WO2015070858A1 - Reibring und verfahren zur herstellung eines reibrings - Google Patents

Reibring und verfahren zur herstellung eines reibrings Download PDF

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WO2015070858A1
WO2015070858A1 PCT/DE2014/200577 DE2014200577W WO2015070858A1 WO 2015070858 A1 WO2015070858 A1 WO 2015070858A1 DE 2014200577 W DE2014200577 W DE 2014200577W WO 2015070858 A1 WO2015070858 A1 WO 2015070858A1
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friction
fibers
base body
friction lining
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Constanze Franke
Alexander Althaus
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to a friction ring suitable for a synchronizing device of a transmission circuit, which friction ring has a metallic main body and a friction lining located thereon. Likewise, the invention relates to a method for producing such a friction ring. Background of the invention
  • a friction element for a synchronizer in particular a shift sleeve transmission, is known for example from DE 10 2010 053 947 A1.
  • the friction element is part of a friction pad system.
  • a synchronizing ring in which friction lining pads are arranged.
  • the synchronizer ring serves as a carrier or cage.
  • the production of the formed as pads friction linings can be done by means of a pressing tool. In this case, cavities are embedded in a mold plate, which determine the shape of the pads to be produced.
  • the shaped pads are then cured in an oven and are then dimensionally stable without further mechanical processing. Alternatively, a grinding of the pads may be provided as an additional processing step.
  • a multi-layered friction lining is known. Layers of this particular for braking devices provided friction lining can be inserted in the form of a film in a mold or produced in Schüttpressvon, the use of a film over the bulk pressing the advantage of a well-defined layer thickness ke has.
  • the production of a friction lining directly on a base body is known in principle from DE 39 07 443 C2 and from DE 10 2007 041 218 A1.
  • the object of the invention is to further develop a friction ring which is suitable, in particular, for a synchronizing device of a transmission circuit with respect to the cited prior art with regard to rational manufacturability, long-term durability and also in the mass production of closely tolerated product properties.
  • the friction ring has a metallic base body, in particular made of sheet steel, as well as a friction lining located thereon.
  • the friction lining is formed directly on the surface of the body of a thermosetting Schüttpressmasse, so that a prefabrication of the friction lining is eliminated.
  • Another advantage is that the friction lining seamlessly covers a surface of the metallic main body and in this case a positive connection between a toothing formed directly by the main body and the friction lining produced thereon is produced.
  • the surface of the friction lining can be smooth.
  • Synchronization devices of transmission circuits operating with friction rings according to the invention can be designed, for example, as a 1-cone system, as a 2-cone system, and as a 3-cone system.
  • a 1-cone system As a 2-cone system
  • a 3-cone system To the technical Background is referred in this context to DE 10 2008 019 247 A1 and to DE 10 2008 047 483 A1.
  • the production of the friction ring according to the invention is carried out by first a metallic base body, which has a toothed surface, is provided.
  • the toothing may for example describe a splined shaft profile, a serrated profile or an involute tooth profile.
  • a production device is then created in which a cavity is formed between the toothed surface of the base body and the tool.
  • a thermoset bulk material mass is filled, which is then compressed in the cavity under pressure and temperature action.
  • the tool is removed from the compacted bulk material mass.
  • a solid positive connection between the base body and the compacted, the friction lining forming bulk material is already made at this time.
  • the base body is hardened in an oven with the mass of bulk material applied thereto.
  • a phenol novolak is preferably provided as a thermosetting binder of the friction lining.
  • a novolak is a phenolic resin with a formaldehyde-phenol ratio less than 1: 1.
  • the pressing of the bulk material mass on the toothed surface of the body is preferably carried out at a temperature of 160-200 ° C, in particular 180 ° C, and a pressure between 10 and 30 N / mm 2 , in particular 20 N / mm 2 .
  • the subsequent oven curing is preferably carried out without pressure over a period of not more than one hour at a temperature of 180-220 ° C., in particular 200 ° C.
  • the metallic base body of the friction ring can have a toothing in different configurations at different locations.
  • a toothing on the outside of the body In the case of a 1-cone system is a toothing on the outside of the body and so that the entire friction ring provided.
  • a first ring is made by forming such that it has a toothing on its outer side, said ring serving as mecanicreibreib configuration.
  • Another friction ring of the 2 Konussytems has a toothing on its inside and provides a participatreib Formation available.
  • an additional conical ring with toothing on the outside is provided.
  • the term "toothing" always means that toothing on which the friction lining is formed in a positive-locking manner, whereby a corresponding toothing is created by the manufacturing process in the friction lining.
  • its friction lining preferably contains 5-15% of a first type of fiber and 50-70% of carbon particles
  • the fibers of the first type may, for example, be carbon fibers or PAN (polyacrylonitrile) fibers
  • the use of such fibers in friction materials is known in principle, for example EP 1 394 438 B1 and to EP 0 647 793 B1.
  • the friction lining further contains in each case up to 10% tungsten powder and / or copper powder.
  • the use of tungsten and copper in a friction lining is known in principle from DE 1 202 076 B, for example.
  • aramid fibers may be contained in a concentration of up to 5%.
  • a particular advantage of the invention is given by the fact that any preforming of a friction element, such as provided according to EP 1 273 819 B1, is eliminated, so that the friction lining perfectly, without any seams to the non-planar surface of the body adapts, being connected by a positive connection with the body. Also manufacturing steps such as gluing, which represent a potential quality risk, omitted by the production process of the invention. In addition, this method is extremely time-saving feasible.
  • Fig. 1 in a schematic representation of a method for producing a friction ring. 1 is a sectional view of a detail of the friction ring produced by the method according to FIG.
  • a synchronization device of a transmission circuit comprises a friction ring 1, the production of which is explained below with reference to FIG.
  • a friction ring 1 the production of which is explained below with reference to FIG.
  • an at least approximately rotationally symmetrical metallic base body 2 is provided, which has a conical surface 3 in the present case, which is to be coated with a friction lining.
  • the surface 3 is toothed (not visible in FIG. 1).
  • the metallic base body 2 which is a sheet metal part or a sintered part in per se known basic structure, is inserted into a multi-part tool 4.
  • the tool 4 is designed such that when the tool 4 is closed between the surface 3 and the Main body 2, a cavity 5 remains free.
  • a bulk material mass 6 is filled, which has the following composition:
  • Carbon particles for example coke, soot or graphite 50 - 70%
  • the bulk material mass 6 located in the cavity 5 is then compressed in the tool 4 under pressure and temperature action.
  • the base body 2 After removal of the base body 2 including the bulk material mass 6 thereon, the base body 2 is treated in an oven 7, wherein the final friction lining 8 is formed from the already compacted bulk material mass.
  • FIG. 2 The positive connection between the base body 2 and the friction lining 8, which already forms in the tool 4, that is to say in the shaping of the bulk material 6 producing the later friction lining 8, is illustrated in FIG. 2. Clearly visible is a toothing 9 on the surface 3 of the base body 2, in which the friction lining 8 engages. The marked with the reference numeral 10 friction surface of the friction lining 8 is unstructured in the present case. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Reibrings (1) umfasst folgende Schritte: Ein metallischer Grundkörper (2), welche eine Oberfläche (3) mit einer Verzahnung (9) aufweist, wird bereitgestellt, zwischen der verzahnten Oberfläche (3) des Grundkörpers (2) und einer Oberfläche eines Werkzeugs (4) wird eine Kavität (5) hergestellt, in die Kavität (5) wird eine duroplastische Schüttgutmasse (6) eingefüllt, die Schüttgutmasse (6) wird in der Kavität (5) unter Druck- und Temperatureinwirkung verdichtet, wobei durch die Verzahnung (9) eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper (2) und der Schüttgutmasse (6) entsteht, das Werkzeug (4) wird von der verdichteten Schüttgutmasse (6) abgenommen, der Grundkörper (2) einschließlich der auf der verzahnten Oberfläche (3) befindlichen, einen Reibbelag (8) bildenden Schüttgutmasse (6) wird in einem Ofen (7) gehärtet.

Description

Reibring und Verfahren zur Herstellung eines Reibrings
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft einen für eine Synchronisiereinrichtung einer Getriebeschaltung geeigneten Reibring, welcher einen metallischen Grundkörper sowie einen auf diesem befindlichen Reibbelag aufweist. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Reibrings. Hintergrund der Erfindung
Ein Reibelement für eine Synchronisiereinrichtung, insbesondere eines Schaltmuffengetriebes, ist beispielsweise aus der DE 10 2010 053 947 A1 bekannt. Das Reibelement ist Teil eines Friction-Pad-Systems. Bei einem solchen System befinden sich in einem Synchronring Ausnehmungen, in welchen Reib- belagpads angeordnet sind. Der Synchronring dient hierbei als Träger oder Käfig. Die Herstellung der als Pads geformten Reibbeläge kann mit Hilfe eines Presswerkzeugs erfolgen. Hierbei sind in eine Formplatte Kavitäten eingelassen, die die Form der zu produzierenden Pads bestimmen. Die geformten Pads werden anschließend in einem Ofen gehärtet und sind dann ohne weitere mechanische Bearbeitung maßhaltig. Alternativ kann auch ein Schleifen der Pads als zusätzlicher Bearbeitungsschritt vorgesehen sein.
Aus der DE 41 19 515 C1 ist ein mehrschichtig aufgebauter Reibbelag be- kannt. Schichten dieses insbesondere für Bremseinrichtungen vorgesehenen Reibbelags können in Form einer Folie in eine Pressform eingelegt oder in Schüttpressverfahren hergestellt werden, wobei die Verwendung einer Folie gegenüber dem Schüttpressen den Vorteil einer genau definierten Schichtstär- ke hat. Die Herstellung eines Reibbelags unmittelbar auf einem Grundkörper ist prinzipiell aus der DE 39 07 443 C2 sowie aus der DE 10 2007 041 218 A1 bekannt. Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere für eine Synchronisiereinrichtung einer Getriebeschaltung geeigneten Reibring gegenüber dem genannten Stand der Technik hinsichtlich rationeller Herstellbarkeit, lang- fristiger Haltbarkeit, sowie auch in der Massenfertigung eng tolerierter Produkteigenschaften weiterzuentwickeln.
Beschreibung der Erfindung Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Reibrings mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Reibring nach Anspruch 10. Im Folgenden im Zusammenhang mit der beanspruchten Vorrichtung erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für das Herstellungsverfahren und umgekehrt.
Der Reibring weist einen metallischen Grundkörper, insbesondere aus Stahlblech, sowie einen auf diesem befindlichen Reibbelag auf. Der Reibbelag ist unmittelbar auf der Oberfläche des Grundkörpers aus einer duroplastischen Schüttpressmasse gebildet, so dass eine Vorfertigung des Reibbelags entfällt. Ein weiterer Vorteil ist darin gegeben, dass der Reibbelag eine Oberfläche des metallischen Grundkörpers nahtfrei bedeckt und hierbei ein Formschluss zwischen einer unmittelbar durch den Grundkörper gebildeten Verzahnung und dem hierauf erzeugten Reibbelag hergestellt ist. Im Gegensatz zur verzahnten Oberfläche des Grundkörpers kann die Oberfläche des Reibbelags glatt sein.
Mit erfindungsgemäßen Reibringen arbeitende Synchronisationsvorrichtungen von Getriebeschaltungen können beispielsweise als 1 -Konussystem, als 2- Konussystem, sowie als 3-Konussystem ausgebildet sein. Zum technischen Hintergrund wird in diesem Zusammenhang auf die DE 10 2008 019 247 A1 sowie auf die DE 10 2008 047 483 A1 verwiesen.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Reibrings erfolgt, indem zunächst ein metallischer Grundkörper, welcher eine verzahnte Oberfläche aufweist, bereitgestellt wird. Die Verzahnung kann beispielsweise ein Keilwellenprofil, ein Kerbzahnprofil oder ein Evolventenzahnprofil beschreiben.
Mit Hilfe eines Werkzeugs, welches eine Oberfläche aufweist, die der Kontur der Oberfläche des späteren Reibbelags entspricht, wird anschließend eine Fertigungsvorrichtung geschaffen, in der eine Kavität zwischen der verzahnten Oberfläche des Grundkörpers und dem Werkzeug gebildet ist. In diese Kavität, deren Form die Form des späteren Reibbelags bestimmt, wird eine duroplastische Schüttgutmasse eingefüllt, welche dann in der Kavität unter Druck- und Temperatureinwirkung verdichtet wird. Nach diesem Vorgang wird das Werkzeug von der verdichteten Schüttgutmasse abgenommen. Eine feste formschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper und der verdichteten, den Reibbelag bildenden Schüttgutmasse ist zu diesem Zeitpunkt bereits hergestellt. Als letzter Verfahrensschritt wird der Grundkörper mit der hierauf aufgeb- rächten Schüttgutmasse in einem Ofen gehärtet.
Als duroplastisches Bindemittel des Reibbelags ist vorzugsweise ein Phenol- Novolak vorgesehen. Ein Novolak ist ein Phenolharz mit einem Formaldehyd- Phenol-Verhältnis kleiner als 1 :1 . Das Verpressen der Schüttgutmasse auf der verzahnten Oberfläche des Grundkörpers geschieht vorzugsweise bei einer Temperatur von 160 - 200° C, insbesondere 180° C, sowie einem Druck zwischen 10 und 30 N/mm2, insbesondere 20 N/mm2. Die anschließende Ofenhärtung findet bevorzugt drucklos über eine Dauer von maximal einer Stunde bei einer Temperatur von 180 - 220° C, insbesondere 200° C, statt.
Der metallische Grundkörper des Reibrings kann in unterschiedlichen Ausgestaltungen an verschiedenen Stellen eine Verzahnung aufweisen. Im Fall eines 1 -Konussystems ist eine Verzahnung an der Außenseite des Grundkörpers und damit des gesamten Reibrings vorgesehen. Im Fall eines 2-Konussystems wird ein erster Ring durch Umformung derart hergestellt, dass er eine Verzahnung auf seiner Außenseite aufweist, wobei dieser Ring als Innenreibfläche dient. Ein weiterer Reibring des 2-Konussytems weist eine Verzahnung auf seiner Innenseite auf und stellt eine Außenreibfläche zur Verfügung. Für ein 3- Konussystem wird ein zusätzlicher konischer Ring mit Verzahnung auf der Außenseite bereitgestellt. Unter dem Begriff „Verzahnung" wird in den beschriebenen Fällen stets diejenige Verzahnung verstanden, auf welcher der Reibbelag formschlüssig gebildet ist, wobei durch den Herstellungsprozess in dem Reibbelag eine korrespondierende Verzahnung entsteht. Auf der als Reibfläche dienenden Außenfläche des Reibbelags kann eine Strukturierung vorgesehen sein, welche entweder direkt bei der Herstellung des Reibbelags durch ein entsprechend strukturiertes Werkzeug oder nachträglich erzeugbar ist. Unabhängig von der geometrischen Gestaltung des Reibrings enthält dessen Reibbelag vorzugsweise 5 - 15 % Fasern eines ersten Typs und 50 - 70 % Kohlenstoffpartikel. Prozentangaben sind stets als Gewichtsprozent zu verstehen. Bei den Fasern des ersten Typs kann es sich beispielsweise um Kohlenstofffasern oder um PAN (Polyacrylnitril)-Fasern handeln. Die Verwendung sol- eher Fasern in Reibungsmaterialien ist prinzipiell bekannt; beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die EP 1 394 438 B1 sowie auf die EP 0 647 793 B1 verwiesen. Der Reibbelag enthält in bevorzugter Ausgestaltung weiterhin jeweils bis zu 10 % Wolframpulver und/oder Kupferpulver. Die Verwendung von Wolfram und Kupfer in einem Reibbelag ist prinzipiell beispielsweise aus der DE 1 202 076 B bekannt.
Ferner können in dem Reibbelag Aramidfasern in einer Konzentration von bis zu 5 % enthalten sein. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die DE 39 30 402 C2 verwiesen.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin gegeben, dass jegliche Vorformung eines Reibelementes, wie etwa nach der EP 1 273 819 B1 vorgesehen, entfällt, so dass sich der Reibbelag perfekt, ohne jegliche Nahtstellen an die nicht ebene Oberfläche des Grundkörpers anpasst, wobei er durch einen Formschluss mit dem Grundkörper verbunden ist. Auch Herstellungsschritte wie Kleben, die ein potenzielles Qualitätsrisiko darstellen, entfallen nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren. Zudem ist dieses Verfahren äu- ßerst zeitsparend durchführbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeich- nung näher erläutert. Hierin zeigt:
Fig. 1 in einer schematisierten Darstellung ein Verfahren zur Herstellung eines Reibrings. Fig. 1 in einer Schnittdarstellung ein Detail des durch das Verfahren gemäß Fig. 1 hergestellten Reibrings.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung Eine Synchronisationsvorrichtung einer Getriebeschaltung, hinsichtlich deren prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird, umfasst einen Reibring 1 , dessen Herstellung im Folgenden anhand Fig. 1 erläutert wird. Zunächst wird ein zumindest annähernd rotationssymmetrischer metallischer Grundkörper 2 bereitgestellt, welcher eine im vorliegenden Fall konische Oberfläche 3 aufweist, die mit einem Reibbelag zu beschichten ist. Die Oberfläche 3 ist (in Fig. 1 nicht erkennbar) verzahnt. Der metallische Grundkörper 2, bei welchem es sich in an sich bekanntem Grundaufbau beispielsweise um ein Blechteil oder ein Sinterteil handelt, wird in ein mehrteiliges Werkzeug 4 eingelegt. Das Werkzeug 4 ist derart gestaltet, dass bei geschlossenem Werkzeug 4 zwischen der Oberfläche 3 und dem Grundkörper 2 eine Kavität 5 frei bleibt.
In die Kavität 5 wird eine Schüttgutmasse 6 gefüllt, welche folgende Zusammensetzung aufweist:
Phenol-Novolak 20 - 30 %
Kohlefaser oder präoxidierte PAN-Faser 5 - 15 %
Kohlenstoffpartikel, zum Beispiel Koks, Ruß oder Graphit 50 - 70 %
Wolframpulver 0 - 10 %
Kupferpulver 0 - 10 %
Aramidfasern 0 - 5 %
Die in der Kavität 5 befindliche Schüttgutmasse 6 wird anschließend im Werkzeug 4 unter Druck- und Temperatureinwirkung verdichtet.
Nach dem Herausnehmen des Grundkörpers 2 einschließlich der hierauf befindlichen Schüttgutmasse 6 wird der Grundkörper 2 in einem Ofen 7 behandelt, wobei sich aus der bereits verdichteten Schüttgutmasse der endgültige Reibbelag 8 bildet.
Die formschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper 2 und dem Reibbelag 8, welche sich bereits im Werkzeug 4, also bei der Formung der den späteren Reibbelag 8 erzeugenden Schüttgutmasse 6, bildet, ist in Fig. 2 veranschaulicht. Deutlich erkennbar ist eine Verzahnung 9 auf der Oberfläche 3 des Grundkörpers 2, in welche der Reibbelag 8 eingreift. Die mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnete Reiboberfläche des Reibbelags 8 ist im vorliegenden Fall unstrukturiert. Bezugszahlenliste
1 Reibring
2 Grundkörper
3 Oberfläche des Grundkörpers
4 Werkzeug
5 Kavität
6 Schüttgutmasse
7 Ofen
8 Reibbelag
9 Verzahnung
10 Reiboberfläche

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Reibrings (1 ), mit folgenden Schritten:
- Ein metallischer Grundkörper (2), welche eine Oberfläche (3) mit einer
Verzahnung (9) aufweist, wird bereitgestellt,
- zwischen der verzahnten Oberfläche (3) des Grundkörpers (2) und einer
Oberfläche eines Werkzeugs (4) wird eine Kavität (5) hergestellt,
- in die Kavität (5) wird eine duroplastische Schüttgutmasse (6) eingefüllt,
- die Schüttgutmasse (6) wird in der Kavität (5) unter Druck- und
Temperatureinwirkung verdichtet, wobei durch die Verzahnung (9) eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper (2) und der Schüttgutmasse (6) entsteht,
- das Werkzeug (4) wird von der verdichteten Schüttgutmasse (6) abgenommen,
- der Grundkörper (2) einschließlich der auf der verzahnten Oberfläche (3) befindlichen, einen Reibbelag (8) bildenden Schüttgutmasse (6) wird in einem Ofen (7) gehärtet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als duroplastisches Bindemittel des Reibbelags (8) ein Phenol-Novolak verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des Phenol-Novolaks in der Schüttgutmasse (6) mindestens 20% und höchstens 30% beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttgutmasse (6) 5 - 15 % Fasern eines ersten Typs enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Fasern ersten Typs Kohlenstofffasern vorgesehen sind.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Fasern ersten Typs PAN-Fasern vorgesehen sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttgutmasse (6) als Fasern zweiten Typs Aramidfasern in einer Konzentration von bis zu 5 % enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttgutmasse (6) 50 - 70 % Kohlenstoffpartikel enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttgutmasse (6) Wolframpulver in einer Konzentration von bis zu 10 % enthält.
10. Reibring (1 ), aufweisend einen metallischen Grundkörper (2) sowie einen aus einer duroplastischen Schüttpressmasse gebildeten Reibbelag (8), welcher durch das Verfahren nach Anspruch 1 nahtfrei unmittelbar auf einer verzahnten Oberfläche (3) des Grundkörpers (2) gebildet ist.
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