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Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils für eine Kupplungsanordnung, insbesondere für eine Reibungskupplung, wobei sich das Bauteil im Betrieb der Kupplungsanordnung aufgrund von Erhitzung in eine Verformungsform formt, sowie eine Fertigungsstation zum Herstellen eines solchen Bauteils.
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Bekanntermaßen können sich Bauteile einer Reibungskupplung, wenn sie direkt als Gegenreibpartner genutzt werden, aufgrund der Hitzeentwicklung verformen. Insbesondere Anpressplatten und Schwungräder zeigen im Betrieb eine irreversible Schirmung, die sich z. B. in einer konkave Wölbung der Reibfläche äußert.
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Um dieser Verformung entgegenzuwirken, sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Lösungsansätze bekannt. Beispielsweise wird in der Druckschrift
DE 10 2008 040 888 A1 vorgeschlagen, einer Verformung dadurch entgegenzuwirken, dass das Bauteil, in diesem Fall die Anpressplatte, einen radial außen und radial in Richtung des Reibbelags über den Reibflächenbereichen hinausgehenden Erstreckungsbereich aufweist. Dieser Erstreckungsbereich radial außerhalb der Reibfläche führt zu einer Versteifung der Anpressplatte gegen Schirmen, wobei insbesondere bei Wärmeeinwirkung in Form von Reibarbeit am Reibflächenbereich sich eine deutliche Verbesserung des Schirmverhaltens der Anpressplatte ergibt.
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Ein anderer Ansatz wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 100 31 635 A1 verfolgt, bei der das sich verformende Bauteil, in diesem Fall ebenfalls die Anpressplatte, aus zwei Materialien mit unterschiedlichem Verhalten bei Erwärmung besteht. Dabei weist insbesondere das zweite Material eine im Vergleich zum ersten Material größere thermische Ausdehnung auf. Dadurch kann ebenfalls einer Schirmung der Anpressplatte unter thermischer Belastung entgegengewirkt werden.
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Gemäß der Lehre der Offenlegungsschrift
DE 100 31 598 A1 kann man einer Schirmung auch mit einer, aus mehreren Segmenten gefertigten Anpressplatte entgegenwirken.
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Weiter offenbart die Offenlegungsschrift
DE 10 2008 005 918 A1 , dass zu einer Reduzierung von Verschleiß und für eine Lebensdauererhöhung eine Eisen-Guss-Anpressplatte auch durch ein thermisches Härten behandelt werden kann.
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Nachteilig an diesen bekannten Herstellungsverfahren ist jedoch, dass die Fertigung der Anpressplatte zum einen ein langwieriger und damit teurer Prozess ist und insbesondere bei der Verwendung von zwei unterschiedlichen Materialien hohe Anforderungen an die Verbindung der zwei Materialien gestellt werden müssen, so dass auch dies den Fertigungsprozess verteuert. Darüber hinaus konnte mit den bekannten Verfahren das Schirmproblem nicht zufriedenstellend gelöst werden.
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Eine weitere, aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahme besteht darin, das Bauteil, insbesondere die Anpressplatte, konvex auszubilden, so dass sich diese konvexe Ausbildung durch die unter thermischer Belastung entstehende konkave Schirmung ausgleicht.
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Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, dass die im Betrieb entstehende konkave Wölbung vor der Fertigung abgeschätzt werden muss, was nur über aufwendige Versuche zu erreichen ist. Daher müssen bei jeder Materialänderung oder Materialzusammensetzungsänderung die Versuche wiederholt werden, um die Größenordnung der zu erwartenden Schirmung festzustellen. Erschwerend kommt hierbei hinzu, dass die Reibfläche bei der ersten Inbetriebnahme ungleichmäßig stark beansprucht und belastet wird. Dies wiederum verteuert das Verfahren und macht es für eine Serienproduktion unrentabel.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, ein kostengünstiges und für die Serienproduktion geeignetes Verfahren bereitzustellen, mit dem ein möglichst verzugsarmes Bauteil für eine Reibungskupplung herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Fertigungsstation gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
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Dabei basiert vorliegende Erfindung auf der Idee, ein Bauteil nach dem eigentlichen Fertigungsprozess, also nachdem das Bauteil aus einem Bauteilrohling in seine eigentliche Einbauform gebracht wurde, einer zusätzlichen thermischen Belastung auszusetzen. Diese thermische Belastung wird dabei so real wie möglich gewählt, so dass sich die beim Betrieb der Kupplung zu erwartende Verformungsform einstellt. Dann wird erfindungsgemäß das Bauteil nochmals nachbearbeitet, bis es wieder seine Einbauform aufweist.
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Da die Verformung aufgrund thermischer Belastung ein im wesentlichen irreversibler Prozess ist, der sich jedoch, abhängig von der Art des Bauteils und des verwendeten Materials, mehr oder weniger stark ausprägen kann, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die präzise Herstellung eines verformungsarmen Bauteils selbst unter starker thermischer Beanspruchung. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können beispielsweise Anpressplatte oder Schwungrad gleichbleibend topfeben gefertigt werden. Da dadurch Anpressplatte und/oder Schwungrad die Reibbeläge einer Reibungskupplung über ihre im Wesentlichen gesamte Fläche kontaktieren, werden die Reibbeläge weniger belastet.
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Selbst bei Bauteilen, bei denen der Verformungsprozess reversibel verläuft, kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft sein, da dadurch sichergestellt wird, dass unter thermischer Belastung das Bauteil seine optimale Ausbildungsform aufweist.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann das Bauteil sequenziell erhitzt und bearbeitet werden, so lange bis es die endgültige Verformung aufzeigt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass tatsächlich die endgültige Verformung erreicht wurde und nicht nur eine erste metastabile Zwischenform.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die thermische Belastung mittels Reibungshitze bereitgestellt. Durch diese praxisnahe Erhitzung wird die Verformung unter Realbedingungen erzeugt, so dass im tatsächlichen Betrieb das Bauteil mit großer Wahrscheinlichkeit keine weitere Verformung aufzeigt.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt des Ausbildens der Verformungsform zusätzlich den Schritt des Abkühlens des Bauteils. Erst durch das Abkühlen des Bauteils kann festgestellt werden, ob die Verformung reversibel oder irreversibel ist.
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Des Weiteren kann, wie ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt, die Art des Abkühlverfahrens Einfluss auf die Oberflächenstruktur des Bauteils haben. Gerade Schwungrad und Anpressplatte werden meist aus Gusseisen oder Stahl gefertigt, deren Materialeigenschaften über bestimmte Abkühlverfahren beeinflussbar sind. Beispielsweise kann das Bauteil nach der Erhitzung schlagartig, beispielsweise mit Wasser, gekühlt werden, wodurch sich gerade bei den üblicherweise verwendeten Materialien, eine Oberflächenhärtung des Bauteils ergibt.
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Eine derartige Oberflächenhärtung kann aber auch ungünstig sein, da gleichzeitig die Sprödigkeit des Materials erhöht wird. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann deshalb der Abkühlprozess auch langsam vonstatten gehen, so dass zwar das Bauteil vergleichsweise weich bleibt, aber auch kaum spröde ist. Ein langsames Abkühlverfahren kann beispielsweise über Abkühlung an der Luft erfolgen.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die Einbauform des Bauteils durch Spanen, insbesondere mittels eines Drehmeißels erzeugt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist, wie oben bereits erwähnt, insbesondere für die Herstellung von Anpressplatte und/oder Schwungrad einer Reibungskupplung vorteilhaft, da diese insbesondere einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt sind und sich dadurch erfahrungsgemäß irreversibel schirmen. Dies zieht eine einseitige Belastung der Reibbeläge nach sich, die vermieden werden sollte. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich topfebene, verformungsfreie Anpressplatten und/oder Schwungräder herstellen, so dass die Lebensdauer der Reibbeläge erhöht werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, kann das Bauteil an einer Fertigungsstation für die Herstellung von Kupplungsbauteilen gefertigt werden. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass das zu fertigende Bauteil, wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt, z. B. mittels eines Drehmeißels von einem Rohling in seine Einbauform gebracht wird. Dann kann an der gleichen Station lediglich das Bearbeitungswerkzeug ausgetauscht werden, um die thermische Belastung herbeizuführen.
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Als Werkzeug für die Erzeugung einer thermischen Belastung können beispielsweise normale Reibbeläge verwendet werden, Dadurch können besonders realitätsnahe Bedingungen für die thermische Belastung bereitgestellt werden. Es sind aber auch alle anderen Elemente zur Erzeugung einer thermischen Belastung möglich.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen der Beschreibung und den Zeichnungen definiert.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen genau beschrieben werden. Dabei sind die Zeichnungen rein exemplarischer Natur und sollen nicht den Schutzumfang der Anmeldung definieren. Dieser ist allein durch die anhängigen Ansprüche gegeben.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung einer Reibungskupplung aus dem Stand der Technik; und
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2: eine schematische Darstellung einer Reibungskupplung gemäß vorliegender Erfindung.
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Im Folgenden sind gleiche und funktionell gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt eine schematische Darstellung der Hauptbestandteile einer Reibungskupplung 1 nach Gebrauch in einem Fahrzeug (nicht dargestellt), die symmetrisch um eine Rotationsachse 2 angeordnet sind. Die Reibungskupplung 1 besteht im Wesentlichen aus einer Anpressplatte 4, Reibbelägen 6, 8 und einem Schwungrad 10. Zum Schließen der Reibungskupplung, wird die Anpressplatte 4 mittels eines Betätigungsmechanismus 12 axial in Richtung Schwungrad 10 verschoben und in Reibschluss mit Reibbelag 6 gebracht. Die Reibbeläge 6, 8 werden dadurch ebenfalls axial verschoben und Reibbelag 8 wird in Reibschluss mit dem Schwungrad 10 gebracht. Da das Schwungrad 10 mit einer nicht dargestellten Antriebseinheit und die Reibbeläge 6, 8 über Reibbelagträger 14 und Nabe 16 mit einer nicht dargestellten Getriebeeingangswelle verbunden sind, wird bei geschlossener Reibungskupplung ein Drehmoment von der Antriebseinheit auf die Getriebeeingangswelle übertragen.
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Während des Kuppelvorgangs – also dem Schließen bzw. Lösen der Reibungskupplung – entsteht aufgrund des Gleitens der Oberfläche der Reibbeläge 6, 8 an dem Schwungrad 10 bzw. der Anpressplatte 4 Reibungshitze, die nach den ersten paar Kuppelvorgängen zu einer Schirmung von Anpressplatte 4 und/oder Schwungrad 10 führt.
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Diese Schirmung ist meist konkav ausgebildet, so dass sich aus diesem Grund ziemlich schnell nach Inbetriebnahme der Kupplung die in 1 schematisch dargestellte Situation mit konkav gewölbter Anpressplatte 4 (Winkel α) und konkav gewölbtem Schwungrad 12 (Winkel β) zeigt. Die Anpressplatte 4 und das Schwungrad 10 kontaktieren deshalb an ihrem radial äußeren Bereich früher und stärker die Reibbeläge 6, 8. Dies bedeutet aber auch, dass die Reibbeläge 6, 8 in ihrem radial äußeren Bereich stärker beansprucht werden als in ihrem radial inneren Bereich.
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Dabei hat sich herausgestellt, dass die sich ausbildende Schirmung einen irreversiblen Prozess darstellt. Es wurde deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Anpressplatte 4 und das Schwungrad 10 vorab schon während des Fertigungsprozesses einer thermischen Belastung zu unterziehen und dadurch die irreversible Verformung künstlich herbeizuführen. Erfindungsgemäß wird dieses verformte Bauteil nachfolgend nochmals bearbeitet, um aus der Verformungsform wieder die Einbauform zu generieren. Im Fall der hier beschriebenen Anpressplatte bzw. des Schwungrads bedeutet dies, dass die konkav verzogenen Bauteile nochmals, beispielsweise mittels eines Drehmeißels, abgespant werden und so in ihre topfebene Einbauform gebracht werden.
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Da die Verformung irreversibel ist, bedeutet die Nachbearbeitung auch, dass selbst unter weiterer hoher thermischer Belastung das Bauteil im Wesentlichen keinen weiteren Verzug erfährt.
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So zeigt eine Reibungskupplung 1 auch nach langer Betriebsdauer den schematisch in 2 dargestellten Querschnitt, bei dem die Anpressplatte 4 und das Schwungrad 10 topfeben und parallel zu den Reibbelägen 6, 8 ausgebildet sind. Dadurch treffen die Anpressplatte 4 und das Schwungrad 10 mit ihrer ganzen Fläche auf die Reibbeläge 6, 8, so dass zum einen die Reibbeläge 6, 8 gleichmäßig beansprucht werden, und zum anderen die Reibkraft aufgrund der vergrößerten Reibfläche erhöht werden kann.
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Des Weiteren hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass neben der Herstellung eines verzugsfreien Bauteils auch die Festigkeit des Bauteils nochmal beeinflusst werden kann. Da eine Bearbeitung (z. B. Spanen) des Bauteils im erhitzten Zustand nicht möglich ist, muss das Bauteil – in welcher Form auch immer – abgekühlt werden. Je nach Material des Bauteils und Abkühlverfahren kann dadurch das Bauteil eine zusätzliche Härtung oder eine Bewahrung vor Sprödigkeit erfahren. So ist beispielsweise bei den üblicherweise aus Gusseisen oder Stahl gefertigten Anpressplatten 4 und Schwungrädern 10 eine schnelle Abkühlung dazu geeignet, die Oberfläche noch nachträglich zu härten, während eine langsame Abkühlung zu einem möglichst wenig spröden, wenn auch weicheren Bauteil führt.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in seiner Einsetzbarkeit in der Serienproduktion. So kann beispielsweise, ohne den normalen Fertigungsprozesses zu unterbrechen, an der gleichen Station, an der die Anpressplatte und/oder das Schwungrad gefertigt wird, eine Vorrichtung vorgesehen sein, die die Anpressplatte oder das Schwungrad mit Reibung beaufschlägt. Dies kann beispielsweise über einen Werkzeugwechsel an einer bereits bestehenden Fertigungsstelle erfolgen.
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Auch das nachfolgende Abkühlen lässt sich problemlos an der gleichen Fertigungsstation in den Fertigungsprozess einbinden.
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Da zudem die Ausbildung der Verformungsform ein relativ schnell verlaufender Prozess ist, verlängert sich auch trotz zusätzlicher Bearbeitungsschritte die Gesamtzeit der Herstellung einer Kupplungsscheibe nicht wesentlich. Die übliche Verlängerung könnte beispielsweise im Minutenbereich liegen.
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Vorteilhafterweise aber erhält man dann ein Bauteil, das sich auch unter starker thermischer Belastung im Betrieb der Kupplungsanordnung nicht verformt, so dass im Fall von Anpressplatte und Schwungrad eine über die Lebensdauer der Kupplungsanordnung gleichmäßige Reibkraft über die gesamte Fläche der Reibbeläge aufbringbar ist.
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Neben den hier beispielshaft beschriebenen Bauteilen Schwungrad und Anpressplatte können natürlich auch alle anderen Bauteile einer Kupplungsanordnung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch nicht auf die Herstellung von Bauteilen für eine Reibungskupplung beschränkt, sondern auch Bauteile andere Kupplungen könne damit hergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reibungskupplung
- 2
- Rotationsachse
- 4
- Anpressplatte
- 6, 8
- Reibbeläge
- 10
- Schwungrad
- 12
- Betätigungsmechanismus
- 14
- Reibbelagträger
- 16
- Nabe