WO2017101933A1 - Verfahren zum vorbehandeln eines reibbelags - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for pretreating a friction lining, in particular a dry friction Kupplungsreibbelags, with carbon compounds.
  • the object of the invention is to improve the properties of a friction lining, in particular a dry-running Kupplungsreibbelags.
  • the object is achieved in a method for pretreating a friction lining, in particular a dry Kupplungsreibbelags running with carbon compounds, characterized in that an active surface of the friction lining is changed by means of laser irradiation so that an oxidation layer containing carbon compounds.
  • the friction lining is preferably a dry clutch friction lining.
  • a blank is preferably produced by winding.
  • the blank preferably produced by winding, is formed from a resin in which fiber and / or filler components are embedded.
  • the resin is, for example, a phenol resin / melamine resin.
  • the blank preferably contains at least one, several or each of the following components: rubber, glass fibers, organic fibers, copper. If necessary, brass can also be used instead of copper.
  • Green state is a state of the per se finished and cured friction lining. When installed, the finished friction lining changes during a so-called running-in process. Investigations and tests carried out in the context of the present invention have shown that found that the friction lining is still in its green state shows when entering friction coefficient fluctuations that are undesirable.
  • the fluctuating coefficient of friction behavior can also be referred to as the green behavior of the friction lining.
  • the controllability of a system equipped with the pretreated friction lining in particular a coupling system equipped with the pretreated dry friction clutch lining, can be significantly improved.
  • the changing of the effective surface of the friction lining by means of laser irradiation can also be referred to as the conditioning of a friction surface of the friction lining.
  • a preferred embodiment of the method is characterized in that the pretreatment by means of laser irradiation after curing of the friction lining, in particular the dry-running Kupplungsreibbelags done.
  • the friction lining preferably in an oven, is exposed to relatively high temperatures of, for example, more than two hundred degrees Celsius. After hardening, the friction lining is finished in itself and can be connected to a drive plate before it is mounted in a coupling.
  • the pretreatment by means of laser irradiation thus represents an additional treatment after curing.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the active surface is partially conditioned by means of laser irradiation.
  • the active surface or friction surface of the friction lining is scanned or scanned during conditioning by laser irradiation with a laser beam. Almost any structures can be created in the active surface. By the laser irradiation but no depressions or grooves are generated in the friction surface.
  • the laser irradiation creates a structured oxidation layer containing carbon compounds.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the active surface is conditioned over the entire area by means of laser irradiation. Full-surface means that the entire surface, in particular the entire friction surface, of the friction lining is scanned or worn off with the laser.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that a friction surface of the friction lining is provided with a full-surface oxidation layer by the pretreatment by means of laser irradiation.
  • Full surface means that the friction surface is continuously covered with the oxidation layer.
  • the fully applied oxidation layer preferably has a substantially uniform layer thickness.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that a friction surface of the friction lining is provided with a structured oxidation layer by the pretreatment by means of laser irradiation.
  • the oxidation layer may have almost any structures.
  • the structures of the oxidation layer are preferably carried out uniformly.
  • the structured oxidation layer preferably does not have a uniform layer thickness.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the oxidation layer has a layer thickness which is significantly smaller than one millimeter. With such layer thicknesses, good results have been achieved in experiments and examinations carried out in the context of the present invention.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the oxidation layer has a layer thickness of about one to three tenths of a millimeter. With this layer thickness, the best results were achieved in the experiments and examinations carried out in the context of the present invention.
  • Another preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the pretreatment or conditioning by means of laser irradiation takes place before the friction lining is connected to a driver disk.
  • the pretreated or conditioned friction lining can, for example, be fastened to the driver disk in a form-fitting manner, in particular by means of rivet connection elements.
  • the invention further relates to a friction lining, in particular a dry-running Kupplungsreibbelag with carbon compounds, according to a pre described method is pretreated so that an active surface of the friction lining has an oxidation layer containing carbon compounds.
  • the pretreated friction lining has a significantly better coefficient of friction behavior than a friction lining that is still in its green state.
  • Dry running clutch linings consist for example of resin, rubber, fiber and filler components.
  • the dry-running clutch lining comprises, for example, eighteen percent resin, ten percent rubber, thirty percent glass fibers, thirteen percent organic fibers, seven percent copper, four percent crosslinkers, three percent process aids, and fifteen percent fillers. The percentages represent percentages by weight.
  • Such Kupplungsreibbeläge are used in particular in friction clutches of motor vehicles.
  • the clutch friction linings are firmly connected to a metal carrier plate as a lining carrier or riveted to a clutch disc to allow in conjunction with a mating partner in a coupled state torque transmission between an engine and a transmission, or disengage with the clutch open.
  • a blank or preform is made by winding.
  • the blank is received in a hot press mold and pressed in a hot pressing process to a desired shape, wherein a compression of the blank, which is also referred to as a compact takes place.
  • the preform or compact which can already be referred to as a friction lining, is still hardened.
  • the hardening temperature is, for example, between two hundred and three hundred degrees Celsius. The hardening lasts for twenty hours, for example.
  • crosslinking of the resin is completed. In addition, volatile components are expelled during curing.
  • the friction lining is finished.
  • the hardened friction lining is subjected to pretreatment or conditioning before it is attached to a drive plate.
  • a friction lining surface in particular the friction surface of the friction lining, is purposefully modified by laser irradiation in such a way that an oxidation layer containing carbon compounds is formed.
  • Such an oxidation layer with carbon compounds is formed during normal operation of a friction system equipped with the friction lining due to temperature effects due to friction energy.
  • the friction lining Before the formation of the oxidation layer with the carbon compounds, the friction lining is still in its green state, in which it shows pronounced friction value fluctuations. These friction coefficient fluctuations are significantly reduced by the pretreatment or preconditioning or conditioning of the friction lining.
  • the laser treatment is carried out, for example, with a carbon laser.
  • the friction lining in a final operation before installation on the
  • Driving disc surface so irradiated with the laser that the effective surface of the friction lining, which is the friction surface is changed.
  • the oxidation layer with the carbon compounds is formed by burning the active surface.
  • the oxidation layer resulting from the pretreatment has a layer thickness of about one tenth of a millimeter.
  • the layer thickness can be measured on a cross section through the pretreated friction lining.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbehandeln eines Reibbelags, insbesondere eines trocken laufenden Kupplungsreibbelags, mit Kohlenstoffverbindungen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Wirkoberfläche des Reibbelags mittels Laserbestrahlung so verändert wird, dass eine Oxidationsschicht entsteht, die Kohlenstoffverbindungen enthält.

Description

Verfahren zum Vorbehandeln eines Reibbelags
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbehandeln eines Reibbelags, insbesondere eines trocken laufenden Kupplungsreibbelags, mit Kohlenstoffverbindungen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 013 406 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags bekannt, enthaltend die Schritte: Entnehmen des Reib- belags aus einer Heißpresse im noch heißen Zustand, Einführen des noch heißen Reibbelags in eine Kühlpresse.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Eigenschaften eines Reibbelags, insbesondere eines trocken laufenden Kupplungsreibbelags, zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Vorbehandeln eines Reibbelags, insbesondere eines trocken laufenden Kupplungsreibbelags, mit Kohlenstoffverbindungen, dadurch gelöst, dass eine Wirkoberfläche des Reibbelags mittels Laserbestrahlung so verändert wird, dass eine Oxidationsschicht entsteht, die Kohlenstoffverbindungen enthält. Bei dem Reibbelag handelt es sich vorzugsweise um einen trocken laufenden Kupplungsreibbelag. Ein Rohling wird vorzugsweise durch Wickeln hergestellt. Der vorzugsweise durch Wickeln hergestellte Rohling ist aus einem Harz gebildet, in das Faser- und/oder Füllstoffkomponenten eingebettet werden. Bei dem Harz handelt es sich zum Beispiel um ein Phenolharz/Melaminharz. Der Rohling enthält vorzugsweise mindestens eine, mehrere oder jede der folgenden Komponenten: Kautschuk, Glasfasern, organische Fasern, Kupfer. Anstelle von Kupfer kann gegebenenfalls auch Messing verwendet werden. Nach einem Heißpressvorgang wird der Rohling beziehungsweise das Halbzeug oder der Reibbelag noch gehärtet. Das Härten erfolgt vorzugsweise in einem Ofen. Als Grünzustand wird ein Zustand des an sich fertig hergestell- ten und gehärteten Reibbelags bezeichnet. Im eingebauten Zustand verändert sich der fertige Reibbelag bei einem sogenannten Einlaufvorgang. Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen und Versuchen wurde heraus- gefunden, dass der sich noch in seinem Grünzustand befindliche Reibbelag beim Einlaufen Reibwertschwankungen zeigt, die unerwünscht sind. Das schwankende Reibwertverhalten kann auch als Grünverhalten des Reibbelags bezeichnet werden. Durch die erfindungsgemäße Vorbehandlung des noch in seinem Grünzustand befindlichen Reibbelags mittels Laserbestrahlung kann die Regelbarkeit eines mit dem vorbehandelten Reibbelag ausgestatteten Systems, insbesondere eines mit dem vorbehandelten trocken laufenden Kupplungsreibbelag ausgestatteten Kupplungssystems, deutlich verbessert werden. Das Verändern der Wirkoberfläche des Reibbelags mittels Laserbestrahlung kann auch als Konditionierung einer Reibfläche des Reibbelags bezeich- net werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung mittels Laserbestrahlung nach einem Härten des Reibbelags, insbesondere des trocken laufenden Kupplungsreibbelags, erfolgt. Beim Härten wird der Reibbelag, vorzugsweise in einem Ofen, relativ hohen Temperaturen von zum Beispiel mehr als zweihundert Grad Celsius ausgesetzt. Nach dem Härten ist der Reibbelag an sich fertig und kann mit einer Mitnehmerscheibe verbunden werden, bevor er in eine Kupplung montiert wird. Die Vorbehandlung mittels Laserbestrahlung stellt also nach dem Härten eine zusätzliche Behandlung dar.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkoberfläche partiell mittels Laserbestrahlung konditioniert wird. Die Wirkoberfläche oder Reibfläche des Reibbelags wird beim Konditionieren mittels Laserbestrahlung mit einem Laserstrahl abgefahren oder abgescannt. Dabei können nahezu beliebige Strukturen in der Wirkoberfläche erzeugt werden. Durch die Laserbestrahlung werden aber keine Vertiefungen oder Nuten in der Reibfläche erzeugt. Durch die Laserbestrahlung wird eine strukturierte Oxidationsschicht geschaffen, die Kohlenstoffverbindungen enthält. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkoberfläche vollflächig mittels Laserbestrahlung konditioniert wird. Vollflächig bedeutet, dass die komplette Oberfläche, insbesondere die komplette Reibfläche, des Reibbelags mit dem Laser abgescannt oder abgefahren wird. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorbehandlung mittels Laserbestrahlung eine Reibfläche des Reibbelags mit einer vollflächigen Oxidationsschicht versehen wird. Vollflächig bedeutet, dass die Reibfläche durchgehend mit der Oxidationsschicht bedeckt ist. Die voll- flächig aufgebrachte Oxidationsschicht hat vorzugsweise eine im Wesentlichen gleichmäßige Schichtdicke.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorbehandlung mittels Laserbestrahlung eine Reibfläche des Reibbelags mit einer strukturierten Oxidationsschicht versehen wird. Die Oxidationsschicht kann nahezu beliebige Strukturen aufweisen. Dabei sind die Strukturen der Oxidationsschicht vorzugsweise gleichmäßig ausgeführt. Die strukturierte Oxidationsschicht hat vorzugsweise keine gleichmäßige Schichtdicke. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsschicht eine Schichtdicke aufweist, die deutlich kleiner als ein Millimeter ist. Mit derartigen Schichtdicken wurden bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen und Untersuchungen gute Ergebnisse erzielt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsschicht eine Schichtdicke von etwa einem bis drei Zehntel Millimeter aufweist. Mit dieser Schichtdicke wurden bei den im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen und Untersuchungen die besten Ergeb- nisse erzielt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung oder Konditionierung mittels Laserbestrahlung vor einem Verbinden des Reibbelags mit einer Mitnehmerscheibe erfolgt. Der vorbehan- delte oder konditionierte Reibbelag kann zum Beispiel formschlüssig, insbesondere mit Hilfe von Nietverbindungselementen, an der Mitnehmerscheibe befestigt werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Reibbelag, insbesondere einen trocken laufenden Kupplungsreibbelag, mit Kohlenstoffverbindungen, der gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren so vorbehandelt ist, dass eine Wirkoberfläche des Reibbelags eine Oxidationsschicht aufweist, die Kohlenstoffverbindungen enthält. Der vorbehandelte Reibbelag weist ein deutlich besseres Reibwertverhalten auf als ein noch in seinem Grünzustand befindlicher Reibbelag.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Trocken laufende Kupplungsbeläge bestehen zum Beispiel aus Harz-, Kautschuk-, Faser- und Füllstoffkomponenten. Der trocken laufende Kupplungsbelag umfasst zum Beispiel achtzehn Prozent Harz, zehn Prozent Kautschuk, dreißig Prozent Glasfasern, dreizehn Prozent organische Fasern, sieben Prozent Kupfer, vier Prozent Vernetzer, drei Prozent Prozesshilfsstoffe und fünfzehn Prozent Füllstoffe. Dabei stellen die Pro- zentangaben Gewichtsprozentangaben dar.
Derartige Kupplungsreibbeläge werden insbesondere in Reibungskupplungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Zu diesem Zweck werden die Kupplungsreibbeläge mit einer metallischen Trägerplatte als Belagträger fest verbunden beziehungsweise auf eine Kupplungsscheibe aufgenietet, um in Verbindung mit einem Gegenlaufpartner in einem eingekuppelten Zustand eine Drehmomentübertragung zwischen einem Motor und einem Getriebe zu ermöglichen, beziehungsweise bei geöffneter Kupplung auszukuppeln. Ein Rohling oder Vorpressling wird zum Beispiel durch Wickeln hergestellt.
Der Rohling wird in einer Heißpressform aufgenommen und in einem Heißpressvorgang auf eine Sollform gepresst, wobei eine Verdichtung des Rohlings, der auch als Pressling bezeichnet wird, stattfindet. Nach dem Heißpressen wird der Vorformling oder Pressling, der auch schon als Reibbelag bezeichnet werden kann, noch gehärtet. Beim Härten wird der Pressling oder Reibbelag in einem Ofen für viele Stunden einer hohen Temperatur ausgesetzt. Die Temperatur beim Härten beträgt zum Beispiel zwischen zweihundert und dreihundert Grad Celsius. Das Härten dauert zum Beispiel zwanzig Stunden lang. Beim Härten wird eine Vernetzung des Harzes vollständig abgeschlossen. Darüber hinaus werden beim Härten flüchtige Komponenten ausgetrieben.
Nach dem Härten ist der Reibbelag an sich fertig. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der gehärtete Reibbelag noch einer Vorbehandlung oder Konditionierung unterzogen, bevor er an einer Mitnehmerscheibe befestigt wird. Beim Vorbehandeln des Reibbelags wird eine Reibbelagsfläche, insbesondere die Reibfläche des Reibbelags, mittels Laserbestrahlung gezielt so verändert, dass eine Oxidationsschicht entsteht, die Kohlenstoffverbindungen enthält. Eine derartige Oxidationsschicht mit Kohlenstoffverbindungen entsteht im normalen Betrieb eines mit dem Reibbelag ausgestatteten Reibsystems aufgrund von Temperatureffekten durch Rei- bungsenergie.
Vor der Bildung der Oxidationsschicht mit den Kohlenstoffverbindungen befindet sich der Reibbelag noch in seinem Grünzustand, in welchem er ausgeprägte Reibwertschwankungen zeigt. Diese Reibwertschwankungen werden durch die Vorbehandlung oder Vorkonditionierung beziehungsweise Konditionierung des Reibbelags deutlich reduziert.
Die Laserbehandlung wird zum Beispiel mit einem Kohlenstofflaser durchgeführt. Dabei wird der Reibbelag in einem finalen Arbeitsgang vor dem Verbau auf die
Mitnehmerscheibe flächig so mit dem Laser bestrahlt, dass die Wirkoberfläche des Reibbelags, welche die Reibfläche darstellt, verändert wird. Die Oxidationsschicht mit den Kohlenstoffverbindungen entsteht durch Anbrennen der Wirkoberfläche.
Die Oxidationsschicht, die durch die Vorbehandlung entsteht, hat eine Schichtdicke von etwa einem Zehntel Millimeter. Die Schichtdicke kann an einem Querschnitt durch den vorbehandelten Reibbelag gemessen werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Vorbehandeln eines Reibbelags, insbesondere eines trocken laufenden Kupplungsreibbelags, mit Kohlenstoffverbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wirkoberfläche des Reibbelags mittels Laserbestrahlung so verändert wird, dass eine Oxidationsschicht entsteht, die Kohlenstoffverbindungen enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung mittels Laserbestrahlung nach einem Härten des Reibbelags, insbesondere des trocken laufenden Kupplungsreibbelags, erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkoberfläche partiell mittels Laserbestrahlung konditioniert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkoberfläche vollflächig mittels Laserbestrahlung konditioniert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorbehandlung mittels Laserbestrahlung eine Reibfläche des Reibbelags mit einer vollflächigen Oxidationsschicht versehen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorbehandlung mittels Laserbestrahlung eine Reibfläche des Reibbelags mit einer strukturierten Oxidationsschicht versehen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsschicht eine Schichtdicke aufweist, die deutlich kleiner als ein Millimeter ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsschicht eine Schichtdicke von etwa einem bis drei Zehntel Millimeter aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung oder Konditionierung mittels Laserbestrahlung vor einem Verbinden des Reibbelags mit einer Mitnehmerscheibe erfolgt.
10. Reibbelag, insbesondere trocken laufender Kupplungsreibbelag, mit Kohlenstoffverbindungen, der gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche so vorbehandelt ist, dass eine Wirkoberfläche des Reibbelags eine Oxidationsschicht aufweist, die Kohlenstoffverbindungen enthält.
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