DE10040996B4

DE10040996B4 - Verfahren zur Herstellung von Presslingen für Reibbeläge, insbesondere Kupplungsbeläge

Info

Publication number: DE10040996B4
Application number: DE10040996A
Authority: DE
Inventors: Rainer Worttmann; Carsten Kinner; Christian Spandern
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2013-07-18
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: DE10040996A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Presslingen für Reibbeläge, insbesondere Kupplungsbeläge, jeweils aus einem Bindemittel, Fasern und Füllstoffe enthaltenden Wickling, wobei der Wickling in eine Pressform eingegeben wird und darin zumindest einmal bei Hochdruck heiß gepresst wird, wonach die Pressform auf einen Lüftungsspalt eingestellt und entlüftet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Heißpressvorgang in der Pressform erzeugte Pressling in der Pressform verbleibend, die nach dem Heißpressvorgang bei Hochdruck und Entlüften auf ein vorgegebenes Volumen eingestellt wird, welches größer als das Anfangsvolumen des Presslings ist, und mit einer Zuhaltekraft unter Konstanthaltung des eingestellten Volumens geschlossen gehalten wird, weiter erhitzt wird, wobei er sich in der Pressform auf deren konstantes Volumen ausdehnt und aushärtet, und anschließend der Pressform entnommen wird, wobei das Erhitzen des Presslings in dem eingestellten konstanten Volumen der Pressform über einen ein mehrfaches längeren Zeitabschnitt als derjenige des Heißpressens und bei im Wesentlichen gleicher Temperatur wie während des Heißpressens erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Presslingen für Reibbeläge, insbesondere Kupplungsbeläge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem aus der Praxis bekannten Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird ein Wickling, der aus bekannten Materialien wie Bindemittel, Fasern und Füllstoffen besteht, einem formgebenden Verfahrensschritt, nämlich Heißpressen in einer Hochdruckpresse, unterzogen, die anschließend gelüftet wird. Das Heißpressen und Lüften kann auch zweimal zeitlich hintereinander erfolgen. Damit werden Presslinge hoher Dichte erzeugt, aber nicht ohne weiteres Presslinge niedriger Dichte, wie sie für leichte Beläge, insbesondere Kupplungsbeläge, gewünscht sind, die infolge der niedrigen Dichte und hohen Porosität ein gutes Komfortverhalten im Einbauzustand in einem Kraftfahrzeug zeigen.
In den Dokumenten DE 22 29 537 A , EP 1 063 443 A1 , EP 0 274 702 A1 sowie DE 698 03 114 T2 werden Verfahren zur Herstellung von Presslingen für Reibbeläge offenbart.
Weiterhin ist, um die Funktion eines Reibbelags zu verbessern, insbesondere das Rupfverhalten im Betrieb von Fahrzeugen zu vermindern, ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages insbesondere für Reibungskupplungen oder Bremsen aus den oben genannten Materialien bekannt, die nach Mischung und Dosierung den folgenden Verfahrensschritten unterworfen werden ( DE 196 50 451 A1 ):

– einem formgebenden Verfahrensschritt, beispielsweise Heißpressen,
– einem Vernetzungsschritt, wie einem Aushärtevorgang,
– einem Oberflächenbehandlungsvorgang, wie Schleifvorgang,
– einem weiteren Vernetzungsschritt, wie Aushärtevorgang.

Dieses Verfahren ist trotz der angestrebten Vereinfachung noch verhältnismäßig fertigungsungünstig.
Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen wird von einer Reibmasse in Form eines Granulatmaterials ausgegangen ( DE 195 43 329 A1 ). Dieses Granulatmaterial wird mit Belagträgern in Pressformen einer Rundtischpresse für bis zu 120 Sek. zu Reibbelägen verpresst. Anschließend werden die fertiggepressten Reibbeläge den Pressformen entnommen und unmittelbar nach dem Verlassen der Pressform einspannungsfrei für einen vorgegebenen Zeitraum in einem Durchlaufofen ausgehärtet. Zwischen den Pressformen und dem Durchlaufofen werden die Reibbeläge auf einem kontinuierlich laufenden Fördermittel transportiert. Dieses Herstellungsverfahren ist auf Granulatmaterial als Reibmasse beschränkt und ist insbesondere deswegen umständlich durchzuführen, weil die fertiggepressten Reibbeläge erst den Pressformen zu entnehmen sind, bevor sie in dem Durchlaufofen ausgehärtet werden.
Nach einem weiteren bekannten Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen, insbesondere Kupplungsbelägen aus Fasern und weiteren Materialien wird zunächst ein Vorpressling hergestellt, der dann in einem Formwerkzeug, d. h. Heißpresswerkzeug, aufgenommen und in einem Heißpressvorgang auf eine Sollform gepresst wird ( DE 44 20 593 A1 ). Der auf seine Sollform beziehungsweise Enddichte gebrachte Rohbelag wird aus dem Heißpresswerkzeug entnommen und dann zur Aushärtung in einen Ofen eingeführt. Auch dieses Verfahren ist deswegen nur verhältnismäßig umständlich durchzuführen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren Presslinge niedriger Dichte, die weitgehend maßhaltig sind, fertigungsrationell herzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dabei ist der sich an den Heißpressvorgang einschließlich des Entlüftens der Pressform anschließende Verfahrensschritt wesentlich, dass der weiterhin erhitzte Pressling, ohne seine Pressform zu verlassen, in einem voreingestellten konstanten Volumen der Pressform gehalten wird, in welches hinein er sich ausdehnen kann. Die auf die Pressform ausgeübte Zuhaltekraft bzw. Verriegelung dient dazu, den sich ausdehnenden Pressling nicht entweichen zu lassen und somit das voreingestellte Volumen der Pressform konstant zu halten, nicht aber dazu, den Pressling unter Verminderung dessen Volumens zu komprimieren. Der Pressling kann im Unterschied zu einem freiliegenden Pressling nur das voreingestellte konstante Volumen und die Gestalt der Pressform annehmen, wodurch eine hohe Maßhaltigkeit gewährleistet wird. Vor allem kann damit ein Pressling niedriger Dichte und hoher Porosität hergestellt werden, aus dem sich Kupplungsbeläge guten Komfortverhaltens fertigen lassen. Die Dichte des Presslings, seine Porosität beziehungsweise die von ihm aufgenommene Luftmenge ergeben sich aus dem Verhältnis des Einsatzgewichts des Wicklings, welches die Pressform aufnimmt, und des eingestellten Volumens der Pressform, welches im Verlaufe des sich an den Heißpressvorgang anschließenden Schritts des weiteren Erhitzens des Presslings in der Pressform konstant bleibt. Nach der Wärmebehandlung des Presslings in dem konstanten Volumen kann dieser der Pressform entnommen werden, um extern in üblicher Weise weiterverarbeitet, gemessen und gelagert zu werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erhitzen des Presslings in dem eingestellten konstantem Volumen der Pressform über einen ein mehrfaches längeren Zeitabschnitt als derjenige des Heißpressens und bei im wesentlichen gleicher Temperatur wie während des Heißpressens. Die während des Heißpressens noch nicht erreichte Endform des Presslings kann sich so über eine genügend lange Zeit in dem eingestellten konstantem Volumen der Pressform ausbilden und der Pressling aushärten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Parameter des Verfahrens so gewählt, dass die Pressform bei dem Heißpressvorgang mit über 100 t während 5–10 Sek. beaufschlagt wird, wobei der Pressling mit 20–35 N/mm² heiß verpresst wird, anschließend während 1–5 Sek. gelüftet wird und gegebenenfalls nach Wiederholen des Heißpress- und Lüftungsvorgangs sowie nach Einstellen des vorgegebenen Volumens mit einer Haltekraft von 2 t geschlossen gehalten wird, wobei der Pressling in dem eingestellten konstantem Volumen während 3–5 Min. weiter bei 140–200°C erhitzt wird. Mit dieser Wahl der Verfahrensparameter wird ein Pressling geringer Dichte und hoher Porosität und großer Menge eingeschlossener Luft verfahrenstechnisch günstig hergestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Beschicken der Pressform mit dem Wickling der Heißpressvorgang mit anschließender Entlüftung in der Pressform, die Einstellung der Pressform auf ein vorgegebenes Volumen, das Aufbringen der Zuhaltekraft an der Pressform bzw. Verriegeln, das weitere Erhitzen des Presslings in dem konstanten Volumen der Pressform und erst dann die Entnahme des Presslings aus der Pressform während eines getakteten Rundlaufs der Pressform mit einem Rundschalttisch neben mehreren weiteren, zeitlich versetzt mit jeweils einem weiteren Wickling versehenen und in gleichartiger Weise betätigten Pressformen durchgeführt werden. Nach diesem Verfahren wird ein hoher Ausstoß in unkomplizierter Weise erreicht. Es ist zur Produktion des gehärteten Presslings kein zwischengeschalteter Entnahmeschritt erforderlich, bei dem der Pressling aus der Pressform entnommen wird, um ihn anderweitig zu härten, bevor er seiner Weiterbearbeitung, wie Entgraten, Tempern zugeführt wird.
Eine besonders geeignete Vorrichtung, die selbst nicht Teil der Erfindung ist, zur Durchführung des oben angegebenen Herstellungsverfahrens der Presslinge zeichnet sich dadurch aus, dass ein Rundschalttisch längs seines Umfangs mehrere Pressstationen aufweist, die somit zusammen mit dem Rundschalttisch getaktet umlaufen, von denen jede eine beheizbare Pressform, Einstellmittel zur Einstellung eines vorgegebenen Konstantvolumenspalts und eine Schließeinheit mit Mitteln zur Erzeugung einer Zuhaltekraft aufweist, und dass in ortsfesten Positionen längs der Peripherie des Rundschalttisches eine Hochdruckpresse, Betätigungsmittel, die mit jeweils einem Einstellmittel zur Einstellung eines vorgegebenen Konstantvolumenspalts zusammenwirken, eine Pressling-Entnahmeeinrichtung, eine Pressformreinigungs- und Sprüheinrichtung und eine Wickling-Einlegeeinrichtung angeordnet sind. Mit dieser kompakten Vorrichtung lässt sich ein großer Ausstoß gehärteter Presslinge in ihrer Sollform zuverlässig erzeugen. Zu der Vorrichtung gehört eine Reihe von beispielsweise 16 Pressstationen, mit je mindestens einer beheizbaren Pressform, Einstellmitteln zur Einstellung eines vorgegebenen Lüftungsspalts und damit eines vorgegebenen Volumens in der Pressform, sowie einer Schließeinheit mit Mitteln zur Erzeugung einer Zuhaltekraft, welche die Pressform mit vorgegebener Kraft und bei konstantem Volumen geschlossen hält. Zu allen diesen weitgehend selbständigen Pressstationen gehört nur eine Hochdruckpresse, die bei einer ersten Position des Rundschalttisches angeordnet ist, um die jeweils dort mit der Pressstation eingefahrene Pressform unter hohem Druck und Hitze kurzzeitig zu belasten, wonach die Pressform mit einem Lüftungsspalt entlüftet wird. Sodann werden in einer weiteren Position des Rundschalttisches die Einstellmittel zur Vorgabe des Konstantvolumenspalts mit einem Betätigungsmittel betätigt, um das vorgegebene Volumen der Pressform einzustellen. Dieses Volumen wird über eine Vielzahl sich anschließender Positionen durch die Schließeinheit konstant gehalten, die zu jeder Station, beziehungsweise jeder Pressform gehört. Der Aufwand für die zuverlässige Erzeugung der verhältnismäßig geringen Zuhaltekraft mit der Schließeinheit ist wesentlich geringer als derjenige für die Hochdruckpresse.
Die Zuhaltekraft kann zweckmäßig durch einen Hydraulikzylinder an der Schließeinheit erzeugt werden. Die Schließeinheit ist so auszubilden, dass sie die Funktion der Hochdruckpresse beim Heißpressen nicht stört.
Zur rationellen Fertigung einer Vielfalt von Presslingen sind die Pressformen und gegebenenfalls die Distanzplatten der Einstellmittel zur Vorgabe des Konstantvolumenspalts der Pressformen austauschbar. Mit derartigen Pressstationen können verschiedenartige Presslinge während eines Umlaufs des Rundschalttisches beziehungsweise eines Gesamtzyklus im Mix hergestellt werden.
Zur weiteren Erhöhung des Ausstoßes der Vorrichtung können die Pressstationen jeweils eine zwei-etagige Pressformanordnung aufweisen. Eine solche, an sich bekannte zwei-etagige Pressformanordnung kann kompakt aus einem Oberteil einer ersten Form, darunter einem kombinierten Teil, welches gleichzeitig das Unterteil der ersten Form und das Oberteil einer zweiten Form darstellt, sowie darunter einem Unterteil einer zweiten Form bestehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit 3 Figuren näher beschrieben, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht Teil der Erfindung ist:
Es zeigt:
1: einen wesentlichen Teil der einen Rundschalttisch umfassenden Vorrichtung, die selbst nicht Teil der Erfindung ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Seitenansicht,
2: eine Draufsicht auf den Rundschalttisch und
3: als Einzelheit der 2 eine von 16 Pressstationen, die auf dem Rund schalttisch montiert sind, in einer größeren Darstellung.
In den 1 und 2 sind mit den Bezugszeichen 1–16, 16 Pressstationen bezeichnet, die auf einem Rundschalttisch (17) in der Nähe dessen Peripherie kreisringförmig/konzentrisch angeordnet sind.
Jede der Pressstationen, zum Beispiel die Pressstation 5, weist eine in dem Rundschalttisch auswechselbare Pressform 18 mit mindestens einem nicht bezeichneten Oberteil und einem ebenfalls nicht bezeichneten Unterteil auf, welches ein Pressnest bildet. Der Konstantvolumenabstand zwischen dem Oberteil und dem Unterteil ist durch Distanzplatten 19, 20 einstellbar, die durch Schwenkarme 21, 21a in den Bereich zwischen Oberteil und Unterteil einschiebbar sind. Damit wird das Volumen des Inneren der Pressform vorgegeben, wenn das Oberteil mit dem Unterteil unter Zwischenlage der Distanzplatten 19, 20, die nach Maßgabe des gewünschten Volumens der Pressform ausgewählt sind, zusammengeführt werden und mit der Haltekraft gehalten werden. Die Distanzplatten sind in diesem Bereich zwischen Oberteil und Unterteil durch die Drehbewehung des Rundschalttisches einschiebbar, wenn die Schwenkarme 21 an einem gegenüber dem Rundschalttisch 17 ortsfest angeordneten, ausgefahrenen Kurzhubzylinder anstoßen. Die Distanzplatten 19, 20 stellen somit Einstellmittel zur Einstellung des Lüftungsspalts dar.
Die Schließeinheiten 22, 23, 24, von denen wenigstens zwei Schließeinheiten 23, 24 in 1 auch in Seitenansicht dargestellt sind, bestehen im wesentlichen aus einer Vier-Säulen-Presse mit einem Hydraulikzylinder, der als Schnellschließzylinder in Verbindung mit einer hydraulischen Ventilsteuerung den Gesamtpressenhub fahren kann, einen Vakuumsspalt beim Hochdruckpressen anfahren kann, einen Lüftungsspalt beim Zuhalten der Pressform bei konstantem Volumen anfahren kann und im letztgenannten Fall die Pressform mit 2 t verriegeln kann. Die hydraulische Ventilsteuerung kann jede Pressstation beziehungsweise Schließeinheit unabhängig von den anderen betätigen. Jede Schließeinheit ist weiterhin mit Heizplatten, die Heizpatronen enthalten, zum Beheizen der Pressform ausgestattet.
Der Rundschalttisch 17 als Basis, welche die Pressstationen 1–16 aufnimmt, umfasst einen elektromotorischen Antrieb mit einem Rollengetriebe.
An einer ersten ortsfesten Position des Rundschalttisches 17, nämlich der Situation gemäß 1 und 2 bei der Pressstation 1, ist eine Hochdruckpresse 25 aufgestellt, welche die in diese Position gefahrene Pressform mit einliegendem Wickling, zum Beispiel diejenige der Pressstation 1 mit hohem Druck von beispielsweise 100 t zusammenpressen kann. Dabei wird die beheizte Pressform und der komplette Formraum von einer Unterdruckhaube eingeschlossen, um den in die Pressform eingelegten Wickling unter Vakuum zu pressen, bevor die Pressform bei einem durch die Hochdruckpresse eingestellten Lüftungsspalt entlüftet wird. An diesen verhältnismäßig kurzzeitigen Heißpressvorgang mit Entlüften und gegebenenfalls dessen Wiederholung schließen sich weitere Herstellungsschritte des Presslings an, der aus dem Wickling durch Heißpressen entstanden ist.
Hierzu wird zunächst an der zweiten ortsfesten Position, an der sich in 2 die Pressstation 2 befindet, der vorgegebene Konstantvolumenspalt durch die Distanzplatten 19, 20 über die Schwenkarme 21 und 21a eingestellt. Daraufhin wird in der immer noch gleichen Position der Pressstation 2 die Form durch eine zughörige Schließeinheit auf die Distanzplatten 19, 20 geschlossen und unter einer Zuhaltekraft von ca. 2 t geschlossen gehalten. In dem dadurch geschaffenen konstanten Volumen in der Pressform wird der Pressling weiterhin erhitzt, während die Pressform die Positionen durch Weiterbewegung des Rundschalttisches 17 durchfährt, an denen in 2 die Pressstationen 3–12 dargestellt sind. Das Durchfahren dieses Wegs nimmt einen verhältnismäßig langen Zeitraum gegenüber dem Heißpressen ein, währenddem sich der Pressling in dem Volumen der Pressform ausdehnen kann, bis er diese ganz ausfüllt. Der Pressling wird durch die Zuhaltekraft in der Pressform gehalten. Dabei härtet das Bindemittel des außerdem Fasern und Füllstoffe enthaltenden Presslings. An der 13. ortsfesten Position, die in 2 von der Pressstation 13 eingenommen wird, kann ein nicht dargestellter Vakuum-Greifer angeordnet sein, welcher aus der geöffneten Pressform den ausgehärteten Pressling entnimmt und zum Beispiel einer Entgratungseinrichtung zuführen kann. Danach können die entgrateten Presslinge abgestapelt werden. An einer nachfolgenden ortsfesten 14. Position, welche in 2 der Pressstation 14 entspricht, kann die Pressform im Bedarfsfall leicht ausgewechselt werden, wozu die Schließeinheiten mit einer Werkzeugschnellspanneinrichtung ausgerüstet sind. In dieser 14. Position ist im Bedarfsfall auch ein manueller Eingriff in die Pressform möglich.
In einer 15. ortsfesten Position entsprechend der Position der Pressstation 15 in 2 sind Bürsten, Blas- und Sprühdosen angeordnet, die in die Pressform eingefahren werden können, um diese zu reinigen und für den nächsten Heißpressvorgang vorzubereiten. Hierzu wird weiter in der 16. ortsfesten Position, welche in 2 der Pressstation 16 entspricht, in der Pressform ein Wickling eingelegt, der als nächster heiß zu pressen ist. Vor dem Heißpressvorgang werden an der Position 16 die Distanzplatten 19, 20 von der Pressform entfernt, so dass deren Teile bis auf einen Vakuumspalt in der nachfolgenden ersten Station zusammengepresst werden können.
Die Steuerung der beschriebenen Vorrichtung zum Heißpressen ist unkompliziert, da eine feste Zuordnung der Pressstationen beziehungsweise Pressformen durch den Rundschalttisch gesichert ist. Damit können auch unterschiedliche Wicklinge in hieran angepasste Pressformen richtig eingelegt werden, da über eine Pressstationsnummer erkannt werden kann, welcher Wickling in welche Pressform eingelegt werden muss. Hierzu können beispielsweise in Magazinen drei unterschiedliche Arten Wicklinge bevorratet sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Presslingen für Reibbeläge, insbesondere Kupplungsbeläge, jeweils aus einem Bindemittel, Fasern und Füllstoffe enthaltenden Wickling, wobei der Wickling in eine Pressform eingegeben wird und darin zumindest einmal bei Hochdruck heiß gepresst wird, wonach die Pressform auf einen Lüftungsspalt eingestellt und entlüftet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Heißpressvorgang in der Pressform erzeugte Pressling in der Pressform verbleibend, die nach dem Heißpressvorgang bei Hochdruck und Entlüften auf ein vorgegebenes Volumen eingestellt wird, welches größer als das Anfangsvolumen des Presslings ist, und mit einer Zuhaltekraft unter Konstanthaltung des eingestellten Volumens geschlossen gehalten wird, weiter erhitzt wird, wobei er sich in der Pressform auf deren konstantes Volumen ausdehnt und aushärtet, und anschließend der Pressform entnommen wird, wobei das Erhitzen des Presslings in dem eingestellten konstanten Volumen der Pressform über einen ein mehrfaches längeren Zeitabschnitt als derjenige des Heißpressens und bei im Wesentlichen gleicher Temperatur wie während des Heißpressens erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressform bei dem Heißpressvorgang mit 20–30 N/mm² während 5 bis 10 Sek. beaufschlagt wird, wobei der Pressling mit 20–25 N/mm² heiß gepresst wird, anschließend während 1–5 Sek. gelüftet wird und gegebenenfalls nach Wiederholen des Heißpress- und Lüftungsvorgangs sowie nach Einstellung des vorgegebenen Volumens mit einer Haltekraft von 2 t geschlossen gehalten wird, wobei der Pressling in dem eingestellten konstanten Volumen während 3–5 Min. weiter bei 140–200°C erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beschicken der Pressform mit dem Wickling, der Heißpressvorgang in der Pressform, die Einstellung der Pressform auf ein vorgegebenes Volumen, das Aufbringen der Zuhaltekraft an der Pressform, das weitere Erhitzen des Presslings in dem konstanten Volumen der Pressform und die Entnahme des Presslings aus der geöffneten Pressform während eines getakteten Rundlaufs der Pressform mit einem Rundschalttisch neben mehreren weiteren zeitlich versetzt mit jeweils einem weiteren Wickling beaufschlagten und in gleichartiger Weise betätigten Pressform durchgeführt werden.