WO2012019751A1 - Reibring und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
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- F16D2300/10—Surface characteristics; Details related to material surfaces
Definitions
- the invention relates to a friction ring with a carrier and a
- Friction lining as used for example in wet-running clutches or in
- the invention further relates to a
- friction paper which have a friction lining of a paper-like material.
- This material referred to below as “friction paper” is supplied in the form of sheets as a result of the friction paper sheets, and individual friction lining segments are cut out and applied to the carrier, for example adhesively bonded Production costs of friction paper comparatively high.
- the object of the invention is to provide a friction ring with friction lining, which can be produced inexpensively and at the same time the satisfies or even exceeds requirements with regard to friction coefficient behavior and wear.
- a friction ring with a carrier and a friction lining wherein a Reibbelagausgangsmatenal is a mixture of at least a thermosetting binder and a filler, and wherein the Reibbelagausgangsmatenal a non-flowable, pasty processing consistency and the friction lining a solid finish after processing on the carrier.
- thermosetting binder used is preferably a phenolic resin and as filler, in particular an organic filler such as graphite.
- a mixture with a paste-like processing consistency is produced as a friction lining starting material.
- the mixture is referred to as "pasty" when the viscosity is between about 1 Pa.s and about 100 Pa.s, preferably at 1-50 Pa.s .. In this viscosity range, the friction lining starting material can be easily applied to the prepared surface.
- the friction lining has a certain proportion of fibers, in particular exclusively non-fibrillated fibers.
- the mass fraction of the fibers is then preferably in the range of about 1% to about 20% of the solids content of the friction lining.
- Such a low, preferably single-digit percentage of non-fibrillated fibers still allows a paste-like processing consistency and thus a simple friction-ring production.
- this fiber content can positively influence the mechanical properties of the later friction lining.
- the friction lining starting material may additionally comprise a solvent, in particular water or ethanol, in the processing consistency. Frequently, the binder is already added in dissolved form, for example as a prefabricated phenolic resin solution.
- the friction lining starting material additionally comprises a substance for setting a desired processing consistency.
- This may in particular be a thickening or thixotropic agent or an agent which influences the intrinsic viscosity.
- the thixotropic agent facilitates processing of the friction lining starting material because it lowers viscosity during application, but increases the viscosity after application of the friction lining starting material.
- Such, in particular designed as grooves interruptions allow good oil circulation in the region of the friction lining, whereby the frictional heat generated during operation of the friction ring can be better dissipated.
- the friction lining has a multilayer structure in another embodiment of the friction ring.
- the multilayer friction lining may have at least two friction lining layers with different friction lining starting material.
- desired friction properties of the friction lining can be set very precisely with little effort.
- the friction lining contains friction particles, in particular coke particles, in the region of its friction surface.
- the friction particles are applied before drying and curing of Reibbelagausgangsmatenals on a later friction surface of the friction lining and penetrate at least partially into the friction lining.
- the friction particles can be quite coarse and form an optionally even closed cover layer on the friction lining.
- thermosetting binder can vary over a height of the friction lining, in particular decrease from the carrier to a friction surface.
- the friction ring according to the invention is particularly suitable as a synchronizer ring in a transmission and wet-running Lamellenreibsysteme, in particular wet-running clutches and wet-running brakes.
- a method for producing a friction ring which has a carrier and a friction lining.
- a carrier is first provided.
- a surface of the carrier to be provided with the friction lining is prepared.
- a friction lining starting material is applied in a substantially dimensionally stable, pasty processing consistency without an additional, the Reibbelagaus- material laterally limiting form on the prepared surface.
- the friction lining starting material is processed and finally hardens to the friction lining with a substantially solid finish.
- the inventive method can be produced with little effort friction linings, which are characterized by a particularly good wear behavior.
- the surface of the cured friction lining is particularly flat.
- the pasty friction lining starting material is applied by means of at least one metering pump.
- This metering pump is also referred to as a dispenser and allows with little effort an exact portioning and positioning of the friction lining starting material on the prepared surface of the carrier.
- the friction lining starting material is applied to the prepared area during only one revolution of the carrier.
- the friction lining starting material is in this case applied the same with a matched to the later desired friction lining dimensions cross-sectional profile, which allows a very fast coating of the carrier with the friction lining.
- the friction lining starting material is spirally applied to the prepared surface during several revolutions of the carrier.
- profiling of the later friction lining can already be carried out when the friction lining starting material is applied.
- the profiling in this case consists of helical longitudinal grooves, which have a positive effect on an oil circulation in the region of the friction lining and thus allow a rapid removal of the heat generated during operation frictional heat.
- friction particles for example friction-coarse coarse coke particles, are applied to the pasty friction lining starting material. In the subsequent processing of the friction lining starting material, these friction particles preferably penetrate at least partially into the friction lining starting material.
- the friction lining starting material may be dried, preferably immediately after its application to the carrier. As a result of this drying, for example by means of hot air, infrared radiation or induction, the friction lining starting material is precured, the consistency of pasty to tough to solid passes.
- the friction lining starting material can be hot-pressed.
- the friction lining starting material hardens completely and is calibrated to the final dimension.
- FIGS. 1 to 5 schematically show different steps in the production of a friction ring with a friction lining according to a first embodiment
- FIG. 6 shows a view of a friction ring according to a second embodiment during application of the friction lining starting material
- FIG. 7 shows a section VII-VII through the friction ring according to FIG. 6;
- FIG. 8 shows the section Vll-VII through the friction ring according to Figure 6 after its completion
- FIG. 9 shows the section Vll-VII through the friction ring according to Figure 6 with modified application of the friction lining starting material
- FIG. 10 shows the section Vll-VII through the friction ring according to Figure 6 with further modified application of the friction lining starting material.
- FIG. 1 shows a carrier 10 of a friction plate of a wet-running clutch, which preferably consists of metal.
- the carrier 10 is shown here only schematically; On the inside or outside existing gears that are used for torque transmission, or similar designs (grooves, spline, etc.) are not shown.
- a surface 14 of the carrier 10, to which the friction lining 12 is to be applied is activated. This is shown in Figure 2 by arrows 16 and improves the connection between the friction lining 12 and the carrier 10.
- the activation can be done chemically or preferably mechanically by sand blasting or shot peening from an environmental point of view.
- an adhesive intermediate layer 18 is first applied to the activated surface 14, onto which in turn a friction lining starting material 20 is applied in a substantially dimensionally stable, pasty processing consistency. Due to the pasty consistency (viscosity value between about 1 Pa s and about 100 Pa s, for example, determined by means of Rotationsrheometer) except the prepared surface 14 of the carrier 10 no additional, the friction lining starting material 20 laterally limiting shape is necessary, whereby the manufacturing process of the friction ring is considerably simplified . With a sufficiently high proportion of thermosetting binder in the friction lining starting material 20, the adhesive intermediate layer 18 may even be dispensed with in alternative embodiments since the friction lining starting material 20 bonds to the activated area 14 during curing, without further measures being necessary.
- the application of the friction lining starting material 20 by means of a metering pump 22, which is also referred to as a dispenser.
- the friction lining starting material 20 in the form of a mixture can be accurately portioned by the metering pump 22 and accurately positioned on the prepared surface 14 of the carrier 10.
- the consistency of the mixture is chosen so that the friction lining starting material 20 after application to the carrier 10, its cross-sectional shape (height h, width b, b ') maintains when no external effects occur. Due to the high viscosity, the undesirable effect that the Reibbelagausgangsmaterial 20 "runs" on the support 10, that is, the cross-sectional height h decreases continuously, while the cross-sectional width b increases continuously, negligible.
- the friction lining starting material 20 is dried (see FIG. 4), for which purpose a drying device 24 can be used. Subsequently, the friction lining starting material 20 is hot pressed, whereby it cures to the finished friction lining 12 and about 60% of its original leh height h is compressed until finally a desired nominal height of the friction lining 12 is reached.
- the hot pressing is symbolized schematically in FIG. 5 by a calendering roller 26.
- the carrier 10 coated with the friction lining 12 can be removed as a finished friction ring 28.
- friction particles 27, e.g. Coke particles are applied to the pasty Reibbelagausgangsmaterial 20.
- These friction-active particles 27 are sprinkled before processing, drying and curing of the Reibbelagausgangs- material 20, for example, on a later friction surface 32 of the friction lining 12 and penetrate especially when hot pressing the Reibbelagausgangs- material 20 at least partially in the later friction lining 12 a.
- the friction particles 27 can be quite coarse and form a cover layer 34, in particular a closed cover layer 34, on the friction lining 12 (compare FIGS. 3 and 4).
- the pressure stiffness ratio of the finished friction lining 12 is less than 40%.
- the compressive stiffness ratio indicates the ratio of plastic to total deformation of the friction lining 12, as can be determined in a standardized pressure-setting test.
- the friction lining 12 according to the invention having a fiber-free or only a small proportion of substantially non-fibrillated fibers, can be adjusted in its composition so that a comparatively small plastic deformation occurs results in high elastic deformability. This is advantageous in terms of a constant friction behavior over a high number of load cycles.
- the pressure stiffness ratio is less than 30%, in particular less than 20%. If the behavior of the friction lining 12 is adjusted to these values under pressure loads, optimum characteristic values of the friction lining 12 result under load.
- the porosity ratio of the friction lining 12 is greater than 60 cm 2 / mm 3 .
- the porosity ratio indicates the ratio of the material surface to the pore volume.
- a high porosity ratio is advantageous in terms of wear behavior.
- the porosity ratio is particularly preferably greater than 70 cm 2 / mm 3 , in particular greater than 80 cm 2 / mm 3 . In this way, a particularly high stability of the provided with the friction lining 12 friction ring 28 results.
- the wear value of the friction lining 12 at an oil temperature of 60 ° C is less than 3 mm 3 / MJ.
- the wear value indicates the ratio of wear to performed friction work. Wear values which are considerably greater than the wear values which can be achieved with friction paper can be achieved with the friction lining 12 according to the invention. Particularly preferably, the wear value is less than 2.5, in particular less than 2. Such a friction lining 12 has a wear behavior that is better by a factor of 3 than with friction paper.
- FIG. 5 shows an axial frontal view of the carrier 10 while the friction lining starting material 20 is applied to the prepared surface 14 of the carrier 10 by means of the metering pump 22.
- the metering pump 22 is arranged stationary, whereas the clamped in a rotating device, annular support 10 is rotated about its axis A (see, arrow 29). In other variants of the method, however, the annular support 10 is arranged stationary and the metering pump 22 is rotated during the application of the friction lining starting material 20.
- FIG. 7 shows a section VII-VII through the carrier 10 according to FIG. 6. It becomes clear that the metering pump 22 already applies the friction lining starting material 20 directly to the later desired width b of the friction lining 12 on the carrier 10. In this embodiment, the entire friction lining starting material 20 is applied to the prepared surface 14 for the later friction lining 12 during only one revolution of the carrier 10. According to FIGS. 6 to 8, the desired width b of the friction lining 12 corresponds approximately to half the width B of the carrier 10. Alternatively, the friction lining starting material 20 may in particular which are also applied in a width b, which corresponds approximately to the entire width B of the carrier 10.
- FIG. 8 shows the friction ring 28 after its completion, that is to say after the friction lining starting material 20 has cured on the carrier 10 to the friction lining 12 with a firm consistency. It is easy to see that the friction lining 12 has interruptions in the form of grooves 30 in the circumferential direction. Outside the grooves 30, the friction lining 12 has a flat or alternatively a conical cross-sectional profile.
- the grooves 30 are particularly easy to produce by the clamped in the rotating device carrier 10 is continuously rotated in the direction of the arrow 29 about its axis A and the supply of Reibbelagausgangsmaterials 20 is selectively interrupted by the metering pump 22.
- the grooves 30 allow in the region of the friction lining 12 a good oil circulation, whereby the frictional heat generated during operation of the friction ring 28 can be dissipated quickly.
- the friction lining 12 consists of several, that is at least two separate blocks, between each of which a groove 30 is provided. In this configuration, the groove 30 can be generated in an advantageous manner directly in the production of the friction lining 12 without further operations are required after the application of the friction lining starting material 20.
- the grooves 30 are designed as a depression in the material of the friction lining 12. This design is based on the idea of using a per se uniform, continuous friction lining 12, which is provided with grooves 30 only at predetermined locations. These grooves 30 can be pressed, for example, in the friction lining 12 before it is completely cured. In this way, the manufacturing cost of the friction ring 28 is reduced, compared with a subsequent milling of the grooves 30th
- the friction lining 12 is formed multi-layered. This is indicated in FIG. 8 by layer boundaries 32 drawn in dashed lines.
- the friction lining starting material 20 is applied in this case, for example, over several revolutions of the carrier 10 and the metering pump 22.
- at least one groove can also be provided in the circumferential direction.
- a friction lining 12 with such grooves can be produced by applying the friction lining starting material 20 as a narrow spiral strip.
- FIG. In this case, the friction lining starting material 20 is applied with a width b "b by means of the metering pump 22.
- the annular support 10 is thereby rotated not only in the direction of the arrow 29 about its axis A, but also undergoes a small but steady axial feed (according to Figure 9 to the left), so that after several revolutions of the carrier 10, the friction lining starting material 20 spirally over a desired width b of the carrier 10 extends. With sufficient axial feed, a spiral groove can thus be realized whose groove width decreases with decreasing axial feed. With very low axial feed (smaller than b 'per carrier revolution), embodiments with an axial overlap of the friction lining starting material 20 are also conceivable. As a result, directed (anisotropic) properties can be achieved in the friction lining 12.
- the grooves 30 may be bent, extend obliquely to the circumferential or axial direction or be present only in partial areas of the friction lining 12.
- the friction lining 12 can be constructed in a multi-layered manner by repeated passage through the application process, in particular using different friction lining starting materials 20, 20 '.
- a desired layering can be achieved.
- FIG. 10 shows, for example, a variant for applying the friction lining starting material 20 to the carrier 10 by means of two metering pumps 22.
- These metering pumps 22 can apply different friction lining starting materials 20, 20 ', resulting in a multilayered friction lining 12 with different layer properties.
- axially staggered metering pumps 22nd Figure 10 creates a layering in the axial direction, which alternate with appropriate rotation and corresponding axial feed of the carrier 10, the various friction lining starting materials 20, 20 'in the axial direction.
- metering pumps 22 arranged offset in the circumferential direction, a stratification in the radial direction, as indicated by the layer boundaries 32 in FIG.
- a different friction lining starting material 20, 20 ' is used per friction lining layer of the multilayer friction lining 12.
- An essential feature of the described friction rings 28 is the composition of the friction lining 12.
- the friction lining starting material 20, 20 'of the friction lining 12 is a mixture of at least one thermosetting binder and an organic filler, wherein the mixture is a non-flowable, pasty processing consistency and the friction lining 12th has a solid finish consistency.
- a thermosetting binder a resin, in particular a powdered resole phenolic resin can be used. The mass fraction of the resin is variable within a wide range.
- the lower limit to the amount of resin in the fixed portion of friction lining 12 arises from the need for sufficient resin to bind the filler and any fibers present to form a durable friction lining 12.
- the upper limit of the proportion of the resin in the solids content results from the necessity that the friction lining 12 must contain a certain proportion of fillers for the strength and wear resistance. Preferred values for the proportion of the resin in the solids content are, for example, 15% to 50%, preferably about 35%.
- the proportion of the thermosetting binder may vary over the height h of the friction lining 12, in particular decrease from the carrier 10 to the friction surface 32. This can be realized especially with multi-layer friction linings 12, as indicated in FIG.
- the friction lining 12 contains a heat-resistant filler.
- the heat-resistant filler improves the friction properties and the wear behavior.
- the term "filler” is used here as a generic term both for a single-grade filler and for a mixture of different materials which together form the filler.
- the mass fraction of the filler can amount to a maximum of 85% of the solids content. It has proven to be particularly advantageous if the mass fraction of the filler is in the range of 60% to 70%, in particular about 65% of the solids content. These values have proven to be a good compromise between cost and performance of friction lining 12.
- Graphite is particularly suitable as a filler because it does not change its properties at the temperatures occurring.
- coke, friction dust, etc. can also be used. be used as a filler.
- the friction lining 12 is made substantially free of fibers. It has been found that the friction lining 12 even without fibers meets the requirements in terms of friction coefficient and wear.
- the friction lining 12 has a low fiber content, wherein the mass fraction of the fibers in the range of 1% to 20%, preferably about 5% of the solids content of the friction lining 12.
- the fibers are predominantly, preferably exclusively non-fibrillated fibers, so that a desired consistency can be set and a simple processability is given.
- this rather small proportion of fiber can also contribute to an improvement in the mechanical properties of the friction lining 12.
- fibers basically all types of fibers can be used, which have the required temperature resistance, in particular a melting or decomposition temperature greater than 400 ° C.
- Particularly suitable are carbon fibers, glass fibers, phenolic resin fibers, polyacrylonitrile fibers and / or melamine fibers.
- a special feature of these fibers is that they have a comparatively short length, in particular not more than 1 mm. More preferably, the length of the fibers is at most 0.3 mm and below.
- the friction lining starting material 20, 20 ' may have a solvent in the processing consistency such as water, methanol or ethanol. Water is particularly preferably added, since its use is advantageous both from a cost point of view and from an environmental point of view. Instead of the separate addition of solvent, the binder can also be added already in dissolved form, for example as a phenolic resin solution.
- a thickening or thixotropic agent may optionally be added to the friction lining starting material 20, 20 '.
- the thixotropic agent facilitates processing of the friction lining starting material 20, 20 'because it reduces viscosity during application, but increases the viscosity after application of the friction lining starting material 20, 20'.
- Thixotropic agents from the group of phyllosilicates are preferably used, since these do not influence the friction and wear behavior even at high operating temperatures.
- thixotropic agents from the group of smectites have proven to be particularly suitable for use in friction linings.
- the thixotropic agent contains lithium ions. This is also advantageous with regard to its use in a friction ring 28 which is permanently exposed to high wear loads at high temperatures.
- the described friction ring 28 is particularly suitable as a synchronizer ring in a vehicle transmission as well as for wet-running slat friction systems of vehicles, in particular wet-running clutches or brakes.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Reibring, insbesondere für nasslaufende Kupplungen oder Getriebe, mit einem Träger (10) und einem Reibbelag (12), wobei ein Reibbelagausgangsmaterial (20) ein Gemisch zumindest aus einem duroplastischen Bindemittel und einem Füllstoff ist, und wobei das Reibbelagausgangsmaterial (20) eine nicht-fließfähige, pastöse Verarbeitungskonsistenz und der Reibbelag (12) eine feste Endkonsistenz nach der Verarbeitung am Träger (10) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Reibrings.
Description
Reibring und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Reibring mit einem Träger und einem
Reibbelag, wie er beispielsweise in nasslaufenden Kupplungen oder in
Getrieben verwendet werden kann. Die Erfindung betrifft ferner ein
Verfahren zur Herstellung eines solchen Reibrings.
Bestimmend für die Qualität des Reibrings, also insbesondere für das
Verschleißverhalten und den Reibwert über die gesamte Lebensdauer, ist der Reibbelag. Zum einen wird grundsätzlich ein hoher Reibwert gewünscht, da dies das Schaltverhalten verbessert. Zum anderen wird ein möglichst geringer Verschleiß gefordert, damit der Reibring eine lange Lebensdauer hat. Zusätzlich soll der Reibring insgesamt mit geringen Kosten hergestellt werden können.
Bekannt sind Reibringe, die einen Reibbelag aus einem papierähnlichen Material aufweisen. Dieses im Folgenden als„Reibpapier" bezeichnete Material wird aufgrund seines Herstellungsverfahrens in Form von Bögen geliefert. Aus den Reibpapier-Bögen werden dann einzelne Reibbelag-Segmente ausgeschnitten und auf den Träger aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt. Nachteilig ist dabei der unvermeidbare Verschnitt. Außerdem sind die Herstellungskosten von Reibpapier vergleichsweise hoch.
Es sind auch verschiedene Versuche bekannt, den Reibbelag in einem fließ- fähigen Zustand auf den Träger aufzubringen und dort zu verfestigen. Ein Beispiel für ein solches Verfahren findet sich in der DE 10 2008 036 332. Dort wird auf den Träger eine Füllform aufgebracht, um ähnlich wie bei einem Siebdruckverfahren die fließfähige Reibbelagmasse aufbringen zu können. Nach dem Aufbringen wird die Reibbelagmasse getrocknet und ausgehärtet, z.B. mittels UV-Strahlung. Hin- sichtlich der verwendeten Reibbelagmasse finden sich in der genannten Offenlegungsschrift nur unvollständige Angaben. Neben der Problematik des Prozesses ist bisher kein geeignetes Material bekannt, welches die Eignung für den Prozess und die Funktion gleichermaßen erfüllt. Aus diesem Grund konnten interessante Ansätze dieser Art bisher nicht erfolgreich umgesetzt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Reibring mit Reibbelag schaffen, der kostengünstig hergestellt werden kann und gleichzeitig die An-
forderungen hinsichtlich Reibwertverhalten und Verschleiß erfüllt oder sogar noch übertrifft.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Reibring mit einem Träger und einem Reibbelag, wobei ein Reibbelagausgangsmatenal ein Gemisch zumindest aus einem duroplastischen Bindemittel und einem Füllstoff ist, und wobei das Reibbelagausgangsmatenal eine nicht-fließfähige, pastöse Verarbeitungskonsistenz und der Reibbelag eine feste Endkonsistenz nach der Verarbeitung am Träger aufweist.
Als duroplastisches Bindemittel wird bevorzugt ein Phenolharz und als Füllstoff insbesondere ein organischer Füllstoff wie zum Beispiel Graphit verwendet. Bei geeignetem Mischungsverhältnis der Komponenten entsteht als Reibbelagausgangsmatenal ein Gemisch mit einer pastösen Verarbeitungskonsistenz. Als„pastös" wird das Gemisch in diesem Zusammenhang dann bezeichnet, wenn die Viskosität zwischen etwa 1 Pa s und etwa 100 Pa s, bevorzugt bei 1-50 Pa s liegt. In diesem Viskositätsbereich lässt sich das Reibbelagausgangsmatenal problemlos auf die vorbereitete Fläche auftragen, ohne dass eine Füllform zur seitlichen Begrenzung des Reibbelagausgangsmaterials flüssigkeitsdicht am Träger angebracht werden muss. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung des Reibrings erheblich, ohne nennenswerte Beeinträchtigung des Reibwerts und des Verschleißverhaltens. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante des Reibrings ist der Reibbelag im Wesentlichen faserfrei hergestellt. Fasern, insbesondere fibrillierte Fasern wie sie bei der Herstellung von Reibpapier verwendet werden, beeinträchtigen nämlich die Verarbeitbarkeit des Reibbelagausgangsmaterials. Zudem hat sich herausgestellt, dass auch ein faserfreier Reibbelag alle technischen An- forderungen, insbesondere in Bezug auf Reibwert und Verschleiß, erfüllen kann.
In einer alternativen Ausführungsvariante weist der Reibbelag einen gewissen Anteil an Fasern, insbesondere ausschließlich nicht-fibrillierten Fasern, auf.
Der Masseanteil der Fasern liegt dann vorzugsweise im Bereich von etwa 1 % bis etwa 20 % des Feststoffanteils des Reibbelags. Ein derart geringer, vorzugs- weise einstelliger Prozentanteil an nicht-fibrillierten Fasern ermöglicht noch eine pastöse Verarbeitungskonsistenz und damit eine einfache Reibringfertigung. Darüber hinaus kann dieser Faseranteil bei einigen Zusammensetzungen des Reibbelagausgangsmaterials die mechanischen Eigenschaften des späteren Reibbelags positiv beeinflussen.
Das Reibbelagausgangsmaterial kann in der Verarbeitungskonsistenz zusätzlich ein Lösungsmittel, insbesondere Wasser oder Ethanol aufweisen. Häufig wird dabei das Bindemittel bereits in gelöster Form, beispielsweise als vorgefertigte Phenolharzlösung, zugegeben. In einer weiteren Ausführungsform weist das Reibbelagausgangsmaterial zusätzlich einen Stoff zur Einstellung einer gewünschten Verarbeitungskonsistenz auf. Dies kann insbesondere ein Verdickungs- oder Thixotropiermittel oder ein die Strukturviskosität beeinflussendes Agens sein. Das Thixotropiermittel erleichtert die Verarbeitung des Reibbelagausgangsmatenals, da es während des Auftragens die Viskosität herabsetzt, jedoch nach dem Auftragen des Reibbelagausgangsmatenals die Viskosität erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Reibbelag in Umfangsrichtung Unterbrechungen und/oder ein flaches oder konisches Querschnittsprofil auf. Derartige, insbesondere als Nuten ausgeführte Unterbrechungen ermöglichen eine gute Ölzirkulation im Bereich des Reibbelags, wodurch die im Betrieb des Reibrings entstehende Reibungswärme besser abgeführt werden kann.
Der Reibbelag ist in einer weiteren Ausführungsform des Reibrings mehrschichtig aufgebaut.
Dabei kann der mehrschichtige Reibbelag wenigstens zwei Reibbelagschichten mit unterschiedlichem Reibbelagausgangsmaterial aufweisen. Dadurch lassen sich gewünschte Reibeigenschaften des Reibbelags mit geringem Aufwand sehr genau einstellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Reibrings enthält der Reibbelag im Bereich seiner Reibfläche Reibpartikel, insbesondere Kokspartikel. Beispielsweise werden die Reibpartikel vor dem Trocknen und Aushärten des Reibbelagausgangsmatenals auf eine spätere Reibfläche des Reibbelags aufgebracht und dringen zumindest teilweise in den Reibbelag ein. Die Reibpartikel können dabei recht grob sein und eine gegebenenfalls sogar geschlossene Deckschicht auf dem Reibbelag bilden.
Ferner kann der Anteil des duroplastischen Bindemittels über eine Höhe des Reibbelags variieren, insbesondere vom Träger zu einer Reibfläche hin abnehmen.
Der erfindungsgemäße Reibring ist besonders geeignet als Synchronring in einem Getriebe sowie für nasslaufende Lamellenreibsysteme, insbesondere nasslaufende Kupplungen und nasslaufende Bremsen.
Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Reibrings vorgesehen, der einen Träger und einen Reibbelag aufweist. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Träger bereitgestellt. Dann wird eine Fläche des Trägers, die mit dem Reibbelag versehen werden soll, vorbereitet. Anschließend wird ein Reibbelagausgangsmaterial in einer im Wesentlichen formstabilen, pastösen Verarbeitungskonsistenz ohne eine zusätzliche, das Reibbelagausgangs- material seitlich begrenzende Form auf die vorbereitete Fläche aufgetragen. Nachfolgend wird das Reibbelagausgangsmaterial bearbeitet und härtet schließlich zum Reibbelag mit im Wesentlichen fester Endkonsistenz aus. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich mit geringem Aufwand Reibbeläge herstellen, die sich durch ein besonders gutes Verschleißverhalten auszeichnen. Die Oberfläche des ausgehärteten Reibbelags (Reibfläche) ist insbesondere eben.
Besonders bevorzugt wird das pastöse Reibbelagausgangsmaterial mittels wenigstens einer Dosierpumpe aufgetragen. Diese Dosierpumpe wird auch als Dispenser bezeichnet und ermöglicht bei geringem Aufwand eine exakte Portionierung und Positionierung des Reibbelagausgangsmaterials auf der vorbereiteten Fläche des Trägers.
In einer Verfahrensvariante wird das Reibbelagausgangsmaterial während nur einer Umdrehung des Trägers auf die vorbereitete Fläche aufgetragen. Das Reibbelagausgangsmaterial wird hierbei gleich mit einem auf die später gewünschten Reibbelagabmessungen abgestimmten Querschnittsprofil aufgebracht, was eine sehr schnelle Beschichtung des Trägers mit dem Reibbelag ermöglicht.
In einer alternativen Verfahrensvariante wird das Reibbelagausgangsmaterial während mehrerer Umdrehungen des Trägers spiralförmig auf die vorbereitete Fläche aufgetragen. Dadurch kann bereits beim Aufbringen des Reibbelagaus- gangsmaterials eine Profilierung des späteren Reibbelags vorgenommen werden. Die Profilierung besteht hierbei aus spiralförmigen Längsnuten, welche sich positiv auf eine Olzirkulation im Bereich des Reibbelags auswirken und damit eine rasche Abfuhr der im Betrieb entstehenden Reibungswärme ermöglichen.
Nach dem Auftragen des Reibbelagausgangsmaterials auf den Träger werden in einer weiteren Verfahrensvariante Reibpartikel, z.B. reibwirksame, grobe Kokspartikel auf das pastöse Reibbelagausgangsmaterial aufgebracht. Vorzugsweise dringen diese Reibpartikel bei der nachfolgenden Bearbeitung des Reibbelagaus- gangsmaterials zumindest teilweise in das Reibbelagausgangsmaterial ein.
Das Reibbelagausgangsmaterial kann, vorzugsweise unmittelbar nach seinem Auftragen auf den Träger, getrocknet werden. Infolge dieser Trocknung, beispielsweise mittels Heißluft, Infrarot-Strahlung oder Induktion, wird das Reibbelagausgangsmaterial vorausgehärtet, wobei die Konsistenz von pastös auf zäh bis fest übergeht.
Nach diesem optionalen Trocknungsvorgang kann das Reibbelagausgangsmaterial heißgepresst werden. Dabei härtet das Reibbelagausgangsmaterial vollständig aus und wird auf das endgültige Maß kalibriert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen- den Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figuren 1 bis 5 schematisch verschiedene Schritte bei der Herstellung eines Reibrings mit Reibbelag gemäß einer ersten Ausführungsform;
- Figur 6 eine Ansicht eines Reibrings gemäß einer zweiten Ausführungsform beim Aufbringen des Reibbelagausgangsmaterials;
- Figur 7 einen Schnitt Vll-Vll durch den Reibring gemäß Figur 6;
- Figur 8 den Schnitt Vll-Vll durch den Reibring gemäß Figur 6 nach seiner Fertigstellung;
- Figur 9 den Schnitt Vll-Vll durch den Reibring gemäß Figur 6 bei veränderter Aufbringung des Reibbelagausgangsmaterials; und
- Figur 10 den Schnitt Vll-Vll durch den Reibring gemäß Figur 6 bei weiter veränderter Aufbringung des Reibbelagausgangsmaterials.
Die Figur 1 zeigt einen Träger 10 einer Reiblamelle einer nasslaufenden Kupplung, der vorzugsweise aus Metall besteht. Der Träger 10 ist hier nur schematisch dargestellt; an der Innenseite oder Außenseite vorhandene Verzahnungen, die zur Drehmomentübertragung dienen, oder vergleichbare Gestaltungen (Nuten, Keilwellenprofil, etc.) sind nicht abgebildet.
Auf mindestens eine Seite des Trägers 10 soll ein Reibbelag 12 aufgebracht werden. Zu diesem Zweck wird eine Fläche 14 des Trägers 10, auf die der Reibbelag 12 aufgebracht werden soll, aktiviert. Dies ist in Figur 2 durch Pfeile 16 dargestellt und verbessert die Verbindung zwischen dem Reibbelag 12 und dem Träger 10. Das Aktivieren kann chemisch erfolgen oder aus Umweltgesichtspunkten vorzugsweise mechanisch durch Sandstrahlen oder Kugelstrahlen.
Auf die aktivierte Fläche 14 wird gemäß Figur 3 zunächst eine Klebstoff- Zwischenschicht 18 aufgebracht, auf die wiederum ein Reibbelagausgangsmaterial 20 in einer im Wesentlichen formstabilen, pastösen Verarbeitungskonsistenz auf- getragen wird. Aufgrund der pastösen Konsistenz (Viskositätswert zwischen etwa 1 Pa s und etwa 100 Pa s, beispielsweise bestimmt mittels Rotationsrheometer) ist außer der vorbereiteten Fläche 14 des Trägers 10 keine zusätzliche, das Reibbelagausgangsmaterial 20 seitlich begrenzende Form nötig, wodurch das Herstellungsverfahren des Reibrings erheblich vereinfacht wird. Bei einem ausreichend hohen Anteil an duroplastischem Bindemittel im Reibbelagausgangsmaterial 20 kann in alternativen Ausführungsformen sogar auf die Klebstoff-Zwischenschicht 18 verzichtet werden, da das Reibbelagausgangsmaterial 20 beim Aushärten mit der aktivierten Fläche 14 verklebt, ohne dass weitere Maßnahmen erforderlich sind. Die Auftragung des Reibbelagausgangsmaterials 20 erfolgt mittels einer Dosierpumpe 22, die auch als Dispenser bezeichnet wird.
Das als Gemisch vorliegende Reibbelagausgangsmaterial 20 lässt sich durch die Dosierpumpe 22 exakt portionieren und auf der vorbereiteten Fläche 14 des Trägers 10 genau positionieren. Die Konsistenz des Gemisches ist dabei so gewählt, dass das Reibbelagausgangsmaterial 20 nach dem Aufbringen auf den Träger 10 seine Querschnittsform (Höhe h, Breite b, b') beibehält, wenn keine äußeren Einwirkungen auftreten. Aufgrund der hohen Viskosität ist der unerwünschte Effekt, dass das Reibbelagausgangsmaterial 20 auf dem Träger 10 „verläuft", das heißt die Querschnittshöhe h kontinuierlich abnimmt, während die Querschnittsbreite b kontinuierlich zunimmt, vernachlässigbar.
Nach dem Aufbringen auf den Träger 10 wird das Reibbelagausgangsmaterial 20 getrocknet (siehe Figur 4), wozu eine Trocknungsvorrichtung 24 verwendet werden kann. Anschließend wird das Reibbelagausgangsmaterial 20 heißgepresst, wodurch es zum fertigen Reibbelag 12 aushärtet und auf ca. 60 % seiner ursprüng-
liehen Höhe h komprimiert wird, bis schließlich eine gewünschte Sollhöhe des Reibbelags 12 erreicht ist. Das Heißpressen ist in Figur 5 schematisch durch eine Kalandrierwalze 26 symbolisiert.
Nach dem Heißpressen kann der mit dem Reibbelag 12 beschichtete Träger 10 als fertiger Reibring 28 entnommen werden.
Nachdem das Reibbelagausgangsmaterial 20 auf den Träger 10 aufgetragen ist, können optional noch Reibpartikel 27, z.B. Kokspartikel, auf das pastöse Reibbelagausgangsmaterial 20 aufgebracht werden. Diese reibwirksamen Partikel 27 werden vor dem Bearbeiten, Trocknen und Aushärten des Reibbelagausgangs- materials 20 beispielsweise auf eine spätere Reibfläche 32 des Reibbelags 12 aufgestreut und dringen insbesondere beim Heißpressen des Reibbelagausgangs- materials 20 zumindest teilweise in den späteren Reibbelag 12 ein. Die Reibpartikel 27 können recht grob sein und eine Deckschicht 34, insbesondere eine geschlossene Deckschicht 34, auf dem Reibbelag 12 bilden (vgl. Figuren 3 und 4). Vorzugsweise ist das Drucksteifigkeitsverhältnis des fertigen Reibbelags 12 kleiner 40 %. Das Drucksteifigkeitsverhältnis gibt das Verhältnis von plastischer zu gesamter Deformation des Reibbelags 12 an, wie es bei einem standardisierten Druck-Setzungstest ermittelt werden kann. Anders als Reibpapier, bei dem sich eine vergleichsweise hohe plastische Verformung bei Druckbelastungen ergibt, kann der erfindungsgemäße, faserfreie oder lediglich einen geringen Anteil an im wesentlichen nicht-fibrillierten Fasern aufweisende Reibbelag 12 in seiner Zusammensetzung so eingestellt werden, dass sich eine vergleichsweise kleine plastische Deformation bei hohem elastischem Verformungsvermögen ergibt. Dies ist vorteilhaft im Hinblick auf ein konstantes Reibverhalten über eine hohe Anzahl von Belastungszyklen.
Besonders bevorzugt ist das Drucksteifigkeitsverhältnis kleiner 30 %, insbesondere kleiner 20 %. Wenn das Verhalten des Reibbelags 12 bei Druckbelastungen auf diese Werte eingestellt wird, ergeben sich optimale Kennwerte des Reibbelags 12 bei Belastungen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Porositätsverhältnis des Reibbelags 12 größer 60 cm2/mm3 ist. Das Porositätsverhältnis gibt das Verhältnis der Materialoberfläche zum Porenvolumen an. Ein hohes Porositätsverhältnis ist im Hinblick auf das Verschleißverhalten vorteilhaft.
Besonders bevorzugt ist das Porositätsverhältnis größer 70 cm2/mm3, insbesondere größer 80 cm2/mm3. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders hohe Standfestigkeit des mit dem Reibbelag 12 versehenen Reibrings 28.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verschleißwert des Reibbelags 12 bei einer Oltemperatur von 60°C kleiner 3 mm3/MJ ist. Der Verschleißwert gibt das Verhältnis von Verschleiß zu geleisteter Reibarbeit an. Mit dem erfindungsgemäßen Reibbelag 12 lassen sich Verschleißwerte erreichen, die erheblich größer sind als die Verschleißwerte, die sich mit Reibpapier erreichen lassen. Besonders bevorzugt ist der Verschleißwert kleiner 2,5, insbesondere kleiner 2. Ein solcher Reibbelag 12 hat ein Verschleißverhalten, das um den Faktor 3 besser ist als bei Reibpapier.
Abweichend von der in Figur 5 gezeigten Ausgestaltung des Reibrings 28 als ebene Scheibe können auch andere geometrische Formen verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel des Reibrings 28 mit einer alternativen geometrischen Form ist in den Figuren 6 bis 9 dargestellt. Der Reibring 28 weist hier einen konischen, d.h. kegelstumpfförmigen Träger 10 auf, der auf seiner Innenseite abschnittsweise mit dem Reibbelag 12 versehen ist. Alternativ oder zusätzlich ist natürlich auch eine außenseitige Beschichtung des Trägers 10 mit dem Reibbelag 12 denkbar. Die Figur 6 zeigt eine axiale Frontalansicht des Trägers 10 während das Reib- belagausgangsmaterial 20 mittels der Dosierpumpe 22 auf die vorbereitete Fläche 14 des Trägers 10 aufgebracht wird. Die Dosierpumpe 22 ist dabei stationär angeordnet, wohingegen der in einer Drehvorrichtung eingespannte, ringförmige Träger 10 um seine Achse A gedreht wird (vgl. Pfeil 29). In anderen Verfahrensvarianten ist hingegen der ringförmige Träger 10 stationär angeordnet und die Dosierpumpe 22 wird während der Aufbringung des Reibbelagausgangsmaterials 20 gedreht.
Die Figur 7 zeigt einen Schnitt Vll-Vll durch den Träger 10 gemäß Figur 6. Hierbei wird deutlich, dass die Dosierpumpe 22 das Reibbelagausgangsmaterial 20 bereits unmittelbar in der später gewünschten Breite b des Reibbelags 12 auf den Träger 10 aufbringt. In dieser Ausführungsform wird das gesamte Reibbelagausgangsmaterial 20 für den späteren Reibbelag 12 während nur einer Umdrehung des Trägers 10 auf die vorbereitete Fläche 14 aufgetragen. Gemäß den Figuren 6 bis 8 entspricht die gewünschte Breite b des Reibbelags 12 etwa der halben Breite B des Trägers 10. Alternativ kann das Reibbelagausgangsmaterial 20 insbeson-
dere auch in einer Breite b aufgebracht werden, die in etwa der gesamten Breite B des Trägers 10 entspricht.
Die Figur 8 zeigt den Reibring 28 nach seiner Fertigstellung, das heißt nach dem Aushärten des Reibbelagausgangsmaterials 20 auf dem Träger 10 zum Reibbelag 12 mit fester Konsistenz. Es ist gut zu erkennen, dass der Reibbelag 12 in Umfangsrichtung Unterbrechungen in Form von Nuten 30 aufweist. Außerhalb der Nuten 30 weist der Reibbelag 12 ein flaches oder alternativ ein konisches Querschnittsprofil auf.
Die Nuten 30 lassen sich besonders einfach erzeugen, indem der in die Drehvorrichtung eingespannte Träger 10 kontinuierlich in Richtung des Pfeils 29 um seine Achse A gedreht und die Zufuhr des Reibbelagausgangsmaterials 20 durch die Dosierpumpe 22 gezielt unterbrochen wird. Die Nuten 30 ermöglichen im Bereich des Reibbelags 12 eine gute Ölzirkulation, wodurch die im Betrieb des Reibrings 28 entstehende Reibungswärme schnell abgeführt werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Reibbelag 12 aus mehreren, das heißt mindestens zwei separaten Blöcken, zwischen denen jeweils eine Nut 30 vorgesehen ist. Bei dieser Gestaltung kann die Nut 30 in vorteilhafter Weise unmittelbar bei der Herstellung des Reibbelags 12 erzeugt werden, ohne dass nach dem Aufbringen des Reibbelagausgangsmaterials 20 weitere Arbeitsschritte erforderlich sind.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Nuten 30 als Vertiefung im Material des Reibbelags 12 ausgeführt sind. Diese Gestaltung beruht auf dem Grundgedanken, einen an sich einheitlichen, durchgehenden Reibbelag 12 zu verwenden, der lediglich an vorbestimmten Stellen mit Nuten 30 versehen wird. Diese Nuten 30 können beispielsweise in den Reibbelag 12 eingedrückt werden, bevor dieser vollständig ausgehärtet ist. Auf diese Weise verringert sich der Herstellungsaufwand des Reibrings 28, verglichen mit einem nachträglichen Einfräsen der Nuten 30.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass der Reibbelag 12 mehrschichtig ausgebildet ist. Dies ist in Figur 8 durch gestrichelt eingezeichnete Schichtgrenzen 32 angedeutet. Bei Verwendung lediglich einer Dosierpumpe 22 wird das Reibbelagausgangsmaterial 20 in diesem Fall beispielsweise über mehrere Umdrehungen des Trägers 10 bzw. der Dosierpumpe 22 aufgetragen.
Um die Ölzirkulation und damit das Abführen der Reibungswärme weiter zu verbessern, kann auch in Umfangsrichtung wenigstens eine Nut vorgesehen sein. Ein Reibbelag 12 mit derartigen Nuten lässt sich herstellen, indem das Reibbelag- ausgangsmaterial 20 als schmaler spiralförmiger Streifen aufgebracht wird. Eine solche Ausführung ist in Figur 9 angedeutet. Hierbei wird das Reibbelagaus- gangsmaterial 20 mit einer Breite b' « b mittels der Dosierpumpe 22 aufgetragen. Der ringförmige Träger 10 wird dabei nicht nur in Richtung des Pfeils 29 um seine Achse A verdreht, sondern erfährt auch einen geringen, aber stetigen Axialvorschub (gemäß Figur 9 nach links), sodass sich nach mehreren Umdrehungen des Trägers 10 das Reibbelagausgangsmaterial 20 spiralförmig über eine gewünschte Breite b des Trägers 10 erstreckt. Bei ausreichendem Axialvorschub lässt sich so eine Spiralnut realisieren, deren Nutbreite mit geringer werdendem Axialvorschub abnimmt. Bei sehr geringem Axialvorschub (kleiner als b' pro Trägerumdrehung) sind auch Ausführungsformen mit einem axialen Überlapp des Reibbelagaus- gangsmaterials 20 denkbar. Dadurch können gerichtete (anisotrope) Eigenschaften im Reibbelag 12 erzielt werden.
Ausgehend von den beispielhaft dargestellten Nuten 30 in den Figuren 6 bis 10 wird ausdrücklich hervorgehoben, dass auch andere Nutgeometrien bzw. Nutverläufe denkbar sind. So können die Nuten 30 gebogen verlaufen, sich schräg zur Umfangs- oder Axialrichtung erstrecken oder nur in Teilbereichen des Reibbelags 12 vorhanden sein. Über das Zusammenspiel zwischen der Drehung des Trägers 10, der Unterbrechung der Zufuhr des Reibbelagausgangsmaterials 20 mittels der Dosierpumpe 22 sowie ggf. des Axialvorschubs lassen sich auch solche Nutformen mit geringem Aufwand erzeugen. Ferner kann der Reibbelag 12 durch mehrmaliges Durchlaufen des Aufbringungsprozesses, insbesondere unter Verwendung unterschiedlicher Reib- belagausgangsmaterialien 20, 20', mehrschichtig aufgebaut werden. Alternativ kann durch gleichzeitige Benutzung mehrerer Dosierpumpen 22 beim Aufbringen des Reibbelagausgangsmaterials 20 bzw. der Reibbelagausgangsmaterialien 20, 20' eine gewünschte Schichtung erzielt werden.
Die Figur 10 zeigt beispielsweise eine Variante zum Aufbringen des Reibbelagausgangsmaterials 20 auf den Träger 10 mittels zweier Dosierpumpen 22. Diese Dosierpumpen 22 können unterschiedliche Reibbelagausgangsmaterialien 20, 20' auftragen, so dass sich ein mehrschichtiger Reibbelag 12 mit unterschiedlichen Schichteigenschaften ergibt. Durch axial versetzt angeordnete Dosierpumpen 22
(Figur 10) entsteht eine Schichtung in axialer Richtung, wobei sich bei geeigneter Rotation und entsprechendem axialen Vorschub des Trägers 10 die verschiedenen Reibbelagausgangsmaterialien 20, 20' in axialer Richtung abwechseln. Hingegen entsteht durch in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Dosierpumpen 22 eine Schichtung in radialer Richtung, wie sie in Figur 8 durch die Schichtgrenzen 32 angedeutet ist.
In einer speziellen Ausführungsvariante wird je Reibbelagschicht des mehrschichtigen Reibbelags 12 ein unterschiedliches Reibbelagausgangsmaterial 20, 20' verwendet. Ein wesentliches Merkmal der beschriebenen Reibringe 28 ist die Zusammensetzung des Reibbelags 12. Das Reibbelagausgangsmaterial 20, 20' des Reibbelags 12 ist ein Gemisch zumindest aus einem duroplastischen Bindemittel und einem organischen Füllstoff, wobei das Gemisch eine nicht-fließfähige, pastöse Verarbeitungskonsistenz und der Reibbelag 12 eine feste Endkonsistenz aufweist. Als duroplastisches Bindemittel kann ein Harz, insbesondere ein pulverförmiges Resol-Phenolharz verwendet werden. Der Masseanteil des Harzes ist in einem weiten Bereich variabel. Die untere Grenze für den Anteil des Harzes am Feststpff- anteil des Reibbelags 12 ergibt sich aus der Notwendigkeit, dass genügend Harz zur Verfügung steht, um den Füllstoff und die gegebenenfalls vorhandenen Fasern zu einem widerstandsfähigen Reibbelag 12 zu binden. Die Obergrenze des Anteils des Harzes am Feststoffanteil ergibt sich aus der Notwendigkeit, dass der Reibbelag 12 für die Festigkeit und Verschleißfestigkeit einen gewissen Anteil an Füllstoffen enthalten muss. Bevorzugte Werte für den Anteil des Harzes am Feststoffanteil betragen beispielsweise 15 % bis 50 %, bevorzugt etwa 35 %. Um die Eigenschaften des Reibbelags 12 weiter zu verbessern, kann in einigen Ausführungsformen des Reibrings 28 der Anteil des duroplastischen Bindemittels über die Höhe h des Reibbelags 12 variieren, insbesondere vom Träger 10 zur Reibfläche 32 hin abnehmen. Dies lässt sich speziell bei mehrschichtigen Reibbelägen 12, wie sie in Figur 8 angedeutet sind, mit geringem Aufwand realisieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Reibbelag 12 einen hitzebeständigen Füllstoff enthält. Der hitzebeständige Füllstoff verbessert die Reibeigenschaften und das Verschleißverhalten. Der Begriff „Füllstoff' steht hier als Oberbegriff sowohl für einen sortenreinen Füllstoff als auch für eine Mischung aus verschiedenen Materialien, die zusammen den Füllstoff bilden.
Der Masseanteil des Füllstoffs kann bis maximal 85 % des Feststoffanteils betragen. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der Masseanteil des Füllstoffs im Bereich von 60 % bis 70 %, insbesondere bei etwa 65 % des Feststoffanteils liegt. Diese Werte haben sich als guter Kompromiss zwischen Kosten und Leistungsverhalten des Reibbelags 12 herausgestellt.
Graphit ist als Füllstoff besonders geeignet, da er bei den auftretenden Temperaturen seine Eigenschaften nicht ändert. Alternativ können aber auch Koks, Friction-Dust, o.ä. als Füllstoff verwendet werden.
Um eine gewünschte Viskosität des Reibbelagausgangsmaterials 20, 20' zu erhalten und dessen Verarbeitung zu erleichtern, ist der Reibbelag 12 in einer bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen faserfrei hergestellt. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass der Reibbelag 12 auch ohne Fasern den Anforderungen hinsichtlich Reibwert und Verschleiß genügt.
In einer alternativen Ausführungsform des Reibrings weist der Reibbelag 12 einen geringen Faseranteil auf, wobei der Masseanteil der Fasern im Bereich von 1 % bis 20 %, vorzugsweise etwa 5 % des Feststoffanteils des Reibbelags 12 beträgt. Bei den Fasern handelt es sich überwiegend, vorzugsweise ausschließlich um nicht-f i bri 11 ierte Fasern, damit sich eine gewünschte Konsistenz einstellen lässt und eine einfache Verarbeitbarkeit gegeben ist. Abhängig von der jeweiligen Zu- sammensetzung des Reibbelagausgangsmaterials 20, 20' kann auch dieser eher geringe Faseranteil zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Reibbelags 12 beitragen.
Als Fasern können grundsätzlich alle Arten von Fasern verwendet werden, welche die erforderliche Temperaturbeständigkeit haben, insbesondere eine Schmelz- oder Zersetzungstemperatur größer 400 °C. Besonders geeignet sind Karbonfasern, Glasfasern, Phenolharzfasern, Polyacrylnitrilfasern und/oder Mela- minfasern. Ein besonderes Merkmal dieser Fasern besteht darin, dass sie eine vergleichsweise geringe Länge haben, insbesondere nicht länger als 1 mm sind. Besonders bevorzugt beträgt die Länge der Fasern maximal 0,3 mm und darunter. Das Reibbelagausgangsmaterial 20, 20' kann in der Verarbeitungskonsistenz ein Lösungsmittel wie zum Beispiel Wasser, Methanol oder Ethanol aufweisen. Besonders bevorzugt wird Wasser zugegeben, da dessen Verwendung sowohl unter Kostengesichtspunkten als auch unter Umweltgesichtspunkten vorteilhaft ist.
Statt der separaten Zugabe von Lösungsmittel kann auch das Bindemittel bereits in gelöster Form zugegeben werden, beispielsweise als Phenolharzlösung.
Zur Einstellung einer gewünschten Verarbeitungskonsistenz kann dem Reib- belagausgangsmaterial 20, 20' optional ein Verdickungs- oder Thixotropiermittel zugegeben werden. Das Thixotropiermittel erleichtert die Verarbeitung des Reibbelagausgangsmaterials 20, 20', da es während des Auftragens die Viskosität herabsetzt, jedoch nach dem Auftragen des Reibbelagausgangsmaterials 20, 20' die Viskosität erhöht.
Vorzugsweise werden Thixotropiermittel aus der Gruppe der Schichtsilikate verwendet, da diese das Reib- und Verschleißverhalten auch bei hohen Betriebstemperaturen nicht beeinflussen.
Als besonders geeignet zur Verwendung bei Reibbelägen haben sich außerdem Thixotropiermittel aus der Gruppe der Smektite erwiesen.
Besonders bevorzugt enthält das Thixotropiermittel Lithium-Ionen. Auch dies ist vorteilhaft im Hinblick auf dessen Verwendung bei einem Reibring 28, der dauerhaft hohen Verschleißbelastungen bei hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
Der beschriebene Reibring 28 ist besonders geeignet als Synchronring in einem Fahrzeuggetriebe sowie für nasslaufende Lamellenreibsysteme von Fahrzeugen, insbesondere nasslaufenden Kupplungen oder Bremsen.
Claims
1. Reibring, insbesondere für nasslaufende Kupplungen oder Getriebe, mit einem Träger (10) und
einem Reibbelag (12),
wobei ein Reibbelagausgangsmaterial (20) ein Gemisch zumindest aus einem duroplastischen Bindemittel und einem Füllstoff ist, und
wobei das Reibbelagausgangsmaterial (20) eine nicht-fließfähige, pastöse Verarbeitungskonsistenz und der Reibbelag (12) eine feste Endkonsistenz nach der Verarbeitung am Träger (10) aufweist.
2. Reibring nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (12) im Wesentlichen faserfrei hergestellt ist.
3. Reibring nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (12) Fasern, insbesondere ausschließlich nicht-fibrillierte Fasern aufweist.
4. Reibring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanteil der Fasern im Bereich von 1 % bis 20 % des Feststoffanteils des Reibbelags (12) beträgt.
5. Reibring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibbelagausgangsmaterial (20) in der Verarbeitungskonsistenz ein Lösungsmittel aufweist.
6. Reibring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibbelagausgangsmaterial (20) einen Stoff zur Einstellung einer gewünschten Verarbeitungskonsistenz aufweist.
7. Reibring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (12) in Umfangsrichtung Unterbrechungen aufweist und/oder ein flaches oder konisches Querschnittsprofil aufweist.
8. Reibring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (12) mehrschichtig aufgebaut ist.
9. Reibring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrschichtige Reibbelag (12) wenigstens zwei Reibbelagschichten mit unterschiedlichem Reibbelagausgangsmaterial (20) aufweist.
10. Reibring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (12) im Bereich seiner Reibfläche Reibpartikel, insbesondere Kokspartikel, aufweist.
11. Reibring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Anteil des duroplastischen Bindemittels über eine Höhe (h) des
Reibbelags (12) variiert, insbesondere vom Träger (10) zu einer Reibfläche hin abnimmt.
12. Nasslaufendes Lamellenreibsystem mit mindestens einem Reibring nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Nasslaufendes Lamellenreibsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Getriebe mit mindestens einem Synchronring, eine nasslaufende Bremse oder eine nasslaufende Kupplung handelt.
14. Verfahren zur Herstellung eines Reibrings, der einen Träger (10) und einen Reibbelag (12) aufweist, enthaltend die Schritte:
a) es wird ein Träger (10) bereitgestellt;
b) eine Fläche (14) des Trägers (10), die mit dem Reibbelag (12) versehen werden soll, wird vorbereitet;
c) ein Reibbelagausgangsmatenal (20) wird in einer im Wesentlichen formstabilen, pastösen Verarbeitungskonsistenz ohne eine zusätzliche, das Reibbelagausgangsmatenal (20) seitlich begrenzende Form auf die vorbereitete Fläche (14) aufgetragen;
d) das Reibbelagausgangsmatenal (20) wird bearbeitet und härtet schließlich zum Reibbelag (12) mit im Wesentlichen fester Endkonsistenz aus.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das pastöse Reibbelagausgangsmatenal (20) in Schritt c) mittels wenigstens einer Dosierpumpe
(22) aufgetragen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibbelagausgangsmatenal (20) in Schritt c) während einer Umdrehung des Trägers (10) auf die vorbereitete Fläche (14) aufgetragen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibbelagausgangsmatenal (20) in Schritt c) während mehrerer Umdrehungen des Trägers (10) spiralförmig auf die vorbereitete Fläche (14) aufgetragen wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt c) Reibpartikel auf das pastöse Reibbelagausgangsmaterial (20) aufgebracht werden, ferner vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass die Reibpartikel bei der Bearbeitung des Reibbelagausgangsmaterials (20) in Schritt d) zumindest teilweise in das Reibbelagausgangsmaterial (20) eindringen.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibbelagausgangsmaterial (20) in Schritt d) getrocknet und/oder heißgepresst wird.
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