oberfläche, über die Sintermetallpulver zugeführt wird, absenkbar ist.
  10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt der Aufnahme für den Reibbelagträger an die Gestalt des Reibbelagträgers angepasst ist.
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