DE112018003602B4

DE112018003602B4 - Reibbelag mit einem Hybridgarn, Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags sowie Kupplungsscheibe oder Kupplungslamelle mit einem derartigen Reibbelag

Info

Publication number: DE112018003602B4
Application number: DE112018003602.2T
Authority: DE
Inventors: Marco Reinhold Rettig; Ralph Kolling; Ralf Deiters
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2018-07-04
Publication date: 2023-04-27
Anticipated expiration: 2038-07-05
Also published as: DE112018003602A5; DE102017115877A1; WO2019011374A1

Abstract

Reibbelag mit mindestens einem Garn, das Garnkomponenten umfasst und in eine Reibbelagschicht eingebettet ist, wobei das Garn ein Hybridgarn ist, umfassend eine Kernfaserkomponente (3), die mit mindestens einer Mantelfaserkomponente (5) ummantelt ist, wobei die Mantelfaserkomponente (5) organische Faser (6) umfasst, und wobei die Mantelfaserkomponente (5) Fasern (6) enthält, die eine deutlich geringere Sprödigkeit als Fasern der Kernfaserkomponente (3) aufweisen, wobei die Kernfaserkomponente (3) oxidierte Polyacrylnitrilfasern (4) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibbelag mit einem Hybridgarn, Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags sowie eine Kupplungsscheibe oder Kupplungslamelle mit einem derartigen Reibbelag.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 05 308 A1 ist ein asbestfreies Reibungsmaterial bestehend aus Verstärkungsfasern bekannt, die nicht aus Asbest bestehen, einem Bindemittel, wie beispielsweise Phenolharz oder dergleichen, und einer die Reibung steuernden Komponente, wie beispielsweise Bariumsulfat oder dergleichen, wobei ein Teil der Verstärkungsfasern aus speziellen Kohlefasern auf Polyacrylnitrilbasis bestehen. Aus den japanischen Patentzusammenfassungen JP 57205473 A , JP 56167921 A , JP 61218636 A , JP 62261725 A , JP 58057486 A , JP61076531 A , , JP 63076928 A , JP 1294553 A , JP 2102937 A , JP 2113136 A , JP 3009131 A , JP 3179077 A , JP 5086355 A , JP 5247233 A , JP 8014292 A sind eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten von Kohlefasern unter anderem als Komponente in Kupplungsbelägen bekannt.
EP 1 933 057 A1 offenbart einen Nasslaufreibbelag mit einem Fasergewebe, das mit einem Harz oder Harzgemisch versetzt ist. Das Fasergewebe ist aus Stapelfasern gebildet. Es ist möglich die Stapelfasern als Langfasern herzustellen, mit einer härteren Faser im Kern und einer weicheren Faser als Mantel der Langfaser.
Die DE 197 56 209 A1 offenbart ein Umwindespinnverfahren, wobei als Umwindegarn unter anderem Polyacryl genannt ist und Carbon als Armierung in Betracht kommt.
Die EP 0510875 A2 offenbart als Kernfaser unter anderem Glasfaser und als Mantelfaser unter anderem Carbonfaser oder Polyacrylnitrilfaser.
Die US 5,645,906 A offenbart ein Dref-Verfahren, wobei als Kernfasern Glasfasern vorgesehen sind, und als Mantelfasern Polypropylenstapelfasern vorgeschlagen werden.
Die US 4,299,884 A offenbart einen, ein Faserbündel umhüllenden Textilfaden.
Die DE 100 45 443 B1 offenbart ein Reibelement, umfassend einen Faden mit einer Vielzahl von Basisfasern, welche zu einer vorbestimmten Form vorgeformt und warm geformt werden.
Die DE 31 34 939 C2 offenbart einen Reibbelag, bestehend aus Mineralfasern, organischen Fasern, Charge und einem Bindepunkt.
Die DE 31 17 823 C2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Reibbelägen für Reibungskupplungen, bei denen textile Fasern, Bindemittel und Belagmaterialien enthaltende Stränge zu einer ringförmigen Scheibe gewickelt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung von Reibbelägen, mit mindestens einem Garn, das Garnkomponenten umfasst und in eine Reibbelagschicht eingebettet ist, zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch einen Reibbelag mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 3 und eine Kupplungsscheibe oder Kupplungslamelle gemäß Anspruch 6 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe ist also bei einem Reibbelag mit mindestens einem Garn, das Garnkomponenten umfasst und in eine Reibbelagschicht eingebettet ist, dadurch gelöst, dass das Garn als Hybridgarn mit mindestens einer Kernfaserkomponente ausgeführt ist, die mit mindestens einer Mantelfaserkomponente ummantelt ist. Bei dem Reibbelag handelt es sich vorzugsweise um einen Kupplungsreibbelag. Der Reibbelag kann eine Reibbelagschicht umfassen, kann aber auch mehrere Reibbelagschichten umfassen. In der Serienfertigung von Garnen für Reibbeläge von Kupplungsscheiben werden die verschiedenen Garnkomponenten zum Beispiel durch Texturieren oder Kablieren miteinander zu einem fertigen Garn verarbeitet. Anschließend wird das fertige Garn zum Beispiel in einem Extrusionsprozess mit Reibzement umspritzt, um ein Band zu erhalten, aus dem anschließend die Reibbeläge, insbesondere Kupplungsbeläge, gewickelt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass spröde Garnkomponenten, wie Kohlenstofffasern oder oxidierte Polyacrylnitrilfasern, in den genannten Prozessschritten durch Abrieb beschädigt werden. Das führt zu schlechteren mechanischen Eigenschaften und zu einer erheblichen Verschmutzung bei der Verarbeitung. Bei der Ausführung des Garns als Hybridgarn dient die Mantelfaserkomponente vorteilhaft zum Schutz der Kernfaserkomponente. Das Hybridgarn kann auch als Dref-Garn bezeichnet werden.
Der erfindungsgemäße Reibbelag ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfaserkomponente organische Fasern umfasst. Die organischen Fasern, aus denen die Mantelfaserkomponente gebildet ist, können aus Aramid, Polyacrylnitril, Viskose oder Baumwolle gebildet sein.
Der erfindungsgemäße Reibbelag ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfaserkomponente Fasern enthält, die eine deutlich geringere Sprödigkeit als Fasern der Kernfaserkomponente aufweisen. Die Güte des Verfahrens wird insbesondere danach bewertet, wieviel Abrieb von der Faser vorhanden ist. Bei nicht ummantelten Kohlenstofffasern ist der Abrieb aufgrund deren Sprödigkeit deutlich größer als bei der Hybridfaser mit organischen Fasern in der Mantelfaserkomponente, weil die organischen Fasern nicht so spröde sind.
Der erfindungsgemäße Reibbelag ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kernfaserkomponente oxidierte Polyacrylnitrilfasern umfasst. Die oxidierten Polyacrylnitrilfasern werden auch PANOX-Fasern bezeichnet. Durch die Ummantelung dieser Fasern wird deren Handhabung bei der Herstellung von Reibbelägen, insbesondere Kupplungsreibbelägen, erheblich vereinfacht. Dabei werden insbesondere unerwünschte Beschädigungen der Kernfaserkomponente vermieden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Reibbelags ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag mit dem Hybridgarn Harz, Kautschuk, Glasfasern, organische Fasern, Kohlenstofffasern, Kupfer, Vernetzer, Prozesshilfsstoffe und Füllstoffe enthält. In Gewichtsprozent machen das Harz und die organischen Fasern vorteilhaft den größten Anteil aus. Danach folgen, auch wieder in Gewichtsprozent, die Füllstoffe, die Kohlenstofffasern, der Kautschuk, die Glasfasern, das Kupfer, der Vernetzer und die Prozesshilfsstoffe.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Reibbelags ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass mindestens eine Kernfaser von einer Ummantelung aus anderen Fasern eingeschlossen wird, um das Hybridgarn für den Reibbelag herzustellen. Bei der Kernfaser handelt es sich erfindungsgemäß um eine oxidierte Polyacrylnitrilfaser. Die Ummantelung umfasst vorteilhaft organische Fasern, die deutlich weniger spröde als die Kernfaser sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridgarn einem Kablierprozess zugeführt wird. Dabei stellt das Hybridgarn ein Vorgarn dar, das mit weiteren Garnkomponenten zu einem fertigen Garn verarbeitet wird. Weitere Verarbeitungsschritte können Kablieren, Zwirnen, Fachen, Umwinden oder Flechten umfassen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridgarn einem Extrusionsprozess zugeführt wird. In dem Extrusionsprozess wird das Hybridgarn mit Reibzement umspritzt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Kupplungsscheibe oder Kupplungslamelle mit mindestens einem vorab beschriebenen Reibbelag. Die Kupplungsscheibe oder Kupplungslamelle ist vorteilhaft auf beiden Seiten mit einem vorab beschriebenen Reibbelag ausgestattet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

1 ein Hybridgarn zur Herstellung eines beanspruchten Reibbelags im Querschnitt und
2 das Hybridgarn aus 1 in einer Seitenansicht.

In den 1 und 2 ist ein Hybridgarn 1 mit einer Kernfaserkomponente 3 und einer Mantelfaserkomponente 5 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Kernfaserkomponente 3 umfasst relativ spröde Fasern 4. Bei den relativ spröden Fasern 4 handelt es sich um oxidierte Polyacrylnitrilfasern.
Die oxidierten Polyacrylnitrilfasern werden zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften in gewickelten Kupplungsbelägen eingesetzt, insbesondere zur Verbesserung hinsichtlich Komfort und Verschleiß im Betrieb der Kupplungsbeläge. Aufgrund der Sprödigkeit der oxidierten Polyacrylnitrilfasern können diese bei einer ungeschützten Verarbeitung beschädigt werden.
Die Mantelfaserkomponente 5 ist mit organischen Fasern 6 ummantelt, die, im Vergleich zu den Fasern 4 der Kernfaserkomponente 3 nicht oder deutlich weniger spröde sind. Die organischen Fasern 6 in der Mantelfaserkomponente 5 schützen die Kernfaserkomponente 3 mit den oxidierten Polyacrylnitrilfasern 4 bei der Verarbeitung.
Dadurch können die mechanischen Eigenschaften eines mit dem Hybridgarn 1 herstellten Kupplungsreibbelags deutlich verbessert werden, was sich zum Beispiel in niedrigeren Berstdrehzahlen des fertigen Kupplungsbelags auswirkt. Darüber hinaus kann durch die Verwendung des Hybridgarns 1 eine unerwünschte Verschmutzung bei der Verarbeitung durch Kohlenstofffasern vermieden werden. Dadurch werden Störungen bei der Verarbeitung vermieden.
Ein fertiger Kupplungsbelag mit dem Hybridgarn 1 enthält zum Beispiel etwa achtzehn Prozent Harz, etwa zehn Prozent Kautschuk, etwa sieben Prozent Glasfasern, etwa achtzehn Prozent organische Fasern, etwa sechzehn Prozent Kohlenstofffasern, etwa sieben Prozent Kupfer, etwa vier Prozent Vernetzer, etwa drei Prozent Prozesshilfsstoffe und etwa siebzehn Prozent Füllstoffe. Die Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozent.
Kupplungsbeläge werden zum Beispiel aus einem Band gewickelt. Das Band wird zum Beispiel in einem Extrusionsprozess erzeugt. In dem Extrusionsprozess wird das Hybridgarn 1 mit Reibzement umspritzt.
Alternativ kann das Hybridgarn 1 als Vorgarn verwendet werden, das, zum Beispiel durch Texturieren oder Kablieren, mit anderen Garnkomponenten zu einem fertigen Garn verarbeitet wird. Als Texturieren wird eine Bearbeitung mit Druckluft bezeichnet, um den glatten Fasern eine Charakteristik von Naturfasern, wie Wolle oder Baumwolle, zu verleihen, die auch als Texturierung bezeichnet wird.
Das Hybridgarn 1 als Vorgarn kann auch mit weiteren Garnkomponenten durch Zwirnen, Fachen, Umwinden oder Flechten kombiniert werden. Beim Zwirnen werden mehrere Einzelfäden oder Zwirne zusammengedreht. Beim Fachen werden zwei oder mehr Fäden zusammengenommen.
Bezugszeichenliste

1: Hybridgarn für Reibbelag
3: Kernfaserkomponente
4: Fasern
5: Mantelfaserkomponente
6: Fasern

Claims

Reibbelag mit mindestens einem Garn, das Garnkomponenten umfasst und in eine Reibbelagschicht eingebettet ist, wobei das Garn ein Hybridgarn ist, umfassend eine Kernfaserkomponente (3), die mit mindestens einer Mantelfaserkomponente (5) ummantelt ist, wobei die Mantelfaserkomponente (5) organische Faser (6) umfasst, und wobei die Mantelfaserkomponente (5) Fasern (6) enthält, die eine deutlich geringere Sprödigkeit als Fasern der Kernfaserkomponente (3) aufweisen, wobei die Kernfaserkomponente (3) oxidierte Polyacrylnitrilfasern (4) umfasst.
Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag mit dem Hybridgarn (1) Harz, Kautschuk, Glasfasern, organische Fasern, Kohlenstofffasern, Kupfer, Vernetzer, Prozesshilfsstoffe und Füllstoffe enthält.
Verfahren zum Herstellen eines Reibbelags nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kernfaser (4) von einer Ummantelung aus anderen Fasern (6) eingeschlossen wird, um das Hybridgarn (1) für den Reibbelag herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridgarn (1) einem Kablierprozess zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridgarn (1) einem Extrusionsprozess zugeführt wird.
Kupplungsscheibe oder Kupplungslamelle mit mindestens einem Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 2.