DE112015002383B4

DE112015002383B4 - Verfahren zur Herstellung eines Nasslaufreibbelages und ein Nasslaufreibbelag

Info

Publication number: DE112015002383B4
Application number: DE112015002383.6T
Authority: DE
Inventors: Jürgen Kroll; Stefan Steinmetz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2035-05-07
Also published as: US20170089415A1; WO2015176726A1; DE112015002383A5; CN106460981A; JP2017524872A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Nasslaufreibbelages, bei welchem durch Poren (4) ein Öl an eine, in Öl betriebene Einrichtung abgegeben wird, wobei die Poren (4) durch einen Perforationsvorgang ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren (4) durch elektrostatische Mikroperforation, vorzugsweise durch elektrostatische Entladung, ausgebildet werden.

Description

Die Erfindung betreffen ein Verfahren zur Herstellung eines Nasslaufreibbelages, bei welchem durch Poren ein Öl an eine in Öl laufende Einrichtung abgegeben wird, sowie ein Nasslaufreibbelag.
DE 198 60 166 A1 und JP H10 - 331 889 A offenbaren Poren in der Oberfläche von nasslaufenden Reibbelägen.
DE 103 44 044 A1 offenbart Löcher in der Oberfläche eines Synchronisierelements.
Reibbeläge, die in Öl laufenden Einrichtungen, wie Kupplungen und Doppelkupplungen, Automatikgetriebe, Wandler und Lock-up und Synchronisationen verwendet werden, dienen dazu, die Relativbewegung der Kupplungsscheiben zueinander anzugleichen. Aus der DE 697 26 641 T2 ist ein zweischichtiges Reibungsmaterial bekannt, welches aus einem faserigen Grundstoff besteht. Dieser faserige Grundstoff weist eine Oberschicht und eine Unterschicht auf, die während eines Papierherstellungs-Nassverfahrens miteinander verbunden werden. Dabei wird die Unterschicht aus Reibungsmaterial gebildet, das Fasern und/oder Füllstoffe und/oder Reibungsteilchen umfasst. Die Oberschicht aus Reibungsmaterial umfasst ebenfalls Fasern und/oder Füllstoffe und/oder Reibungsteile und wird oben auf der Unterschicht gebildet. Ein solches Reibungsmaterial ist besonders geeignet zur Anwendung in modernen Getriebesystemen und Bremssystemen in der Kraftfahrzeugindustrie, wo es vorzugsweise in nassen Kupplungssystemen eingesetzt wird.
Solche Nasslaufreibbeläge werden in einem klassischen Papierherstellungsprozess erzeugt und einer anschließenden Harzimprägnierung unterzogen. Die Eigenschaften des Nasslaufreibbelages werden unter anderem durch die Porosität, wie Porengröße und Porenverteilung, und ein definiertes mechanisches Materialverhalten geprägt, das insbesondere das Kompressions- und Rückerholungsverhalten unter der Lebensdauer beschreibt. Die Abstimmung dieser Merkmale ergibt im Wesentlichen die Reibeigenschaften des Materials mit dem Ziel über den Schaltvorgang der Kupplung eine Ölversorgung des Reibkontaktes zu gewährleisten. Die Papierrohstoffe, der Papierherstellungsprozess und die anschließende Verklebung des Papiers müssen auf dieses Verhalten hin optimiert sein. Die während des Papierherstellungsprozesses ausgebildete Permeabilität (Durchlässigkeit), insbesondere der Oberschicht, unterliegt dabei aufgrund der Rohstoff- und Prozessschwankungen häufig einer Streuung, so dass die Ölabgabe durch einen über die Papierdicke uneinheitlichen stofflichen Aufbau über weite Grenzen variiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Nasslaufreibbelages anzugeben, bei welchem die Ölabgabe genau auf die jeweiligen Applikationsbedingungen abstimmbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Poren durch einen Perforationsvorgang ausgebildet werden. Durch die Ausbildung der Poren mittels des Perforationsverfahrens wird die Permeabilität des Nasslaufreibbelages direkt auf die jeweilige Applikationsbedingung abgestimmt. Der mittels Perforation hergestellte Nasslaufreibbelag bewirkt dabei eine Blendenwirkung bei der Ölabgabe. Die Blendenwirkung ist dabei reproduzierbar und mit verhältnismäßig geringem Aufwand einstellbar. Da der separate Perforationsvorgang unabhängig vom Papierherstellungsprozess erfolgt, lässt sich die gewünschte Permeabilität des Nasslaufreibbelages einfach einstellen.
Nicht-erfindungsgemäß werden die Poren durch Laserperforation ausgebildet. Dieses porenbildende Laserperforationsverfahren erlaubt die Einstellung einer weiten Spanne von Porendurchmesser und eine hohe Anzahl von Lochsequenzen in einem vorgegebenen Zeitraum, weshalb eine für das Applikationsverfahren ausgewählte Permeabilität einfach einzustellen ist.
Nicht-erfindungsgemäß werden in einer Alternative die Poren durch mechanische Perforation ausgebildet.
Erfindungsgemäß werden die Poren durch Mikroperforation, vorzugsweise durch elektrostatische Entladungen ausgebildet.
Bei Nasslaufreibbelägen, welche mit den unterschiedlichen Perforationsverfahren behandelt werden, kann die Blendenwirkung des Nasslaufreibbelages hinsichtlich der Ölabgabe kontrolliert und vom Anwendungsfall abhängig eingestellt werden.
In einer Ausgestaltung wird eine Oberschicht des Nasslaufreibbelages mittels des Perforationsverfahrens behandelt und anschließend, vorzugsweise in einem Kaschierungsprozess, auf eine Basisschicht aufgebracht. Bei diesem Kaschiervorgang werden die Oberschicht und die Basisschicht des Nasslaufreibbelages durch eine Restreaktivität des enthaltenden Bindemittels der Oberschicht und/oder der Basisschicht miteinander verbunden, wobei das verbleibende Bindemittel als Klebstoff genutzt wird.
Alternativ wird die Oberschicht auf die Basisschicht aufgebracht und anschließend die Poren der Oberschicht mit dem Perforationsverfahren ausgebildet. Der aus zwei Schichten gebildete Nasslaufreibbelag besitzt somit für die Herstellung der Poren eine höhere Stabilität und ist besser handhabbar.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft einen Nasslaufreibbelag für eine in Öl laufende Einrichtung, welcher Poren zur Ölabgabe an die Einrichtung aufweist. Bei einem Nasslaufreibbelag, bei welchem die Reibeigenschaften genau auf den jeweiligen Applikationsprozess abstimmbar sind, sind die, durch Perforation erzeugten Poren in einem einschichtigen Reibmaterial ausgebildet und weisen eine, von der Perforation abhängige Porengröße und/oder Porendichte auf. Durch Anwendung des Perforationsvorganges kann die Porengröße jederzeit so gewählt werden, dass zum einen die hydraulische Blendwirkung des Nasslaufreibbelages optimiert wird und zum anderen kein Risiko besteht, dass die Poren verstopfen oder zuschmieren, was z.B. durch Abbauprodukte des Getriebeöls passieren kann.
Erfindungsgemäß bildet das, durch Perforation erzeugte Poren aufweisende Reibmaterial eine Oberschicht, welche auf einer Basisschicht angeordnet ist, das eine höhere Porosität als die Oberschicht aufweist. Da die Basisschicht eine höhere Porosität aufweist, ist eine Aufnahme und Abgabe des Öls durch die Basisschicht schnell möglich. Die von der Oberschicht aufgrund der geringeren Porosität realisierte hydraulische Blendwirkung führt dazu, dass von außen Öl nur mit einer geringen Geschwindigkeit über diese Oberschicht ein- und austreten kann und somit gezielt das Öl von der Basisschicht über die Oberschicht während des Reibvorganges abgegeben wird. Die mit Poren versehene Oberschicht kann hinsichtlich des Reibverhaltens durch die Porenausführungen und durch eventuell eingesetzte Belagrohstoffe optimal auf das gewünschte Reibverhalten abgestimmt werden. Das mechanische Verhalten der Basisschicht ist unabhängig von der Einstellung der hydraulischen Blendenwirkung optimal einstellbar. Somit erfolgt zwischen der, durch Perforationsverfahren behandelten Oberschicht und der Basisschicht eine Funktionstrennung.
In einer Variante ist die Oberschicht über eine Kaschierung oder eine separate Klebschicht mit der Basisschicht verbunden. Montagetechnisch ist dieser Vorgang sehr schnell und kostengünstig ausführbar. Die Oberschicht kann auch durch einen Nassprozess während der Papierherstellung oder durch ein gängiges Papierbeschichtungsverfahren, wie z. B. Roller-Coaten, Curtain Coating oder Sprühbeschichten ausgebildet werden.
In einer Weiterbildung durchdringen die, durch Perforation ausgebildeten Poren die Oberschicht partiell oder vollständig. Die Tiefe des Eindringens der Poren in die Oberschicht kann dabei unabhängig vom Herstellungsprozess des Nasslaufreibbelages und je nach angewandtem Perforationsverfahren eingestellt werden. Aufgrund der Verwendung des Perforationsverfahrens lassen sich spezielle Porenmuster verwirklichen, d.h. die Anordnung der Poren der Oberschicht des Nasslaufreibbelages beeinflusst dabei die Reibwertperformance des Nasslaufreibbelages. Darüber hinaus werden für die Oberschicht auf die Funktion der Blendwirkung hin optimierte Belagrohstoffe eingesetzt, welche beispielsweise hochtemperaturstabile Fasern und/oder Bindemittel sind. Somit erfolgt eine optimale Anpassung an die Applikationsbedingungen des Nasslaufreibbelages.
In einer Ausführungsform bestehen die Oberschicht und/oder die Basisschicht aus einem papierähnlichen Material. Somit können vergleichsweise günstige Papierrohstoffe für den Nasslaufreibbelag verwendet werden.
Alternativ bestehen die erste und/oder die Basisschicht aus einem duroplastischen und/oder keramischen Material. Diese Materialien bieten sich insbesondere zur Einstellung einer hohen hydraulischen Blendwirkung der Oberschicht an.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Poren in einem einschichtigen Material durchgehend oder in beliebiger Tiefe und einer vorgegebenen geometrischen Anordnung ausgebildet.
In einer Weiterbildung ist der Durchmesser der Poren rund oder oval oder eckig ausgestaltet.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nasslaufreibbelages.

Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nasslaufreibbelages 1, wie er in einer Kupplung eines Fahrzeuges zum Einsatz kommt. Der Nasslaufreibbelag 1 besteht aus zwei Schichten. Eine Basisschicht 2 weist eine hohe Porosität auf, um Öl aufzunehmen. Aufgrund der hohen Porosität besitzt diese Basisschicht 2 eine hohe Öleindring- und abgabegeschwindigkeit. Die auf dieser Basisschicht 2 angeordnete Oberschicht 3 weist demgegenüber eine niedrigere Öleindringgeschwindigkeit auf, was bedeutet, dass die Oberschicht 3 gegenüber der Basisschicht 2 eine geringere Permeabilität besitzt. Die Schichten 2 und 3 sind durch einen Kaschiervorgang miteinander verbunden.
Die Oberschicht 3 weist dabei Poren 4 auf, die durch einen Laserperforationsvorgang eingebracht werden. Dieser Laserperforationsvorgang erfolgt dabei unabhängig vom eigentlichen Herstellungsverfahren des Nasslaufreibbelages 1. Mittels des Laserperforationsverfahrens wird das Muster der Poren 4, die Porengröße und auch die Porentiefe eingestellt. Im vorliegenden Fall durchdringen die Poren 4 die gesamte Oberschicht 3. Die Schichtdicke der Oberschicht 3 und die Porendichte können dabei in Abhängigkeit des Applikationsvorganges genau eingestellt werden, womit die hydraulische Blendenwirkung der Oberschicht 3 und somit die Ölabgabe aus der Basisschicht 2 an die Umgebung der Kupplung infolge der Druckbeaufschlagung des Nasslaufreibbelages 1 genau eingestellt wird.
In einem besonders günstigen Herstellungsprozess bilden die Basisschicht 2 und die Oberschicht 3 einen Papierverbund. Diese beiden Schichten 2, 3 werden in einem Papierherstellungsnassverfahren hergestellt und miteinander kaschiert oder während des Papierherstellungsprozesses direkt miteinander verbunden. Nach der Fertigstellung des Nasslaufreibbelages 1 werden in die Oberschicht 3 die Poren 4 durch Laserperforation eingebracht. Bei der Laserperforation kann ein weiter Perforationsdurchmesser von 50 nm bis 500 µm erzielt werden. Die Lochsequenz, welche während einer Sekunde beim Laserperforationsverfahren erreicht wird, beträgt 1,5 bis 16 Millionen Poren. Dies ist bei einer Porendichte von bis zu 500 Poren pro cm² möglich.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Basisschicht 2 und die Oberschicht 3 unabhängig voneinander hergestellt werden, wobei die Oberschicht 3 zunächst durch das Laserperforation mit Poren 4 versehen wird und anschließend durch Kaschierung oder durch eine separate Kleberschicht auf die Basisschicht 2 aufgebracht wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Oberschicht 3 des Nasslaufreibbelages 1 mit einer geschlossenen Oberfläche versehen sein, was z.B. durch einen Calandriervorgang ermöglicht wird. Anschließend erfolgt das Öffnen der Oberfläche der Oberschicht 3 durch Laserperforation. Bei der Laserperforation kann die Porentiefe unterschiedlich tief gelegt werden. Sie können dabei nur partiell oder wie bereits beschrieben, durchgängig die Oberschicht 3 durchdringen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Porentiefe bis zum Basispapier vordringt.
Das erläuterte Verfahren ist aber nicht nur auf ein Laserperforationsverfahren beschränkt. So können auch mechanische Perforationsverfahren, wie beispielsweise ein Heiß- oder Kaltnadelperforationsverfahren ausgeführt werden.
Darüber hinaus können auch elektrostatische Mikro- oder Nano-Perforationen flächenmäßig oder zonenmäßig zum Einsatz kommen, bei welchen die erzielbare Lochgröße im Bereich von 0,1 bis 3000 µm Durchmesser der Poren 4 liegt. Durch Entwicklungen in der Schaltungstopologie zur Erzeugung sehr feiner, stromgesteuerter Hochspannungsentladungsimpulse mit kurzer zeitlicher Dauer im Bereich von 0,5 bis 20 µs und einzelnen Ladungsenergie von 0,2 bis 1 mJ kann die Nanotechnologie zur Submikroperforation in diesem Bereich verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Nasslaufreibbelag
2: Basisschicht
3: Oberschicht
4: Poren

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Nasslaufreibbelages, bei welchem durch Poren (4) ein Öl an eine, in Öl betriebene Einrichtung abgegeben wird, wobei die Poren (4) durch einen Perforationsvorgang ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren (4) durch elektrostatische Mikroperforation, vorzugsweise durch elektrostatische Entladung, ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberschicht (3) des Nasslaufreibbelages (1) mittels Perforation behandelt wird und anschließend, vorzugsweise in einem Kaschierungsprozess, auf eine Basisschicht (2) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschicht (3) des Nasslaufreibbelages (1) auf die Basisschicht (2) aufgebracht wird und anschließend die Poren (4) der Oberschicht (3) durch Perforation ausgebildet werden.
Nasslaufreibbelag für eine in Öl betriebene Einrichtung, welcher Poren (4) zur Ölabgabe an die Einrichtung aufweist, wobei die, durch Perforation erzeugten Poren (4) in einem einschichtigen Reibmaterial ausgebildet sind und eine von der Perforation abhängige Porengröße und/oder Porendichte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das, durch Perforation erzeugte Poren (4) aufweisende Reibmaterial eine Oberschicht (3) bildet, welche auf einer Basisschicht (2) angeordnet ist, die eine höhere Porosität als die Oberschicht (3) aufweist.
Nasslaufreibbelag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die, durch Perforation erzeugte Poren (4) aufweisende Oberschicht (3) über eine Kaschierung oder eine separate Klebschicht mit der Basisschicht (2) verbunden ist.
Nasslaufreibbelag nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Perforation ausgebildeten Poren (4) die Oberschicht (3) partiell oder vollständig durchdringen.