DE4231678A1 - Reibkoerper in form eines verbundkoerpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reibkörper in Form eines Verbundkörpers, wie Bremsband, Kupplungsbelag oder der­ gleichen, bei dem auf einem Metallträger eine Reibschicht aufgebracht ist.

Derartige Reibkörper sind beispielsweise als Bremsband durch die deutsche Patentanmeldung 41 32 421 oder die US-PS 46 02 706 und als Reibungskupplungsbelag in Verbindung mit einer Kupplungsscheibe durch die DE-AS 12 10 686 bekannt. Bei diesen Reibkörpern ist die Reibschicht jeweils fest mit einem Metallträger verbunden, beispielsweise durch eine Verklebung.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, derar­ tige Reibkörper, die eine fest mit der Trägerschicht verbun­ dene Reibschicht aufweisen - die Reibschicht kann auch aufgepreßt sein -, als kostengünstig zu produzierendes Teil auszulegen. Weiterhin sollte bei einer geklebten Reibschicht deren korrekte Position gewährleistet werden, unter anderem auch dadurch, daß die noch ungeschwächte zusammenhängende Reibschicht einfacher zu positionieren ist. Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß zumindest eine Schicht wenigstens weitgehend mittels energiereicher Strahlen, wie Laserstrahl, Elektronenstrahl oder Wasserstrahl durchtrennt ist.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen kreisringförmigen Kupplungsbelag für Kupplungsscheiben, mit einer auf einem Metallträger angeordneten Reibschicht, wie beispielsweise aus der DE-AS 12 10 686 bekannt. Derartige Kupplungsscheiben mit auf Trägerblechen aufgeklebten Reibbelagringen weisen den Nachteil auf, daß sich bei einer Erwärmung des Aggregates die Reibbeläge und die Metallträgerplatte unterschiedlich ausdehnen, so daß ein Bimetalleffekt auftritt, woraus nicht unerhebliche Spannungen resultieren. Die ebenfalls der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, diesen Nachteil zu beseitigen, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Reibschicht zumindest weitgehend mittels energiereicher Strahlen, insbesondere mittels Laserstrahl, durchtrennt bzw. abgetragen ist. Durch das Einbringen von Konturen, die diese Trennung bewirken, wird ein Ausgleich der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen erreicht.

Dabei kann es sich als besonders vorteilhaft erweisen, wenn die radial oder sehnenartig verlaufenden Durchtrennungen der kreisringförmigen Reibschicht sich zumindest annähernd über deren radiale Ausdehnung erstrecken. Dabei besteht die Möglichkeit, die Durchtrennungen oder die in die betreffen­ de(n) Schicht(en) eingebrachten Konturen in vielfältiger Weise auszubilden, so daß beispielsweise durch eine bestimmte geometrische Anordnung Bilder oder Zeichen bis hin zu Firmenlogos oder Warenzeichen darstellbar sind.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein zylinderförmiges Bremsband in Form eines Verbundkörpers, auf dessen Metallträ­ gerfläche eine Reibschicht aufgebracht ist, wie es beispiels­ weise durch die US-PS 46 02 706 oder die deutsche Patentan­ meldung 41 32 421 bekannt ist.

Derartige Bremsbänder sind meist als Doppelumschlingungs­ bremsbänder ausgeführt und finden Verwendung insbesondere in selbsttätig schaltenden Kraftfahrzeuggetrieben mit Drehmo­ mentwandler, also in sogenannten Automatikgetrieben. Bei derartigen Getrieben erstreckt sich eine getriebene Welle vom Drehmomentwandler zu einer Einheit mit einer oder mehreren Kupplungstrommeln, die von Bremsbändern umschlungen sind. Diese Bremsbänder haben bei entsprechender Steuerung die Funktion, den Gangwechsel herbeizuführen und die Drehrichtung der Abtriebswelle des Getriebes zu steuern.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, derar­ tige Bremsbänder zu entwickeln, die eine exakte Fertigung ermöglichen bzw. erleichtern und weiterhin eine optimale Betriebssicherheit aufweisen und hohe Standzeiten erreichen.

Weiterhin sollte die Möglichkeit geschaffen werden, eine sehr geringe Spaltbreite und damit eine größtmögliche Reibbelag­ fläche erreichen zu können, also zum Beispiel das Spaltmaß so festzulegen, daß das Bremsband gerade frei und ohne störende Reibung angelegt und gelöst werden kann.

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß zumindest eine Schicht des Verbundkörpers mittels energiereicher Strahlen, insbesondere mittels Laserstrahl, durchtrennt ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, einen einteiligen, nicht vorgeschlitzten, also gegen Verformung widerstandsfähigeren Reibbelag auf das Trägermetall aufzu­ bringen.

Besonders vorteilhaft kann es dabei sein, wenn die Durchtren­ nung von der Seite der Reibschicht her erfolgt. Dabei kann diese zumindest eine Schicht, beispielsweise bei einem Bremsband, mittels Laserstrahl von radial innen her nach außen durchtrennt sein. Bei einem derartigen Trennvorgang befindet sich der Laserkopf bzw. die Fokussiereinrichtung des Lasers im Innenraum des zylindrischen Bauteils und richtet den energiereichen Strahl auf die innere Mantelfläche des Bauteils, von der aus dann Material abgetragen wird bzw. die den radial inneren Bereich der von dort ausgehenden Durch­ trennung bildet. Bei einem Bremsband der eingangs genannten Art ist auf dieser inneren Zylindermantelfläche die Reib­ schicht beispielsweise mittels Verklebung angebracht. Durch dieses Trennen von der Reibschichtseite her kann ein Schlit­ zen der Reibschicht oder ein Einbringen von Konturen in diese ohne eine Schädigung bzw. mit einer nur geringen Beeinflus­ sung des Metallträgers erreicht werden.

Besonders zweckmäßig kann es bei einem Reibkörper der eingangs genannten Art sein, wenn die Reibschicht in einem Brenn-, Schmelz- oder Sublimiervorgang zumindest teilweise abgetragen ist, wobei beim Sublimierabtragen der Werkstoff, also in diesem Fall die Reibschicht, direkt vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand überführt wird. Besonders vorteilhaft kann es dabei sein, wenn das Abtragen der Reibschicht in einer Inertgasatmosphäre vorgenommen wird. Als zweckmäßig kann es sich zeigen, die zumindest eine Schicht wenigstens weitgehend unter Zusatz flüssiger Medien abzutra­ gen oder zu trennen. Weiterhin kann eine Entfernung der Rückstände aus dem Abtragen der Reibschicht mittels Luft- oder Stickstoffströmung vorteilhaft sein, wobei auch geeig­ nete andere Fluide, zum Beispiel als Druckgas oder auch in flüssigem Zustand, Verwendung finden können. Die Fluidzufüh­ rung kann dabei sowohl koaxial als auch geneigt bezüglich der Achse der energiereichen Strahlung erfolgen.

Bei einem Reibkörper gemäß der Erfindung kann es sich als besonders vorteilhaft erweisen, wenn erst die Reibschicht und darauf folgend der Metallkörper des Verbundkörpers durch­ trennt ist, da es dadurch möglich ist, die Trennstelle von Rückständen zu säubern und so Ablagerungen, die ansonsten auf der Schneidfläche auftreten können, zu verhindern. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn der Metallträger - nach dem Durchtrennen der Reibschicht und einer eventuell vorgenomme­ nen Reinigung der Trennstelle - mittels Laserbrennschneiden unter Sauerstoffzugabe durchtrennt ist. Die Sauerstoffzugabe durch einen Hilfsgasstrahl bewirkt eine exotherme Reaktion, die den Schneidablauf beschleunigt und dadurch eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit ermöglicht. Weiterhin treibt dieser scharf gebündelte Gasstrahl Partikel in Strahlrichtung aus der Brennzone und verhindert so eine Brückenbildung durch unvollständig aus dem Schneidspalt herausgefördertes und wiederverfestigtes Werkstückmaterial.

Das Durchtrennen des Verbundkörpers kann in besonders vorteilhafter und auch zeitsparender Weise so erfolgen, daß zuerst die Reibschicht, darauffolgend der Metallträger mittels zweier Laserstrahlen in einem Bearbeitungsgang durchtrennt wird, wobei die Fokussiereinrichtungen der Laserstrahlen umfangsmäßig voneinander beabstandet angeordnet oder in einem Kopf integriert sind. Die zwei Strahlen können durch Strahlteilung von einer Laserstrahlquelle oder auch von zwei unabhängigen Quellen erzeugt werden.

Bei einem solchen Bearbeitungsvorgang, der mehrere Schritte so zusammenfaßt, daß der Gesamtvorgang des Durchtrennens sowohl der Reibschicht als auch des Metallträgers in einer Umdrehung des Reibkörpers um die Laserköpfe bzw. Laserstrah­ len durchgeführt wird, ist ein Laserstrahl dem anderen nach­ eilend angeordnet. Ebenso ist es möglich, den Verbundkörper festzuhalten oder einzuspannen und die Laserstrahlen, die in unterschiedlichen Umfangswinkeln, also mit einem gewissen Abstand in Umfangsrichtung, angeordnet sind, bezogen auf den Reibkörper, beispielsweise das Bremsband, rotieren zu lassen, wobei ein Laser vorauseilt und der andere diesem in dessen Spur oder Bahn nachfolgt.

Für andere Anwendungsfälle kann es sich jedoch als zweckmäßig erweisen, wenn beide Schichten des Verbundkörpers zusammen beispielsweise mittels Hochdrucklaserstrahlschneiden durch­ trennt sind. Der dazu erforderliche Druck, der mit Hilfe des Prozeßgases aufgebaut wird, kann dabei zwischen 18 und 20 bar liegen, jedoch kann auch ein Druck von 30 oder 40 bar zur Anwendung kommen.

Je nach Anwendungsfall kann zur Herstellung eines erfindungs­ gemäßen Reibkörpers die Verwendung eines kontinuierlich betriebenen Lasers oder die eines gepulst betriebenen Lasers vorteilhaft sein.

Anhand der Fig. 1 bis 7 sei die Erfindung näher erläutert.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Teil eines Schnittes durch einen Verbundkörper,

Fig. 2 bis 5 den Ausschnitt von Fig. 1 mit unterschied­ lich tief abgetragenen Nuten bzw. Durchtrennungen,

Fig. 6 eine Draufsicht auf Ausschnitte eines Reibkörpers, beispielsweise eines Kupplungsbelages mit unterschiedlichen Nutformen und

Fig. 7 die schematische Darstellung eines Bremsbandes.

Der in Fig. 1 dargestellte Verbundkörper 1 weist eine Reibschicht 2 auf, die auf einen Metallträger 3 aufgebracht ist. Diese Reibschicht 2 kann beispielsweise ein aus Verbundmaterial bestehender, 0,1 bis 5 mm dicker oder noch stärkerer Reibbelag sein, der aus einer Matrix mit oder ohne Phenolharz besteht und Fasern, Reib-, Schmier- und Füllstoffe enthält, wobei jedoch auch andere organische und anorganische Werkstoffe auf dem Metallträger 3 angebracht sein können. Der Metallträger 3 kann aus legiertem oder unlegiertem Metall gefertigt werden und vorzugsweise eine Stärke von 0,1 bis 6 mm aufweisen. Die Maßangaben dienen lediglich der Erläu­ terung der Erfindung und schränken diese keineswegs auf den angegebenen Abmessungsbereich ein.

Die Reibschicht 2 kann in beliebiger Weise mit dem Metallträ­ ger 3 verbunden sein, beispielsweise durch Aufpressen, Aufsintern oder mittels einer Klebeschicht 4, wobei im dargestellten Beispiel vorzugsweise ein Kleber auf Phenol­ harzbasis Anwendung findet. Der Kleber kann dabei lösungsmit­ telhaltig oder lösungsmittelfrei sein und beispielsweise als Flüssigkeit oder Pulver oder auch als 0,01 bis 0,2 mm dicke Folie aufgebracht werden und innerhalb einer Temperaturspanne zwischen Raumtemperatur und zum Beispiel 300°C verarbeitet werden.

In Fig. 2 ist eine Nut 5 gezeigt, deren Tiefe geringer ist als die Materialstärke der Reibschicht 2. Diese Abtragung 5 kann bis in jede beliebige Tiefe der Materialstärke der Reibschicht 2 erfolgen, wobei weder eine eventuell vorhandene Klebeschicht 4 noch die Oberfläche des Metallträgers 3 beschädigt werden. Die Nuten oder Abtragungen können dabei in jeder beliebigen Breite, vorzugsweise jedoch breiter als 0,01 mm gefertigt werden.

In Fig. 3 ist eine Abtragung oder Durchtrennung 5 darge­ stellt, bei der die Nuttiefe im wesentlichen mit der Ma­ terialstärke der Reibschicht 2 identisch ist. In diesem Beispiel ist also der Reibbelag oder die Reibschicht 2 vollständig durchtrennt bzw. im Bereich der Nut 5 vollstän­ dig entfernt, wobei in diesem Bereich auch eine vorhandene Klebeschicht 4 mit entfernt sein kann, so daß die darunter­ liegende Oberfläche des metallischen Trägermaterials 3 freigelegt ist.

Die in Fig. 4 gezeigte Nut 5 entsteht durch vollständiges Abtragen bzw. Durchtrennen der Reibschicht 2 und der Kle­ beschicht 4 und durch eine weitergehende Materialabtragung bis in eine beliebige Tiefe der Materialstärke des metalli­ schen Trägermaterials 3. Alle in den Beispielen dargestellten Nuten sind mit einer beliebigen Breite herstellbar, wobei diese jedoch vorzugsweise über 0,01 mm liegt.

In Fig. 5 ist eine vollständige Durchtrennung 5 des Ver­ bundkörpers 1 dargestellt, die durch eine vollständige Abtragung der Reibschicht 2, der Klebeschicht 4 und des Metallträgers 3 gebildet ist. Dieses Trennen des gesamten Verbundes 1 kann ebenso wie die Nut 5 gemäß Fig. 4 sowohl in einem Schnitt erfolgen als auch mittels zweier aufeinander­ folgender Laserstrahlen, wobei der eine Laserstrahl dem anderen in dessen Bahn nachfolgt.

Fig. 6 zeigt Beispiele von Abtragungen 5 in Abschnitten eines Verbundkörpers 1 bzw. dessen Reibschicht 2. Da die Nuten oder Durchtrennungen 5 jede beliebige geradlinige oder gekrümmte Kontur aufweisen können, enthält die Fig. 6 lediglich Darstellungsbeispiele. So können sich beispielswei­ se bei einem kreisringförmigen Reibbelag 2 die Nuten 5 radial nach außen erstrecken oder auch sehnenartig oder in Form einer Kreistangente angeordnet sein. Weiterhin können sich die Nuten beispielsweise radial nach außen erweitern, also in ihrem freien Querschnitt verändern. Weiterhin ist in Fig. 6 eine Nut 5 dargestellt, die einen gekrümmten Verlauf, hier einen kreisringförmigen Verlauf, aufweist. Eine solche Ausgestaltung, auch wiederum mit einer möglichen Quer­ schnittserweiterung nach radial außen, ist ebenso herstellbar wie die hier als weiteres geometrisches Beispiel dienende Durchtrennung 5, die V-förmig angeordnet ist.

Fig. 7 zeigt in einer perspektivischen Ansicht schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines Bremsbandes 6, wie es beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung 41 32 421 bekannt ist. Dieses Bremsband 6 besitzt einen im wesentlichen zylinderartigen Bereich 7 und weist, in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, erste und zweite Betätigungselemente 8 und 9 auf. Diese ersten und zweiten Betätigungselemente 8 und 9 können als ursprünglich einstückiges Teil, beispiels­ weise mittels Verschweißung, auf die äußere Mantelfläche des Bremsbandes 6 aufgebracht sein und anschließend zur Bildung der einzelnen Betätigungselemente getrennt sein. Auf der inneren Mantelfläche des zylinderartigen Bereichs 7 des Bremsbandes 6 ist die Reibschicht 10 aufgebracht. Die Reibschicht kann, wie bereits beschrieben, auf verschiedene Weise mit dem metallischen Grundträger, also mit dem zylin­ derartigen Bereich 7, verbunden sein, beispielsweise mittels Aufpressen, Aufsintern oder Aufkleben. Der so gebildete Verbundkörper wird zur Bildung eines Doppelumschlingungs­ bremsbandes mit Schlitzen 11 versehen. Die Schlitze 11 erstrecken sich jeweils über den Weg des größeren Umfangs­ winkels von dem ersten Betätigungselement 8 zu den zweiten Betätigungselementen 9. Im Bereich des ersten Betätigungsele­ mentes 8 sind die Schlitze 11 mittels eines radial sich erstreckenden Schlitzes 12 verbunden. Im Bereich der zweiten Betätigungselemente 9 münden die Schlitze 11 jeweils in axial voneinander weg weisende Schlitzen 13, die die axiale Begrenzung des zylinderartigen Bereiches 7 des Bremsbandes 6 durchtrennen.

Die in Axialrichtung sich erstreckenden Schlitze 12 und 13 weisen eine vergrößerte Schlitzbreite auf, um die ersten und zweiten Betätigungselemente 8 und 9 in Umfangsrichtung aufeinander zu bewegen zu können, um somit eine Verkleinerung des Bremsbanddurchmessers zu erreichen und die geforderte Bremswirkung zu erzielen. Die Schlitze 11 können ebenfalls im Bereich der Betätigungsmittel 8 und 9 verbreitert ausgeführt sein. Die erforderlichen Trennungen zur Bildung eines Doppelumschlingungsbremsbandes, also die Schlitze 11, 12 und 13 sowie gegebenenfalls die erforderlichen Durchtrennungen im Bereich der Betätigungselemente sind hier unter Verwendung eines Schneidverfahrens gebildet, das sich energiereicher Strahlen, insbesondere Laserstrahlen, bedient.

Die Trennung mittels Laserstrahlen beispielsweise erfolgt hier von radial innen nach außen, das heißt, von der Seite des Reibbelages 10 her nach radial außen bis zur Durchtren­ nung der äußeren Mantelfläche des zylinderartigen Bereiches 7 des Bremsbandes 6. Hierzu können zwei Laser-Fokussiereinrich­ tungen mit einem Versatz in Umfangsrichtung eingesetzt werden, so daß der erste Laserstrahl den Reibbelag 10 durchtrennt und der ihm in seiner Spur folgende zweite Laserstrahl das metallische Trägermaterial, also den zylin­ derartigen Bereich 7. Weiterhin kann in einem weiteren Arbeitsgang oder auch in Verbindung mit dem vorigen der Trennvorgang im Bereich der Betätigungsmittel 8 und 9 erfolgen, jedoch können auch alle Schichten des Verbundkör­ pers, also des Bremsbandes 6, beispielsweise mittels Hoch­ drucklaserstrahlschneiden zusammen durchtrennt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebe­ nen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt insbeson­ dere auch solche Varianten, Elemente und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfah­ rensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.

Beispielsweise können - je nach Anordnung - die Austrittsöff­ nungen für die energiereichen Strahlen starr und das zu bearbeitende Bauteil relativ dazu beweglich angeordnet sein, oder auch das Bauteil fixiert und die Richtung der Strahlen gesteuert bewegbar sein.

Claims (16)

1. Reibkörper in Form eines Verbundkörpers, wie Bremsband, Kupplungsbelag oder dergleichen, bei dem auf einem Metallträger eine Reibschicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Schicht wenigstens weitgehend mittels energiereicher Strahlen, wie Laser­ strahl, Elektronenstrahl oder Wasserstrahl, durchtrennt ist.

2. Kreisringförmiger Kupplungsbelag für Kupplungsscheiben mit einer auf einem Metallträger aufgebrachten Reib­ schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibschicht zumindest weitgehend mittels energiereicher Strahlen, insbesondere mittels Laserstrahl, durchtrennt ist.

3. Kupplungsbelag nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial oder sehnenartig verlaufenden Durchtren­ nungen der kreisringförmigen Reibschicht sich zumindest annähernd über deren radiale Ausdehnung erstrecken.

4. Zylinderförmiges Bremsband in Form eines Verbundkörpers, auf dessen Metallträgerfläche eine Reibschicht aufge­ bracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Schicht des Verbundkörpers mittels energiereicher Strahlen, insbesondere mittels Laserstrahl, durchtrennt ist.

5. Reibkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrennung von der Seite der Reibschicht her erfolgt.

6. Reibkörper nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Schicht mittels Laserstrahl von innen her radial nach außen durchtrennt ist.

7. Reibkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibschicht in einem Sublimier- oder Schmelzvorgang zumindest teilweise abgetragen ist.

8. Reibkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibschicht unter Inertgasatmosphäre abgetragen ist.

9. Reibkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Schicht unter Zusatz flüssiger Medien wenigstens weitgehend durchtrennt ist.

10. Reibkörper nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstände aus dem Abtragen der Reibschicht mittels Luft- oder Stickstoffströmung entfernt sind.

11. Reibkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß erst die Reibschicht und darauffol­ gend der Metallkörper des Verbundkörpers durchtrennt ist.

12. Reibkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallträger mittels Laserbrennschneiden unter Sauerstoffzugabe durchtrennt ist.

13. Reibkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Reibschicht und darauffolgend der Metallträger mittels zweier Laserstrah­ len in einem Bearbeitungsvorgang durchtrennt ist.

14. Reibkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten des Verbundkörpers zusammen mittels Hochdrucklaserstrahlschneiden durch­ trennt sind.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeich­ net durch die Verwendung eines kontinuierlich betriebenen Lasers.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeich­ net durch die Verwendung eines gepulst betriebenen Lasers.