DE4235589C2 - Reibbelagkörper, insbesondere für eine Reibungskupplung und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Reibbelagkörper, insbesondere für eine Reibungskupplung und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Reibbelagkörpers, ins
besondere für eine Reibungskupplung eines Kraftfahrzeuges, bei welchem aus
einer Mischung zumindest von Kurzfasern wenigstens eines Armierungsmaterials,
von Bindemitteln und von wenigstens einem Reibbelag-Füllstoff ein Verbund
werkstoff hergestellt wird, in welchem die Kurzfasern angenähert unidirektional
ausgerichtet sind, der Verbundwerkstoff zu einem Rohkörper gewickelt wird, und
der Rohkörper zum Verfestigen von in den Bindemitteln enthaltenen oder nach
träglich in den Verbundswerkstoff einimprägnierten Binderkomponenten heiß ge
presst und/oder getempert und dann zum Reibbelagkörper fertig bearbeitet wird.
Reibbelagkörper für Kraftfahrzeug-Reibungskupplungen werden üblicherweise
durch Verpressen und Tempern eines Armierungsfasern in einer Duroplastmatrix
enthaltenden Verbundwerkstoff hergestellt. Der Verbundwerkstoff enthält zusätz
lich Reibbelag-Füllstoffe, die eine gewünschte Eigenelastizität des Reibbelagkör
pers wie auch dessen Reibeigenschaften oder dessen selbstreinigende Eigen
schaften sicherstellen. Gepresste Reibbelagkörper lassen sich zwar kostengünstig
herstellen, sind aber vielfach den im Betrieb auftretenden Zentrifugalkräften nicht
gewachsen, das heißt, sie haben eine zu geringe Berstdrehzahl, und die Reibung
ist ungleichmäßig in Abhängigkeit von der Gleitgeschwindigkeit.
Zur Erhöhung der Berstdrehzahl ist es bekannt, Reibbelagkörper aus einer Mi
schung verschiedener Garne zu wickeln, die mit dem Material der Du
roplastmatrix und gegebenenfalls den Reibbelag-Füllstoffen vor oder nach dem
Wickeln imprägniert werden. Die herkömmlichen Wickeltechnologien sind jedoch
vergleichsweise zeitaufwendig und teuer, und haben darüber hinaus den Nachteil,
dass sowohl die für die Festigkeit als auch für die Reibung verantwortlichen
Komponenten vielfach nicht ausreichend gleichmäßig in dem, Garnwickel verteilt
werden können. Dies führt im Bereib zu örtlichen Belagüberhitzungen.
Aus dem DE-Patent 16 00 044 ist es bekannt, Gewebestreifen aus Kett- und
Schussfäden eines Rovingmaterials, wie z. B. Messing oder Kupfer, mit Asbest
fasern zu ummanteln und mit einem Harz-Bindemittel zu imprägnieren. Das um
mantelte und imprägnierte Gewebe wird zu einem Wickel spiralig aufgewickelt
und unter Druck- und Temperatureinwirkung verfestigt. Das benutzte Rovingge
webe ist vergleichsweise kostspielig und bestimmt im Wesentlichen die Berstsi
cherheit.
Aus der DE-C-31 17 823 ist es bekannt, aus einer Mischung textiler Stapelfa
sern, eines Bindemittels und üblicher Reibbelagmaterialien ein homogenes Ge
misch herzustellen, aus dem durch Strangextrusion mittels einer Strangpresse
Strangmaterial hergestellt wird, in welchem die Stapelfasern im Wesentlichen
unidirektional ausgerichtet sind. Aus dem Strangmaterial werden Reibbelagrohlin
ge gewickelt, die nachfolgend in an sich bekannter Weise getrocknet, dann heiß
gepresst und getempert sowie durch Schleifen fertig bearbeitet werden. Wenn
gleich durch solche Herstellungsverfahren die Gleichmäßigkeit der Verteilung der
Reibbelagkomponenten verbessert werden kann, so ist doch die Gleichmäßigkeit,
mit der die Stapelfasern in dem Strangmaterial ausgerichtet werden können, und
damit die Berstdrehzahl, noch verbesserungsfähig.
Es ist weiterhin aus der DE 38 04 898 A1 bekannt, Reibbelagkörper für Rei
bungskupplungen herzustellen, welche aus einem vorgepressten Pressharz-
Grundteil und einem spiralförmig gewickelten Verstärkungsteil bestehen. Das
Grundteil enthält eine Mischung zumindest von Kurzfasern wenigstens eines Ar
mierungsmaterials, von Bindemitteln und von wenigstens einem Reibbelag-
Füllstoff, woraus ein Verbundwerkstoff hergestellt wird. Das Verstärkungsteil
enthält miteinander verdrillte Fasern und Bindemittel, die spiralförmig gewickelt
und mit dem Grundteil zu einem Rohkörper verpresst werden, der zum Verfesti
gen von in den Bindemittel enthaltenen Binderkomponenten heiß gepresst, gege
benenfalls getempert und dann zum Reibbelagkörper fertig bearbeitet wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben,
mit dem ein Reibbelagkörper, insbesondere für eine
Reibungskupplung eines Kraftfahrzeugs, der eine hohe
Berstdrehzahl und sehr feine Verteilung der Belagkompo
nenten hat, kostengünstig hergestellt werden kann.
Ausgehend von dem eingangs erläuterten Verfahren wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als
Verbundwerkstoff ein Vliesmaterialstreifen hergestellt
wird, der entweder eine Streifenbreite größer als die
Dicke des fertigbearbeiteten Reibbelagkörpers hat und
zur Bildung des Rohkörpers mit tangentialem Verlauf
seiner Bahnfläche direkt zu einem spiralförmigen Wickel
gewickelt wird oder der um seine Streifenlängsachse zu
einem Garn gerollt oder verdrillt wird, aus welchen
dann der Rohkörper gewickelt wird.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß sich
Vlies augrund seiner geringen Dicke leichter mit uni
direktional ausgerichten Kurzfasern herstellen läßt als
strangextrudiertes Material. Die Materialverteilung
über die Breite des Vliesmaterialstreifens kann sehr
exakt eingehalten werden und läßt sich mit herkömmli
chen Methoden in vorbestimmter Weise quer zur Streifen
längsrichtung prozesstechnisch steuern. Wird der Vlies
materialstreifen unmittelbar zu einem Wickel aufge
wickelt, so ergibt sich eine sehr gleichmäßige Vertei
lung der Belagmaterialien in dem Wickel. Wird der
Vliesmaterialstreifen zu einem Garn gerollt oder ver
drillt, so hat auch hier das Garn sehr homogene Eigen
schaften.
Geeignete Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung
des Vliesmaterialstreifens sind beispielsweise in Heinz
Richter "Verarbeiten und Anwenden kohlenstofffaserver
stärkter Kunststoffe", VDI-Verlag Düsseldorf, 1981,
Seiten 243 bis 257 oder in H. Richter "Faserverbundwerk
stoffe mit gerichteten Kurzfasern" in Kunststoffe 75
(1985), Heft 2, Seiten 80 bis 83 oder DE-AS 21 63 799
und DE-OS 28 50 833 beschrieben. Bei diesen Verfahren
werden die Kurzfasern in einem Lösungsmittel suspen
diert, das über ein Fließbett, in welchem die Kurzfa
sern hydrodynamisch ausgerichtet werden, auf eine
Saugtrommel geleitet wird, über die das Lösungsmittel
abgesaugt wird. Das so gebildete Gelege wird getrocknet
und zur Bildung eines Vlieses mit einer Fixierung
versehen. Ausgehend von diesem Verfahren können die
Kurzfasern zur Bildung des Vlieses auch einschließlich
eines Bindemittels, bei welchem es sich bereits um die
zur Verfestigung des Reibbelagkörpers erforderlichen
Duroplastkomponenten handeln kann, in dem zur hydro
dynamischen Ausrichtung der Fasern benutzten Lösungs
mittel enthalten sein. Die geringe Dicke des gebildeten
Vlieses von weniger als 0,5 mm vorzugsweise von 0,1 bis
0,3 mm erlaubt rasches Trocknen des Vlieses, das,
sofern es die Duroplastkomponenten bereits enthält, zu
einem Prepreg in bekannter Weise vorgehärtet werden
kann. Das Prepreg kann nachfolgend bei der Herstellung
des Reibbelagkörpers unabhängig von seiner vorangegan
gen Herstellung zu einem Rohkörper gewickelt oder einem
Garn verrollt oder verdrillt werden. Der als Prepreg
ausgebildete Vliesmaterialstreifen enthält zweckmäßi
gerweise bereits sämtliche Komponenten des späteren
Reibbelagkörpers, kann aber auch so ausgebildet sein,
daß er entweder vor dem Wickeln oder nach dem Wickeln
mit den Duorplastkomponenten für die Weiterverarbeitung
imprägniert wird. Das vorstehend erläuterte Herstel
lungsverfahren des Vliesmaterialsstreifens hat den
Vorteil, daß gegebenenfalls auch Wasser als Lösungs
mittel für die Suspension der Belagmaterialien einge
setzt werden kann. Anstelle der hydrodynamischen Aus
richtung der Kurzfasern können auch elektrostatische
oder magnetische Verfahren eingesetzt werden, oder es
kann eine Ausrichtung in Luft erfolgen.
Bei der Herstellung des Rohkörpers kann der Vliesmate
rialstreifen direkt zu einem Spiralwickel gewickelt
werden. Hierbei kann von einem Vliesmaterialstreifen
ausgegangen werden, der nur etwas breiter ist als die
Dicke des fertigbearbeiteten Reibbelagkörpers, so daß
der einzelne Reibbelagkörper jeweils für sich gewickelt,
heiß verpreßt, gegebenenfalls getempert und spannabhe
bend fertigbearbeitet wird. Werden Vliesmaterialstrei
fen verwendet, deren Breite ein Mehrfaches der Dicke
des fertigbearbeiteten Reibbelagkörpers ist, so können
nach dem Heißverpressen des aus solchem Streifenmate
rial gewickelten Wickels von diesen Scheiben abgetrennt
werden, die dann zu einzelnen Reibbelagkörpern weiter
verarbeitet werden.
Für die Bildung des Garns kann der Vliesmaterialstrei
fen, ausgehend von einem seiner Längsränder um seine
Streifenlängsachse vollständig eingerollt werden. Ein
solches Garn hat im wesentlichen kreisförmigen Quer
schnitt. Es lassen sich aber auch Garne mit flachem
Querschnitt herstellen, indem beide Längsränder des
Vliesmaterialstreifens aufeinander zu eingerollt wer
den. Die beiden Längsränder können jeweils mit gleichem
Drehsinn aufeinander zu eingerollt werden, werden aber
vorzugsweise mit entgegengesetztem Drehsinn eingerollt,
um beim Wickeln eventuell auftretende Spannungen kom
pensieren zu können. Durch gegensinniges Einrollen der
Ränder wird überdies zwischen den eingerollten Rändern
eine Rille gebildet, die sich zur Aufnahme endloser
Rovings oder dergleichen eignet.
Es versteht sich, daß Garne aus mehreren Vliesmaterial
streifen hergestellt werden können, beispielsweise
dadurch, daß zwischen die beiden aufeinander zu einge
rollten Längsränder eines ersten Vliesmaterialstreifens
ein zweiter eingerollter oder verdrillter Vliesmaterial
streifen eingelegt wird. Beide Vliesmaterialstreifen
bilden zusammen das aufzuwickelnde Garn. Auch der
zweite Vliesmaterialstreifen kann von beiden Rändern
her aufeinander zu eingerollt werden, zweckmäßigerweise
so, daß die Verbindungsbereiche der eingerollten Ränder
der beiden Vliesmaterialstreifen voneinander abgewandt
sind. Auf diese Weise entsteht ein flaches Garn mit im
wesentlichen symmetrischen Eigenschaften, sowohl in
seiner Schmalseitenrichtung als auf seiner Breitseiten
richtung. In den Zwischenräumen zwischen benachbarten,
eingerollten Rändern, lassen sich wiederum endlose
Rovings so unterbringen, daß sie während des Wickelsvor
gangs nicht nur das Garn schützen, sondern auch am
Austreten aus dem Garn weitgehend gehindert sind.
Der Rohkörper kann aus mehreren, vorzugsweise nebenein
anderliegenden Garnen gleichzeitig gewickelt werden.
Die nebeneinanderliegenden Garne können, wie nachfol
gend erläutert wird, jeweils für sich wiederum aus
Fasern von mehreren unterschiedlichen Materialien
bestehen. Werden mehrere Garne nebeneinanderliegend
gleichzeitig gewickelt, können dünnere Garne verwendet
werden. Dies hat Vorteile insbesondere dann, wenn die
Garne unterschiedliche Materialzusammensetzungen haben,
also beispielsweise Garne mit überwiegend reibenden
Füllstoffen zusammen mit Garnen verarbeitet werden, die
überwiegend reibflächenreinigende Eigenschaften haben.
Soweit das Garn aus mehreren Vliesmaterialstreifen
besteht, können die unterschiedlichen Eigenschaften
auch durch unterschiedliche Materialzusammensetzungen
der Vliesmaterialstreifen des selben Garns erreicht
werden. Da die Materialzusammensetzung des Vliesmate
rialstreifens quer zur Streifenlängsrichtung prozeß
technisch sehr einfach und sehr genau gesteuert werden
kann, wie dies anhand der vorstehend angegebenen Lite
ratur erläutert wird, läßt sich auch die Materialzusam
mensetzung innerhalb der Breite des Vliesmaterialstrei
fens definiert variieren. Innerhalb des selben Garns
lassen sich auf diese Weise ebenfalls Materialeigen
schaften verwirklichen, die für unterschiedliche Anwen
dungsgebiete jeweils optimal sind, wie z. B. optimale
Reibeigenschaften einerseits bei optimalen Reinigungs
eigenschaften andererseits. Durch die unterschiedliche
Zusammensetzung eines Garnes, in dem die verschiedenen
Fasern der Reibwerkstoffe, Schmierstoffe und Reini
gungsstoffe nebeneinander liegen, können zum Beispiel
die Eigenschaften aggressiver Glasfasern durch neben
liegende Acryl- oder Azetat-Fasern gemildert werden. An
dieser Stelle sei auch erwähnt, daß bei unmittelbar zu
einem Spiralwickel aufgewickelten Vliesmaterialstreifen
eine definiert über die Streifenbreite sich ändernde
Materialzusammensetzung von Vorteil sein kann, bei
spielsweise dann, wenn teuere reibungsverbessernde
Füllstoffe lediglich auf der reibend beanspruchten
Seite des Reibbelagkörpers in den Vliesmaterialstreifen
dosiert werden, während die andere, üblicherweise
lediglich der Befestigung dienende Seite eine dieser
Anforderung besser genügende Zusammensetzung erhält.
Aus Kostengründen werden bevorzugt vergleichsweise
kurze und damit billiger herstellbare Kurzfasern von
weniger als 5 mm, vorzugsweise von etwa 1 bis 3 mm
verwendet. Es lassen sich nach dem erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahren eine Vielzahl auch herkömmlich im
Reibbelagbau benutzter Fasermaterialien einsetzen. Die
Dicke variiert abhängig von den Materialeigenschaften
und liegt bei Glasfasern zweckmäßigerweise zwischen 2
und 20 µm, bei Baumwolle oder Kunststoff, wie z. B.
Aramid, Polyacrylnitril oder Acetat zwischen 5 und 30 µm
und bei oxidiertem Kohlenstoff zwischen 7 und 14 µm.
Zweckmäßigerweise werden entsprechend den gewünschten
Eigenschaften des Belagmaterials Fasern aus mehreren
unterschiedlichen Materialien eingesetzt. Der Vorteil
bei Herstellung der Vliesmaterialstreifen entsprechend
den vorstehend erläuterten Herstellungsverfahren ist,
daß bei mehreren Faserarten die Kurzfasern nicht nur
nebeneinander parallel in dem Vlies angeordnet sind,
sondern auch hintereinander in Serie geschaltet die
Eigenschaften des Vliesmaterials bestimmen.
Aus dem Vliesmaterial lassen sich nicht nur Kupplungs
reibbeläge vorteilhaft herstellen, sondern auch andere
Reibbeläge, insbesondere für Fahrzeugbremsen. Durch
geeignete Anordnung der Faserrichtung läßt sich insbe
sondere besonders hohe Druckfestigkeit erzielen.
Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen kostengün
stig herstellbaren Reibbelagkörper hoher Festigkeit,
insbesondere für eine Reibungskupplung eines Kraftfahr
zeugs, anzugeben. Ausgehend von einem Reibbelagkörper
in Form einer einteiligen oder aus mehreren voneinander
gesonderten Segmenten zusammengesetzten Ringscheibe mit
einer aus einem Verbundwerkstoff gewickelten Material
struktur, die in einer Duroplastmatrix zumindest unidi
rektional ausgerichtete Kurzfasern wenigstens eines
Armierungsmaterials und wenigstens eines Reibbelag-
Füllstoffs als Bestandteile des Verbundwerkstoffs
enthält, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß die Ringscheibe als spiralförmiger Wickel
eines axial über die gesamte Dicke der Ringscheibe
integral durchgehenden, aus dem Verbundwerkstoff beste
henden Vliesmaterialstreifens ausgebildet ist oder als
Wickel wenigstens eines Garns ausgebildet ist, welches
durch Einrollen zumindest eines der Längsränder eines
aus dem Verbundwerkstoff bestehenden Vliesmaterialstrei
fens um dessen Streifenlängsachse oder durch Verdrillen
des Vliesmaterialstreifens um dessen Streifenlängsachse
gebildet ist. Ein solcher Reibbelagkörper läßt sich,
wie vorstehend erläutert, kostengünstig und mit gezielt
steuerbaren Eigenschaften herstellen und dabei eine
besonders hohe Berstdrehzahl bei Anwendung als Reibbe
lag einer Kraftfahrzeugreibungskupplung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sowohl des Verfahrens als
auch des Reibbelagkörpers ergeben sich aus den Unteran
sprüchen.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
Fig. 1 einen Axiallängsschnitt durch eine kreisschei
benförmige, durch Wickeln eines Vliesmaterial
streifens hergestellte Reibbelagplatte für
die Kupplungsscheibe einer Kraftfahrzeug-
Reibungskupplung;
Fig. 2a-2d schematische Darstellungen zur Erläuterung des
Herstellungsverfahrens der Reibbelagplatte;
Fig. 3 einen Axiallängsschnitt durch eine Variante
der Reibbelagplatte, hergestellt durch Wickeln
eines Vliesmaterialgarns und
Fig. 4 bis 8 teilweise perspektivische Schnittdarstellungen
verschiedener Ausführungsformen eines zur
Herstellung der Reibbelagplatte nach Fig. 3
geeigneten Vliesmaterialgarns.
Fig. 1 zeigt eine kreisringförmige Reibbelagplatte 1
in Form eines im nachfolgend noch näher erläuterter
Weise verfestigten, spiralförmigen Wickels eines Vlies
materialstreifens 3, der sich in axialer Richtung der
Reibbelagplatte 1 über deren gesamte Dicke von einigen
Millimetern, beispielsweise 3 bis 4 mm, erstreckt. Die
Reibbelagplatte 1 hat zumindest auf einer Seite eine
senkrecht zur Drehachse 5 verlaufende, ebene Reibfläche
7 und ist mit Bohrlöchern 9 für die Befestigung an
einem Reibbelagträger der Kupplungsscheibe versehen.
Die Reibbelagplatte 1 kann, wie bei 11 angedeutet,
durch radiale Trennschnitte in Segmente unterteilt
sein.
Bei dem Vliesmaterialstreifen handelt es sich um ein
sogenanntes Prepreg, das sämtliche Materialkomponenten
der Reibbelagplatte 1 in einer vorgehärteten Duroplast
matrix enthält. Insbesondere enthält der Vliesmaterial
streifen 3 auch Kurzfasern mit einer Länge von weniger
als 5 mm, vorzugsweise 1 bis 3 mm, aus zumindest einem,
vorzugsweise jedoch mehreren die Festigkeit bestimmenden
Armierungsmaterial, wie z. B. Glas, oxidiertem Kohlen
stoff oder Aramid, aber auch sonstigen, bei Reibbelägen
üblichen Fasermaterialien, wie z. B. Polyacrylnitril,
Baumwolle oder Acetat. Glasfasern liegen hierbei zweck
mäßigerweise in einer Dicke zwischen 5 bis 20 µm,
Polyacrylnitrilfasern zwischen 7 bis 14 µm, Kohlefasern
in einer Dicke zwischen 7 und 13 µm und Aramidfasern
bzw. sonstige Fasern in einer Dicke von 5 bis 30 µm
vor. Das Prepreg enthält darüber hinaus Reibmaterialien,
wie z. B. Reibzement oder auch reibflächenreinigende
Materialien, wie z. B. Keramikfasern und die Eigenelasti
zität des Reibbelagmaterials bestimmende Stoffe.
Die Kurzfasern werden zur Erhöhung der Berstdrehzahl
der Reibbelagplatte 1 im wesentlichen unidirektional in
das Vliesmaterial eingebracht. Geeignete Herstellungs
verfahren sind in den eingangs genannten Aufsätzen von
H. Richter sowie der DE-B-21 63 799 und der DE-A-28 50 833
beschrieben. Bei diesem Herstellungsverfahren
werden die Komponenten als Feststoffe in einem Lösungs
mittel, vorzugsweise Wasser, bis zu einem Feststoffan
teil von beispielsweise 2% suspendiert. In einem
Strömungsbett werden die Kurzfasern der Suspension
hydrodynamisch ausgerichtet und auf eine Filteroberflä
che einer Vakuumtrommel aufgebracht, die das Lösungsmit
tel absaugt. Auf der Filterfläche der Vakuumtrommel
verbleibt eine Vliesmaterialschicht geringer Dicke, von
vorzugsweise weniger als 0,5 mm, beispielsweise 0,2 mm.
Die Vliesmaterialschicht wird getrocknet und nachfolgend
unter Temperatureinwirkung zu dem Prepregmaterial
vorgehärtet.
Wie Fig. 2a zeigt, wird der aus dem Prepregmaterial
bestehende Vliesmaterialstreifen 3 auf einem Dorn 13
nach Art eines "Tonbandwickels" zu einem ringscheibenför
migen Rohkörper 15 aufgewickelt. Entsprechend Fig. 2b
wird dann das Duroplastmaterial des Rohkörpers 15 unter
Temperatur- und Druckeinwirkung bei ca. 180°C und
Drücken von 30 bis 60 N/mm2 heiß verpreßt, wie dies
durch Pfeile 17 angedeutet ist. Anschließend wird der
Rohkörper 15 über eine Zeitspanne von 14 bis 20 Stunden
bei einer von beispielsweise von 80°C auf 280°C
steigenden Temperatur zur vollen Aushärtung getempert.
Für die Wärmeerzeugung kann, wie Fig. 2c zeigt, eine
Strahlungswärmequelle 19 aber auch ein Mikrowellenofen
eingesetzt werden. Der Rohkörper 15 wird nachfolgend
durch Beschleifen seiner Seitenflächen 7 bzw. Bohren
der Löcher 9 spanabhebend zur Reibbelagplatte 1 fertig
bearbeitet (Fig. 2d).
Der Vliesmaterialstreifen 3 hat über seine Breite eine
gleichmäßige Materialzusammensetzung. Die Materialzusam
mensetzung kann über die Breite des Streifens hinweg
auch variieren, beispielsweise indem teuere Reibmaterial
zusätze lediglich auf der die spätere Reibfläche 7
bildenden Randseite des Streifens eindosiert werden,
während die andere Seite lediglich billigere, die
Festigkeit erhöhende Materialien enthält. Es versteht
sich, daß zusammen mit dem Vliesmaterialstreifen 3 auch
zusätzliche, die Festigkeit und das Reibverhalten
bestimmende Rovings miteingewickelt werden können.
Die Breite des Vliesmaterialstreifens 3 ist in jedem
Fall größer gewählt als die Dicke der fertigbearbeite
ten Reibbelagplatte 1, um eine Nachbearbeitung der
Flächen 7 zu ermöglichen. Die Breite des Vliesmaterial
streifens 3 kann aber auch ein Vielfaches der Dicke der
Reibbelagplatte 1 betragen, so daß zunächst ein walzen
förmiger Wickel hergestellt wird, von dem nach dem heiß
Verpressen und Tempern (Schritte gemäß Fig. 2b und
2c) Scheiben abgelängt werden, die entsprechend Fig. 2d
fertigbearbeitet werden.
Fig. 3 zeigt eine Variante einer ringscheibenförmigen
Reibbelagplatte 21, die sich von der Reibbelagplatte 1
im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß sie aus
einem aus Prepregmaterial bestehenden Garn 23 in geeig
neter Form gewickelt ist. Das Wickeln kann hier auch
wieder spiralförmig oder vorzugsweise im Scatter-
Wound-Verfahren vorgenommen werden, ist. Das Garn ist
aus einem Vliesmaterialstreifen hergestellt, der ent
sprechend den vorstehend erläuterten Herstellungsmetho
den mit in seiner Längsrichtung unidirektional ausge
richteten Kurzfasern und den vorstehend erläuterten
Materialzusammensetzungen hergestellt wurde. Die Reib
belagplatte 21 wird entsprechend den Fig. 2a bis 2d
gewickelt, heiß gepreßt, zum vollen Aushärten getempert
und fertigbearbeitet. Lediglich beim Wickelschritt
werden garngerechte, jedoch ebenfalls bekannte Wickel
verfahren eingesetzt. Zur Erläuterung des Herstellungs
verfahrens und seiner Varianten wird auf die Beschrei
bung der Fig. 1 und 2a bis 2d Bezug genommen. Es ver
steht sich, daß die axiale Breite des Wickels in jedem
Fall größer als die Dicke der fertigbearbeiteten Reib
belagplatte 21 ist, um die Fertigbearbeitung gemäß Fig.
2d zu ermöglichen. Auch kann die axiale Wickelbreite
ein Mehrfaches der Plattendicke betragen, so daß auch
hier Platten aus einem walzenförmigen Wickel nach dem
Aushärten des Prepregmaterials abgelängt werden können.
Fig. 4 zeigt Einzelheiten des zum Wickeln der Reibbelag
platte 21 eingesetzten Garns 23. Es wird durch einen
aus dem vorstehend erläuterten Prepregmaterial bestehen
den Vliesmaterialstreifen 25 gebildet, der entlang
eines seiner Längsränder um einen endlosen Roving 27
herum eingerollt ist. Der Roving 27 kann aus üblichen
Materialien bestehen, wie z. B. Glas, Polyacryläthyl,
Kohlefasern oder einem Metalldraht, z. B. aus Kupfer
oder Messing. Der Roving 27 kann aber auch ganz entfal
len. Die Kurzfasern sind, wie bie 29 angedeutet, eben
falls in Längsrichtung des Vliesmaterialstreifens 25
und des Rovings 27 ausgerichtet.
Fig. 5 zeigt eine Variante eines Garns 23a, die sich
von dem Garn 23 im wesentlichen nur dadurch unterschei
det, daß der Vliesmaterialstreifen 25a beim Einrollen
jeweils um 90° gekantet wird, so daß eine im Querschnitt
rechteckförmige oder quadratische Struktur entsteht.
Auf diese Weise kann ein höherer Füllfaktor erreicht
werden.
Fig. 6 zeigt ein Garn 23b, das sich von dem Garn 23 der
Fig. 4 dadurch unterscheidet, daß beide Längsränder des
Vliesmaterialstreifens 25b mit entgegesetztem Drehsinn
aufeinander zu eingerollt sind. Ein dem Roving 27
entsprechender Roving 27b ist in die Vertiefung zwischen
den beiden aufeinander zu gerollten Rändern des Vlies
materialstreifens 25b eingelegt. Auch hier kann der
Roving 27b entfallen, oder aber es können die beiden
Längsränder jeweils zusammen mit einem Roving eingerollt
werden.
Fig. 7 zeigt ein Garn 23c, welches aus zwei Vliesmate
rialstreifen 25c gebildet ist. Beide Vliesmaterialstrei
fen 25c sind an beiden Längsrändern mit einander entge
gengesetztem Drehsinn aufeinander zu eingerollt und so
ineinander eingelegt, daß die eingerollten Ränder im
wesentlichen in eine geradlinigen Reihe nebeneinander
zu liegen kommen. Die Verbindungsbereiche 31 zwischen
den aufeinander zu eingerollten Rändern jedes Vliesma
terialstreifens 25c liegen hierbei auf den voneinander
abgewandten Seiten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Verbindungsbereiche unterschiedlich breit,
wobei der eine Vliesmaterialstreifen vollständig zwi
schen den eingerollten Längsrändern des anderen Vlies
materialstreifens eingelegt ist. In einer nicht näher
dargestellten Variante können die Vliesmaterialstreifen
25c auch so ineinander greifen, daß jeweils nur ein
eingerollter Längsrand jedes Vliesmaterialstreifens
zwischen die beiden aufeinander zu eingerollten Längs
ränder des anderen Vliesmaterialstreifens 25c eingreift.
Wie Fig. 7 zeigt, können zwischen jeweils benachbarte
eingerollte Längsränder wiederum dem Roving 27 entspre
chende endlose Rovings 27c eingelegt sein. Es versteht
sich, daß auch hier ein Teil der Rovings entfallen kann
oder aber mit in dem Längsrand eingerollt sein kann.
Die Garne der Fig. 6 und 7 haben Flachstrukturen, die
eine bessere Ausnutzung des Wickelraums erlauben.
Fig. 8 zeigt eine Variante eines Garns 23d, bei welchem
ein dem Vliesmaterialstreifen 25 entsprechender Vliesma
terialstreifen 25d nicht um seine Streifenlängsachse
von zumindest einem seiner Ränder her eingerollt ist,
sondern um seine Streifenlängsachse verdrillt ist,
beispielsweise in der Form, daß er einen dem Roving 27
entsprechenden endlosen Roving 27d umwickelt. Wie bei
29d angedeutet, verlaufen die ansonsten in Längsrichtung
des Vliesmaterialstreifens 25d unidirektional ausgerich
teten Kurzfasern bei dieser Garnkonstruktion unter
einem spitzen Winkel von z. B. weniger als 20° zur
Garnlängsrichtung geneigt, mit der Folge, daß sie auch
in der fertiggewickelten Reibbelagplatte 21 schräg zur
achsnormal verlaufenden Reibfläche der Platte angeordnet
sind. Hierdurch können im Einzelfall die Reibeigenschaf
ten der Reibbelagplatte 21 verbessert werden.
Es versteht sich, daß bei den vorstehend erläuterten
Ausführungsformen der Garne jeweils anstelle eines
Rovings auch mehrere endlose Rovingfäden und/oder
Metalldrähte nebeneinanderliegend eingelegt sein kön
nen. Die zum Beispiel aus Kupfer oder Messing bestehen
den Drähte haben einen Durchmesser von vorzugsweise
0,15 bis 0,2 mm.
Es versteht sich, daß in den vorliegend erläuterten
Ausführungsformen der Reibbelagplatten sowohl die
Reibbelagplatte 1 als auch die Reibbelagplatte 21
jeweils aus mehreren aneinanderliegenden Vliesmaterial
streifen 3 bzw. mehreren aneinanderliegenden Garnen 23
gleichzeitig gewickelt werden kann, um den Wickelpro
zess zu beschleunigen. Wenn die aneinanderliegenden
Vliesmaterialstreifen 3 bzw. Garne 23 voneinander ver
schiedene Materialzusammensetzungen haben, können
zusätzlich die Betriebseigenschaften der Reibbelagplat
te gezielt beeinflußt werden. Eine solche gezielte
Beeinflussung ist auch innerhalb der Garne möglich,
beispielsweise indem die aufeinander zu eingerollten
Längsränder eines einzelnen Vliesmaterialstreifens mit
unterschiedlichen Materialien dotiert werden oder aber
daß, entsprechend Fig. 7, Vliesmaterialstreifen unter
schiedlicher Eigenschaften zu einem Garn vereinigt
werden.
Claims (26)
1. Verfahren zum Herstellen eines Reibbelagkörpers,
insbesondere für eine Reibungskupplung eines Kraft
fahrzeugs, bei welchem aus einer Mischung zumindest
von Kurzfasern wenigstens eines Armierungsmaterials,
von Bindemitteln und von wenigstens einem Reibbelag-
Füllstoff ein Verbundwerkstoff hergestellt wird, in
welchem die Kurzfasern angenähert unidirektional
ausgerichtet sind,
der Verbundwerkstoff zu einem Rohkörper (15) ge wickelt wird,
und der Rohkörper (15) zum Verfestigen von in dem Bindemittel enthaltenen oder nachträglich in den Verbundwerkstoff einimprägnierten Binderkomponen ten heiß gepreßt, gegebenenfalls getempert und dann zum Reibbelagkörper (1; 21) fertigbearbeitet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Verbundwerkstoff ein Vliesmaterialstreifen (3; 25) hergestellt wird, der entweder eine Strei fenbreite größer als die Dicke des fertigbearbeite ten Reibbelagkörpers (1; 21) hat und zur Bildung des Rohkörpers (15) mit tangentialem Verlauf seiner Bahnfläche direkt zu einem spiralförmigen Wickel gewickelt wird oder der um seine Streifenlängsachse zu einem Garn (23) gerollt oder verdrillt wird, aus welchem dann der Rohkörper (15) gewickelt wird.
der Verbundwerkstoff zu einem Rohkörper (15) ge wickelt wird,
und der Rohkörper (15) zum Verfestigen von in dem Bindemittel enthaltenen oder nachträglich in den Verbundwerkstoff einimprägnierten Binderkomponen ten heiß gepreßt, gegebenenfalls getempert und dann zum Reibbelagkörper (1; 21) fertigbearbeitet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Verbundwerkstoff ein Vliesmaterialstreifen (3; 25) hergestellt wird, der entweder eine Strei fenbreite größer als die Dicke des fertigbearbeite ten Reibbelagkörpers (1; 21) hat und zur Bildung des Rohkörpers (15) mit tangentialem Verlauf seiner Bahnfläche direkt zu einem spiralförmigen Wickel gewickelt wird oder der um seine Streifenlängsachse zu einem Garn (23) gerollt oder verdrillt wird, aus welchem dann der Rohkörper (15) gewickelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bindemittel die Duroplastkomponenten enthält
und der Verbundwerkstoff zu einem Prepreg vorgehär
tet wird, bevor der Vliesmaterialstreifen zum
Rohkörper (15) gewickelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verbundwerkstoff aus einer wässrigen Suspen
sion der Kurzfasern, der Duroplastkomponenten und
des Reibbelag-Füllstoffs hergestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vliesmaterialstreifen mit einer Breite
hergestellt wird, die ein Mehrfaches der Dicke des
fertigbearbeiteten Reibbelagkörpers (1; 21) ist und
in dieser Breite gewickelt wird und daß der so
hergestellte Rohrkörper (15) in Scheiben zerteilt
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung des Garns (23; 23a-c) beide Längs
ränder des Vliesmaterialstreifens aufeinander zu
eingerollt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Längsränder mit entgegengesetztem
Drehsinn aufeinander zu eingerollt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen die beiden aufeinander zu eingerollten
Längsränder des Vliesmaterialstreifens (25c) ein
weiterer eingerollter oder verdrillter Vliesmaterial
streifen (25c) eingelegt wird und daß der Rohkörper
aus dem aus beiden Vliesmaterialstreifen (25c)
gebildeten Garn (23c) gewickelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß beide Vliesmaterialstreifen (25c) des Garns
(23c) an beiden Längsrändern eingerollt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Vliesmaterialstreifen (25c) mit
Voneinander weggelegenen Verbindungsbereichen (29)
ihrer eingerollten Längsränder ineinander gelegt
werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein endloser Roving (27) mit dem
Längsrand eingerollt oder mit dem Vliesmaterial
streifen umwickelt wird und/oder zwischen zwei
benachbarte eingerollte Längsränder des Garns (23)
eingelegt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vliesmaterialstreifen um seine Streifenlängs
achse zum Einrollen mehrfach um 90° geknickt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verteilungsdichte der Kurzfasern oder/und
der Reibbelag-Füllstoffe quer zur Streifenlängs
achse in vorbestimmter Weise verändert wird.
13. Reibbelagkörper, insbesondere für eine Reibungs
kupplung eines Kraftfahrzeugs,
in Form einer einteiligen oder aus mehreren vonein ander gesonderten Segmenten zusammengesetzten Ringscheibe (1; 21) mit einer aus einem Verbund werkstoff gewickelten Materialstruktur, die in einer Duroplastmatrix angenähert unidirektional ausgerichtete Kurzfasern wenigstens eines Armierungs materials und wenigstens einen Reibbelag-Füllstoff als Bestandteile des Verbundwerkstoffs enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringscheibe (1; 21) als spiralförmiger Wickel eines axial über die gesamte Dicke der Ringscheibe integral durchgehenden, aus dem Verbund werkstoff bestehenden Vliesmaterialstreifens (3) ausgebildet ist oder als Wickel wenigstens eines Garns (23) ausgebildet ist, welches durch Einrollen zumindest eines der Längsränder eines aus dem Verbundwerkstoff bestehenden Vliesmaterialstreifens (25) um dessen Streifenlängsachse oder durch Ver drillen des Vliesmaterialstreifens (25d) um dessen Streifenlängsachse gebildet ist.
in Form einer einteiligen oder aus mehreren vonein ander gesonderten Segmenten zusammengesetzten Ringscheibe (1; 21) mit einer aus einem Verbund werkstoff gewickelten Materialstruktur, die in einer Duroplastmatrix angenähert unidirektional ausgerichtete Kurzfasern wenigstens eines Armierungs materials und wenigstens einen Reibbelag-Füllstoff als Bestandteile des Verbundwerkstoffs enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringscheibe (1; 21) als spiralförmiger Wickel eines axial über die gesamte Dicke der Ringscheibe integral durchgehenden, aus dem Verbund werkstoff bestehenden Vliesmaterialstreifens (3) ausgebildet ist oder als Wickel wenigstens eines Garns (23) ausgebildet ist, welches durch Einrollen zumindest eines der Längsränder eines aus dem Verbundwerkstoff bestehenden Vliesmaterialstreifens (25) um dessen Streifenlängsachse oder durch Ver drillen des Vliesmaterialstreifens (25d) um dessen Streifenlängsachse gebildet ist.
14. Reibbelagkörper nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß beide Längsränder des Vliesmaterialstreifens
(25b, 25c) aufeinander zu eingerollt sind.
15. Reibbelagkörper nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Längsränder mit entgegengesetztem
Drehsinn aufeinander zu eingerollt sind.
16. Reibbelagkörper nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen die beiden aufeinander zu eingerollten
Längsränder des Vliesmaterialstreifens (25c) ein
weiterer eingerollter oder verdrillter Vliesmaterial
streifen (25c) eingelegt ist und die Ringscheibe
(21) als Wickel des aus beiden Vliesmaterialstrei
fen (25c) gebildeten Garns (23c) ausgebildet ist.
17. Reibbelagkörper nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß beide Vliesmaterialstreifen (25c) des Garns
(23c) an beiden Längsrändern eingerollt sind.
18. Reibbelagkörper nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Vliesmaterialstreifen (25c) mit
voneinander weg gelegenen Verbindungsbereichen
ihrer eingerollten Längsränder ineinander liegen.
19. Reibbelagkörper nach einem der Ansprüche 16 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Vliesmaterialstreifen (25c) des
Garns (23d) unterschiedliche Materialzusammensetzung
haben.
20. Reibbelagkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringscheibe (1; 21) aus mehreren, insbeson
der nebeneinander liegenden Garnen (23) gewickelt
ist, die unterschiedliche Materialszusammensetzun
gen haben.
21. Reibbelagkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein endloser Roving (27) in wenig
stens einen der Längsränder des Vliesmaterialstrei
fens (25) eingerollt oder mit dem Vliesmaterial
streifen (25d) umwickelt ist und/oder zwischen zwei
benachbarte, eingerollte Rändern zumindestens
eines Vliesmaterialstreifens (25b; 25c) des Garns
(23) eingelegt ist.
22. Reibbelagkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vliesmaterialstreifen um seine Streifenlängs
achse zum Einrollen mehrfach um 90° geknickt ist.
23. Reibbelagkörper nach Anspruch 13 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verteilungsdichte der Kurzfaser oder/und
der Reibbelag-Füllstoffe quer zur Streifenlängsachse
variiert.
24. Reibbelagkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kurzfasern eine Länge von weniger als 5 mm
vorzugsweise 1 bis 3 mm haben.
25. Reibbelagkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vliesmaterialstreifen (3; 25) eine Dicke
von weniger als 0,5 mm vorzugsweise zwischen 0,1
und 0,3 mm hat.
26. Reibbelagkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vliesmaterialstreifen (3; 25) Kurzfasern
aus Glas mit einer Dicke zwischen 2 und 20 µm
und/oder Kurzfasern aus Baumwolle und/oder aus
Kunststoff insbesondere Aramid und/oder Polyacryl
nitril mit einer Dicke zwischen 5 und 30 µm und/oder
Kurzfasern aus oxidiertem Kohlenstoff mit einer
Dicke zwischen 7 und 14 µm enthält.
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Legal Events
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Owner name: MANNESMANN SACHS AG, 97422 SCHWEINFURT, DE |
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Owner name: ZF SACHS AG, 97424 SCHWEINFURT, DE |
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