DE102011086521A1

DE102011086521A1 - Verfahren zur Herstellung eines Reibkörpers

Info

Publication number: DE102011086521A1
Application number: DE102011086521A
Authority: DE
Inventors: Stefan Steinmetz; Constanze Kuckuck; Markus Hesse
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2012-06-14
Also published as: WO2012097768A1; DE112011104360A5; CN103261730A; JP5921567B2; US20130264166A1; JP2014500457A; CN103261730B

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Reibkörpers, insbesondere einer Nasslauf-Reiblamelle in einem Kraftfahrzeug, wobei sich der Reibkörper im Betrieb um eine Drehachse dreht, wobei der Reibkörper einen Reibbereich und einen Verbindungsbereich aufweist, und wobei der Reibkörper mittels des Verbindungsbereich mit einem Reibkörperträger verbunden wird, sowie Reibkörper.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Reibkörper mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Einsatzbereich und Verwendungszweck der Erfindung liegt im Bereich Reibbelagmaterial und Reiblamelle für Einsatzbereich je nach Rezeptierung in Trockenlauf- oder Nasslauf-Umgebung, vorzugsweise als Nasslaufbelaglamelle im Bereich Doppelkupplung, Wandler, Synchronisation, Differential und Automatikgetrieben.
Die EP 0 557 657 A1 offenbart das Aufbringen eines pulverförmigen Klebematerials auf einen Metallträger. Der Metallträger wird erhitzt sodass das Klebematerial schmilzt aber nicht vernetzt. Ein ausgehärteter Reibbelag wird unter Hitze und Druck auf das Klebematerial gepresst, sodass der Kleber vernetzt und auf diese Weise ein Reibelement hergestellt wird.
Die US 3,738,901 A offenbart eine Kupplungsscheibe die in Öl betrieben wird, die einen Reibbelag aus einer filzartigen, ausreagierten Schicht aufweist. Dieser Reibbelag wird in einem weiteren, separaten Schritt auf einen Metallträger aufgeklebt.
Übliche Nasslaufbeläge werden mittels Papiermaschine hergestellt und nach vollständiger Herstellung – also Rohpapierherstellung und anschließende Saturierung samt Trocknungsschritt – in einem weiteren Schritt durch einen Klebeprozess auf einen metallischen Träger fixiert. Der metallische Träger, bei dem es sich in der Regel um ein Stanzteil handelt – übernimmt dabei über eine eingebrachte Innen- oder Außenverzahnung auch eine Momentenübertragungsfunktion.
Der Nachteil dieser etablierten Techniken sind die Anzahl der Prozessschritte, neben einem separaten Press-, Härte- und gegebenenfalls Trocknungsschritt während der Herstellung des noch nicht mit dem Belagträger verbundenen Reibbelags folgt in einem weiteren separaten Schritt die Verklebung von Belagträger und Reibbelag. Dazu ist auch das Beschichten des Belags oder des Trägerblechs mit dem Kleber und die u. U. notwendige Oberflächenvorbehandlung wie Beizen oder Strahlen etc. des Trägers erforderlich. Die Notwendigkeit mehrerer Prozessschritte verursachen wesentliche Kosten bei der Herstellung der Belaglamelle.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses eines Reibkörpers vorzulegen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie einen Reibkörper mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe durch das nachfolgend beschriebene Verfahren gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung eines Reibkörpers, insbesondere einer Nasslauf-Reiblamelle in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei sich der Reibkörper im Betrieb um eine Drehachse dreht, wobei der Reibkörper einen Reibbereich und einen Verbindungsbereich aufweist, und wobei der Reibkörper mittels des Verbindungsbereichs mit einem Reibkörperträger verbunden wird, wobei der Reibkörper einen Belagträger aufweist, und wobei der Belagträger einen Reibbereich und einen Verbindungsbereich aufweist, und wobei der Reibkörper mindestens zwei Papierrohlinge aufweist, wobei jeder Papierrohling einen Reibbereich aufweist, und wobei ein erster Papierrohling im Reibbereich und der Belagträger im Reibbereich und ein zweiter Papierrohling im Reibbereich in axialer Richtung übereinander gelegt werden, wobei der Belagträger axial zwischen dem ersten und dem zweiten Papierrohling angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass anschließend der erste Papierrohling und der Belagträger und der zweite Papierrohling auf eine vorgegebene Dicke im Reibbereich, unter Erhitzung und Reaktion des in den Papierrohlingen enthaltenen Bindemittels zum Reibkörper verpresst werden, wobei das in den Papierrohlingen enthaltene Bindemittel vor Verpressung in noch reaktionsfähigem Zustand ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Papierrohlinge durch ein Pulp-Molding-Verfahren hergestellt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Papierrohlinge vor Verpressung in einem feuchten Zustand sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Belagträger ein Trägerblech ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Reibbereich des Belagträgers Aussparungen aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass es sich beim Verpressen um einen Heißverpressvorgang handelt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor dem Übereinanderlegen des ersten Papierrohlings, des Belagträgers sowie des zweiten Papierrohling, der Belagträger zumindest teilweise mit einem Klebemittel, das in noch reaktionsfähigem Zustand ist, versehen wird und die Erhitzung bei der Verpressung derart erfolgt dass, neben der Reaktion des in den Papierrohlingen enthaltenen Bindemittels auch eine Reaktion des Klebemittels erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Verpressen auch eine Trocknung des Reibkörpers erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Trocknung die Feuchte als Wasserdampf unter Zuhilfenahme von Vakuum oder Unterdruck abgeführt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Reibkörperträger eine Nabe ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Reibbereich mindestens eine Reiboberfläche mit Oberflächenstruktur aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Reiboberflächen des Reibbereichs unterschiedliche Oberflächenstrukturen aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberflächenstruktur eine Nutgeometrie ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberflächenstruktur beim Verpressen und/oder durch anschließendes Schleifen eingearbeitet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Reiboberfläche nach Verpressen geschliffen wird.
In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe durch die nachfolgend beschriebene Vorrichtung gelöst.
Erfindungsgemäß wird auch ein Reibkörper, insbesondere Nasslauf-Reiblamelle in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei sich der Reibkörper im Betrieb um eine Drehachse dreht, wobei der Reibkörper einen Reibbereich und einen Verbindungsbereich aufweist, und wobei der Reibkörper mittels des Verbindungsbereichs mit einem Reibkörperträger verbindbar ist, wobei der Reibkörper einen Belagträger aufweist, und wobei der Belagträger einen Reibbereich und einen Verbindungsbereich aufweist, und wobei der Reibkörper bei seiner Herstellung mindestens zwei Papierrohlinge aufweist, wobei jeder Papierrohling einen Reibbereich aufweist, und wobei ein erster Papierrohling im Reibbereich und der Belagträger im Reibbereich und ein zweiter Papierrohling im Reibbereich zur Herstellung des Reibkörpers, in axialer Richtung übereinander gelegt sind, wobei der Belagträger axial zwischen dem ersten und dem zweiten Papierrohling angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Papierrohling und der Belagträger und der zweite Papierrohling auf eine vorgegebene Dicke im Reibbereich, unter Erhitzung und Reaktion des in den Papierrohlingen enthaltenen Bindemittels zum Reibkörper verpresst sind, wobei das in den Papierrohlingen enthaltene Bindemittel vor Verpressung in noch reaktionsfähigem Zustand ist und wobei der Reibkörper nach einem oben ausgeführten Verfahren hergestellt ist.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Herstellung eines Reibkörper wie beispielsweise einer Belaglamelle mit Trägerblech vereinfacht werden, da der erfindungsgemäße Reibkörper unter Wegfall des separaten Schrittes, der für den Klebeprozess vorgesehen ist hergestellt werden kann. Pressen, Aushärten und Verkleben sowie Trocknen erfolgen – anders als im Stand der Technik beschrieben – in einem einzigen Prozessschritt beim Verpressen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figur sowie deren Beschreibung.
Es zeigen im Einzelnen:
1 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens des Reibkörpers
1 zeigt schematisch das erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens des Reibkörpers.
Das verstärkende Trägerblech 10 befindet sich zwischen zwei Pulp-Molding-Papierrohlingen 20, 30. Anschließend werden Trägerblech 10 und Pulp-Molding-Papierrohlinge in einem geeigneten Heißpress- und Trockenwerkzeug miteinander verpresst. Die Pulp-Molding-Papierrohlinge 20, 30 enthalten dabei ein Bindemittel – vorzugsweise Phenolharz – in einem nicht ausreagierten also in einem noch reaktionsfähigen Zustand. Das Bindemittel in den Papierrohlingen 20, 30 sorgt dabei, nachdem es aufgrund des Heißpressens ausreagiert für eine Klebeverbindung zum Trägerblech 10. Die Papierrohlinge 20, 30 sind vor Verpressung noch feucht.
Unter einem Pulp-Molding-Rohling ist ein Rohling zu verstehen der durch ein dem Fachmann bekanntes Pulp-Molding-Verfahren – auf deutsch auch Papierform-Verfahren genannt – hergestellt wird. Ein derartiges Verfahren ist auch in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 021 722.0 beschrieben. Dabei wird eine Dispersion aus Wasser und Feststoffen auf eine siebartige Fläche gesaugt, wobei die Feststoffe sich auf der siebartigen Struktur ablagern. Die Form der siebartigen Fläche ist dabei so gewählt, dass der entstehende Rohling die gewünschte Form – beispielsweise eine Ringform – annimmt. Auf diese Weise können Stanzabfälle wie sie nach dem klassischen Papierherstellverfahren entstehen würden um die gewünschte Form eines Rohlings zu erhalten vermieden werden. Eine derartige Dispersion enthält beispielsweise neben Wasser Baumwollfasern, Aramidfasern, Siliciumdioxid, Phenolharz und zur Papierherstellung übliche Verarbeitungshilfsmittel.
Der erste Papierrohling 20 wird in das Werkzeug eingelegt, anschließend wird das Trägerblech 10 und ein weiterer Papierrohling 30 gestapelt, indem der erste Papierrohling 20, das Trägerblech 10 und Papierrohling 30 in gewünschter Weise übereinandergelegt werden. Die Papierrohlinge 20, 30 sind dabei noch feucht. Anschließend wird dieses Paket in einem geeigneten Heißpress- und Trockenwerkzeug auf die Solldicke unter Trocknung und Reaktion des im Papier enthaltenen, nicht ausreagierten also noch reaktionsfähigen Bindemittels verpresst 60. Die Temperatur beim Verpressen muss derart gewählt werden, dass das Bindemittel ausreagiert. Das in den Papierrohlingen 20, 30 enthaltene Bindemittel – vorzugsweise Phenolharz – reagiert aus und sorgt neben der Papierfestigkeit auch für die Klebeverbindung zum Trägerblech 10. Das Werkzeug führt die noch enthaltene Feuchte als Wasserdampf beispielsweise unter Zuhilfenahme von Vakuum oder Unterdruck ab.
Das eingelegte Trägerblech 10 kann Aussparungen 15 enthalten, um die beiden Reibbeläge 20, 30 formschlüssig mit dem Trägerblech zu verbinden. Vorzugsweise ist die Oberfläche des Trägerblechs 10 durch Beizen oder Strahlen zur Erhöhung der Verbindungskraft behandelt.
Notwendige Voraussetzung der erfinderischen Lösung ist, dass das Bindemittels in den Papierrohlingen 20, 30 in einem noch unausgehärteten Zustand also in einem noch reaktionsfähigen Zustand ist. Nur so ist gewährleistet, dass die Papierrohlinge 20, 30 sich hinreichend stark mit dem Trägerblech 10 und durch die Aussparungen 15 hindurch hinreichend stark miteinander verbinden können. Die Pulp-Molding-Rohlinge 20, 30 liegen vor Verpressung 60 bevorzugt in noch feuchtem Zustand vor.
Wahlweise kann das Trägerblech 10 zusätzlich auch mit Kleber, etwa durch einen Rollercoating-Prozess, beschichtet werden bevor es mit den Papierrohlingen 20, 30 in Kontakt gebracht wird und verpresst wird. Beim Verpressen 60 erfolgt während des Heißpressvorgangs nicht nur ein Ausreagieren des Bindemittels sondern auch ein Ausreagieren des Klebers, die Temperatur muss also entsprechend hoch sein. Als Kleber wird bevorzugt ein Kleber auf Phenolharzbasis, der wasserbasiert oder lösemittelbasiert sein kann verwendet. Flüssigkleber können durch Sprühen oder einen Rollercoating-Prozess oder durch Tauchen auf das Trägerblech 10 aufgetragen werden. Alternativ werden Phenolharzpulverkleber in einem elektrostatischen Auftragungsverfahren verwendet. Dieses zusätzliche Kleben mit Hilfe des Klebers wird insbesondere dann durchgeführt wenn die Bindemittelkonzentration oder die Konzentration des noch reaktionsfähigen Bindemittelanteils vor Verpressung zu gering ist um eine zuverlässige und ausreichend starke Verbindung des Trägerblechs 10 mit den Papierrohlingen 20, 30 zu gewährleisten. Ob der Klebereinsatz erforderlich ist, muss durch den Fachmann anhand der Sollvorgaben an die Belaglamelle entschieden werden.
Beim Verpressen 60 erfolgt also durch den Heißpressvorgang ein Ausreagieren bzw. Aushärten des Bindemittels und des gegebenenfalls vorhandenen Klebers sowie eine Trocknung der entstehenden Belaglamelle in einem kombinierten Press-, Aushärte-, Klebe- und Trocknungsprozess.
Notwendige Nutgeometrien 120 auf den Reiboberflächen 90, 110 des Reibbereichs 70 können ebenfalls beim Verpressen 60 durch eine geeignete Ausführung des Werkzeugs mit eingepresst werden oder durch anschließendes Schleifen eingearbeitet werden. Wahlweise können beide Reiboberflächen 90, 110 unterschiedliche Nutgeometrien 120 aufweisen.
Zur Erzeugung einer bestimmten Oberflächenstruktur auf den Reiboberflächen 90, 110 oder wahlweise zur Dickeneinstellung kann ein Schleifprozess durchgeführt werden.
Es ist ein Verpressen 60 von zwei Pulp-Molding-Papierrohlingen 20, 30 mit einem Trägerblech 10 als Einlegeteil und dadurch Wegfall eines als separater Herstellungsschritt ausgeführter Klebeprozess vorgesehen, da die Verklebung durch das aushärtende Bindemittel und das falls erforderlich zusätzlich vorhandene, aushärtende Klebemittel in einem Schritt beim Verpressen 60 erfolgt. Pressen, Aushärten und Verkleben sowie Trocknen erfolgen in einem einzigen Prozessschritt beim Verpressen 60.
Die Erfindung kann vorzugsweise für Belaglamellen in nassen Doppelkupplungen, aber auch für Belaglamellen in Automatikgetrieben und Wandler-Getrieben Anwendung finden. Sie ist auch einsetzbar im Bereich der Synchronisation und bei Belaglamellen für Differentiale.
Die vorliegende Erfindung beschreibt die Herstellung einer Belaglamelle mit Trägerblech als Einlegeteil unter Wegfall des sonst üblichen Klebeprozesses als einem separaten Herstellungsschritt. Pressen, Aushärten und Verkleben sowie Trocknen erfolgen in einem einzigen Prozessschritt.
Bezugszeichenliste

10: Belagträger als Trägerblech mit Aussparungen
15: Aussparung
20: Papierrohling 1
30: Papierrohling 2
45: Reibbereich
50: Achse
60: Verpressen (Heißpressen und gleichzeitig Trocknen)
70: Reibbereich
90: Reiboberfläche
100: Verbindungsbereich
110: Reiboberfläche
120: Nutgeometrie
200: Reibkörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0557657 A1 [0003]
US 3738901 A [0004]
DE 102010021722 [0033]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Reibkörpers (200), insbesondere einer Nasslauf-Reiblamelle in einem Kraftfahrzeug, wobei sich der Reibkörper im Betrieb um eine Drehachse (50) dreht, wobei der Reibkörper einen Reibbereich (70) und einen Verbindungsbereich (100) aufweist, und wobei der Reibkörper mittels des Verbindungsbereichs (100) mit einem Reibkörperträger verbunden wird, wobei der Reibkörper einen Belagträger (10) aufweist, und wobei der Belagträger einen Reibbereich (45, 70) und einen Verbindungsbereich (100) aufweist, und wobei der Reibkörper mindestens zwei Papierrohlinge (20, 30) aufweist, wobei jeder Papierrohling (20, 30) einen Reibbereich (45, 70) aufweist, und wobei ein erster Papierrohling (20) im Reibbereich (45) und der Belagträger (10) im Reibbereich (45) und ein zweiter Papierrohling (30) im Reibbereich (45) in axialer Richtung übereinander gelegt werden, wobei der Belagträger (10) axial zwischen dem ersten (20) und dem zweiten (30) Papierrohling angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend der erste Papierrohling (20) und der Belagträger (10) und der zweite Papierrohling (30) auf eine vorgegebene Dicke im Reibbereich (70), unter Erhitzung und Reaktion des in den Papierrohlingen (20, 30) enthaltenen Bindemittels zum Reibkörper (200) verpresst (60) werden, wobei das in den Papierrohlingen (20, 30) enthaltene Bindemittel vor Verpressung (60) in noch reaktionsfähigem Zustand ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierrohlinge durch ein Pulp-Molding-Verfahren hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Belagträger (10) ein Trägerblech ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbereich (45, 70) des Belagträgers (10) Aussparungen aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Verpressen (60) um einen Heißverpressvorgang handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Übereinanderlegen des ersten (20) Papierrohlings, des Belagträgers (10) sowie des zweiten (30) Papierrohling, der Belagträger (10) zumindest teilweise mit einem Klebemittel, das in noch reaktionsfähigem Zustand ist, versehen wird und die Erhitzung bei der Verpressung (60) derart erfolgt dass, neben der Reaktion des in den Papierrohlingen (20, 30) enthaltenen Bindemittels auch eine Reaktion des Klebemittels erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verpressen auch eine Trocknung des Reibkörpers (200) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibkörperträger eine Nabe ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbereich (70) mindestens eine Reiboberfläche (90, 110) mit Oberflächenstruktur (120) aufweist.
Reibkörper (200), insbesondere Nasslauf-Reiblamelle in einem Kraftfahrzeug, wobei sich der Reibkörper im Betrieb um eine Drehachse (50) dreht, wobei der Reibkörper einen Reibbereich (70) und einen Verbindungsbereich (100) aufweist, und wobei der Reibkörper mittels des Verbindungsbereichs (100) mit einem Reibkörperträger verbindbar ist, wobei der Reibkörper einen Belagträger (10) aufweist, und wobei der Belagträger einen Reibbereich (70) und einen Verbindungsbereich (100) aufweist, und wobei der Reibkörper bei seiner Herstellung mindestens zwei Papierrohlinge (20, 30) aufweist, wobei jeder Papierrohling (20, 30) einen Reibbereich (45, 70) aufweist, und wobei ein erster Papierrohling (20) im Reibbereich (45) und der Belagträger (10) im Reibbereich (45) und ein zweiter Papierrohling (30) im Reibbereich (45) zur Herstellung des Reibkörpers, in axialer Richtung übereinander gelegt sind, wobei der Belagträger (10) axial zwischen dem ersten (20) und dem zweiten (30) Papierrohling angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Papierrohling (20) und der Belagträger (10) und der zweite Papierrohling (30) auf eine vorgegebene Dicke im Reibbereich (70), unter Erhitzung und Reaktion des in den Papierrohlingen (20, 30) enthaltenen Bindemittels zum Reibkörper (200) verpresst sind, wobei das in den Papierrohlingen (20, 30) enthaltene Bindemittel vor Verpressung in noch reaktionsfähigem Zustand ist und wobei der Reibkörper (200) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.