Reibbelaq

Die Erfindung betrifft einen Reibbelag sowie Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags, insbesondere für Kupplungsscheiben, Bremsen oder dergleichen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 14.

Stand der Technik

Derartige Kupplungsbeläge werden insbesondere für Reibungskupplungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt, in denen sie auf einer metallischen Trägerplatte bzw. Kupplungsscheibe aufgenietet sind, um in Verbindung mit einem Gegenelement in gekuppeltem Zustand eine Kraftübertragung zwischen einem Motor und einem Getriebe zu ermöglichen bzw. bei geöffneter Kupplung abzukuppeln.

Dabei werden an die Kupplungsbeläge hohe Anforderungen gestellt, weil sie mehrere Anforderungen erfüllen sollen, die nicht ohne weiteres in gleicher weise erreichbar sind. Insbesondere soll der Kupplungsbelag eine hohe Berstdrehzahl aufweisen, um nicht durch Fliehkräfte zerstört zu werden, einen hohen Reibwert besitzen, mit dem ein großes Drehmoment übertragen werden kann, dabei verschleißarm sein und gegen ein formänderndes Verziehen durch Wärme und/oder Kräfteeinflüsse widerstandsfähig sein. Trotzdem sollen die Kupplungsbeläge möglichst unkompliziert, und damit wirtschaftlich, herstellbar sein.

Zur Erhöhung der Berstfestigkeit, also der Festigkeit des Kupplungsbelags in Umfangsrich- tung, ist es bereits bekannt, mit einem Bindemittel imprägniertes Garnmaterial in Umfangsrich- tung wellenförmig in mehreren flachen Lagen abzulegen, wobei die Windungen des Strangmaterials radial innere und radial äußere Umkehrbereiche aufweisen, die auf konzentrischen Kreisen liegen (DE 44 20 291 B4). Insbesondere können die Umkehrbereiche der Windungen jeweils auf mehrere konzentrische Kreise mit unterschiedlichen Durchmessern verteilt sein, wobei sich die Radien der Kreise genügend unterscheiden, um Verdickungen an den Rändern des Kupplungsbelags bzw. Belagkörpers zu vermeiden, die sonst zu Pressschäden an dem Garnmaterial führen können. Damit kann der Anteil des Garnmaterials an der Gesamtzusammensetzung des Belagkörpermaterials erhöht werden.

Das Wickeln geschieht zumeist mit Hilfe einer Wickelmaschine, wobei pro Umlauf in Umfangsrichtung definitionsgemäß eine Lage gewickelt wird.

Solch ringscheibenförmig gewickeltes Garnmaterial wie beispielsweise in Figur 1 gezeigt, wird auch als Wickling oder Vorpressling bezeichnet. Der gedachte Kreis mit einem Außendurchmesser des ringscheibenförmigen Reibteils wird selbst auch als Außendurchmesser des Wicklings bezeichnet, gleiches gilt für den Innendurchmesser. Die radial inneren und radial äußeren Umkehrbereiche der Windungen am ringscheibenförmig gewickelten Garnmaterial tangieren Innen- und Außendurchmesser des Wicklings.

Das Wickelverhältnis gibt an, wie oft das Garn jeweils einen gedachten Kreis mit einem Außendurchmesser des ringscheibenförmigen Reibteils bzw. des formähnlichen Verstärkungsteils tangiert oder andres formuliert, wie oft das Garn den Außendurchmesser bei einer Umdrehung eines ringförmigen Teils tangiert. Ein Wickelverhältnis von 1:2,6 beschreibt, dass das Garn während einer Umdrehung aufgrund der Windungen den Außendurchmesser 2,6 mal berührt. Ein Wickelverhältnis von 1:4 ist dabei kleiner als ein Wickelverhältnis von 1 :5 und ist nicht im Sinne einer Division zu lesen.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Reibbelag vorzuschlagen, dessen Aufbau eine weitere Verbesserung hinsichtlich Drehzahlfestigkeit und Formstabilität ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages für Kupplungen, Bremsen oder ähnliches mit den Merkmalen gemäß den Ansprüchen 1 und 14 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, einen Reibbelag aus mindestens einem Wickling herzustellen, wobei der Wickling aus mehreren Lagen, mindestens eines imprägnierten Garns gewickelt wird. Dabei wird eine erste vorgegebene Anzahl von Lagen, die eine erste Schicht bilden, mit einem ersten vorgegebenen Wickelverhältnis aus einem zusammenhängenden Stück Garn gewickelt. Anschließend wird eine zweite vorgegebene Anzahl von Lagen, welche eine zweite Schicht bilden, mit einem zweiten vorgegebenen Wickelverhältnis aus einem zusammenhängenden Garn gewickelt. Schließlich wird eine dritte vorgegebene Anzahl von La-

gen, die eine dritte Schicht bilden, mit einem dritten vorgegebenen Wickelverhältnis aus einem zusammenhängenden Stück Garn gewickelt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste und dritte vorgegebene Anzahl an Lagen gleich groß. Bevorzugt liegt diese Anzahl zwischen 3 und 7, besonders bevorzugt sind 4 Lagen. Die zweite vorgegebene Anzahl liegt bevorzugt auch zwischen 3 und 7 und beträgt besonders bevorzugt 6.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite und die dritte vorgegebene Anzahl an Lagen gleich groß. Die erste und zweite und dritte vorgegebene Anzahl liegt dabei bevorzugt zwischen 3 und 7, besonders bevorzugt beträgt sie 5.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Wickelverhältnis ungleich dem ersten und dritten Wickelverhältnis.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Wickelverhältnis kleiner als das erste und dritte Wickelverhältnis.

Bevorzugt sind das erste und das dritte Wickelverhältnis gleich groß.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt das erste und dritte Wickelverhältnis zwischen 1:4,5 und 1:5,0 besonders bevorzugt beträgt es 1:4,72 und das zweite Wickelverhältnis zwischen 1:1,0 und 1:1,3 besonders bevorzugt beträgt es 1:1,12.

Zur Verbesserung der Reib- oder Verschleißeigenschaften wird die erste und/oder die dritte Schicht aus einem Reibgarn gewickelt und die übrigen Schichten aus einem Verstärkungsgarn. Das Reibgarn besitzt dabei die besseren Reib- oder Verschleißeigenschaften als das Verstärkungsgarn.

Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren kann so ein Reibbelag mit den entsprechenden Spezifizierungen hinsichtlich Schichtung, Anzahl an Lagen pro Schicht, Wickelverhältnissen sowie Garntyp hergestellt werden.

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Gemäß einer weiteren Lösung der Aufgabe, werden ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren und ein Reibbelag vorgeschlagen. Dieses erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, einen Reibbelag aus mindestens einem Wickling herzustellen, der aus mehreren Lagen mindestens eines imprägnierten Garns gewickelt wird, wobei jede Lage erfindungsgemäß ein unterschiedliches Wickelverhältnis aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein solcher Wickling aus 2 bis 20 Lagen, besonders bevorzugt aus 5 bis 15 Lagen gewickelt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich das Wickelverhältnis zeitlich direkt nacheinander gewickelter Lagen oder andres ausgedrückt je zweier Lagen, deren sie bildende Garnabschnitte entlang des Garns topologisch direkt aufeinander folgenden, jeweils um einen inkrementellen bzw. dekrementeilen, vorgegebenen Wert. Dieser inkremen- telle bzw. dekrementelle vorgegebene Wert beträgt zwischen 1:0,1 und 1 :0,5, bevorzugt zwischen 1 :0,2 und 1 :0,4. Von Lage zu Lage erhöht oder verringert sich dabei das Wickelverhältnis um diesen vorgegebenen Wert je nachdem ob mit einem kleinen oder großen Wickelverhältnis zu wickeln begonnen wurde. Dabei liegt das vorgegebene Intervall zwischen 1 :1,0 und 1 :6,0 besonders bevorzugt zwischen 1:2,0 und 1 :5,0 und stellt das vorgegebene maximal und minimal auftretende Wickelverhältnis der Lagen dar. Beginnend mit der ersten Lage, die beispielsweise ein Wickelverhältnis von 1 :2,0 aufweist, hätte die zweite Lage ein Wickelverhältnis von 1 :2,3 wenn der vorgegebene inkrementelle Wert 1 :0,3 beträgt. Die dritte und vierte Lage hat demzufolge ein Wickelverhältnis von 1:2,6 und 1:2,9 und so fort, bis der Maximalwert von beispielsweise 1 :5,0 erreicht ist.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Wickelverhältnis der zeitlich direkt nacheinander gewickelten Lagen bzw. topologisch entlang des Garnverlaufs aufeinander folgender Lagen dadurch bestimmt, dass es innerhalb eines vorgegebenen Zahlenintervalls, welches dem vorgegebenen maximal und minimal auftretenden Wickelverhältnis der Lagen entspricht, durch Ermittlung einer Zufallszahl ausgewählt wird. Dabei liegt das vorgegebene Intervall zwischen 1 :1,0 und 1 :6,0 besonders bevorzugt zwischen 1:2,0 und 1:5,0.

In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass kein Wickelverhältnis mehrmals auftritt, indem in einem solchen Fall die nächste Zufallszahl erzeugt wird.

Der übergang von einem Wickelverhältnis zu einem anderen Wickelverhältnis findet erfindungsgemäß bei Erreichen des Außendurchmessers oder alternativ bei Erreichen des Innendurchmessers des Wicklings während des Wickelvorgangs unmittelbar bevor oder alternativ nachdem eine Lage vollständig gewickelt ist also bevor oder nachdem die letzte Windung, die nicht mehr vollständig zur aktuell zu wickelnden Lage zählt gewickelt wird.

Eine weitere Alternative besteht beim Durchgang durch die Mitte zwischen Innen- und Außendurchmesser.

Eine weitere Alternative besteht bei überschreiten eines vorgegebenen Winkels in Umfangrichtung des Wicklings durch die Garn-Legevorrichtung, sodass an dieser Position alle Lagen das Wickelverhältnis wechseln. Diese Position ist auch durch eine Ebene durch den ringförmigen Wickling beschrieben, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. In einer solchen Ausführungsform ändern alle durch diese Ebene tretenden Garnabschnitte dort ihr Wickelverhältnis, eine neue Lage beginnt.

Ein abrupter, aber auch nicht-abrupter weicher übergang von einem Wickelverhältnis zu einem anderen Wickelverhältnis am Außen- oder Innendurchmesser oder an den alternativ beschriebenen Positionen ist möglich.

Erfindungsgemäß ist ein übergang von einem Wickelverhältnis zu einem anderen Wickelverhältnis in einem vorgegebenen übergangsbereich vorgesehen. Dieser übergangsbereich kann in Umfangsrichtung 60 Grad betragen. Der übergang von einem Wickelverhältnis zu einem anderen Wickelverhältnis kann dabei beispielsweise 30 Grad vor Erreichen des Außendurchmessers bzw. der alternativen Positionen einsetzen und 30 Grad nach Erreichen des Außendurchmessers den neuen Wert des Wickelverhältnisses angenommen haben.

In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Wickelverhältnis, das für die nächste zu wickelnde Lage vorgesehen ist, daraufhin überprüft wird - beispielsweise mit Hilfe eines Computer-Programms - , ob dadurch eine maximale Anzahl an Garnabschnitten innerhalb einer vorgegebenen Erstreckung in Umfangsrichtung den Innen- oder Außendurchmesser erreicht ist, die nicht überstiegen werden soll um eine zu hohe Materialüberlagerung zu vermeiden. Dabei ist als maximale Anzahl 2 bis 10 besonders bevorzugt 5 vorgesehen, sowie als Erstreckung in Umfangsrichtung 0,1 bis 30 Grad, und besonders bevorzugt 10 Grad.

Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren kann so ein Reibbelag mit den entsprechenden Spezifizierungen hinsichtlich Wickelverhältnissen und übergang zwischen unterschiedlichen Wickelverhältnissen hergestellt werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren, sowie deren Beschreibungsteile. Es zeigen im Einzelnen:

Figur 1 Wickling nach dem Stand der Technik

Figur 2 schematisch Querschnitt senkrecht zur Umfangsrichtung eines dreischichtigen

Wicklings

Figur 3 schematisch Querschnitt senkrecht zur Umfangsrichtung eines Wicklings

Figur 1 stellt einen Wickling nach dem Stand der Technik dar.

Ein solcher Wickling kann beispielsweise aus einem imprägnierten Garn gewickelt werden. Dabei wird ein auf Reibwert und Verschleiß optimiertes Garn durch eine Imprägnierlösung gezogen und auf ein konstantes Gewichtsverhältnis Garn zu Imprägnierlösung gebracht. Anschließend wird das Garn getrocknet. Beispielsweise kann ein cardiertes Garn bestehend aus Aramidfasern, Glasstapelfasern, Viskosefasern und PAN-Fasem, sowie Messingdraht verwendet werden. Ein anderes Beispiel ist ein Filamentmischgarn, bestehend aus Glasfilament und Metalldrähten. Die verschiedenen Garne können auch als Kombination eingesetzt werden. Als Imprägnierlösung eignet sich eine Dispersion bestehend aus polymeren Komponenten, Füllstoffen und Lösungsmittel. Die polymeren Komponenten können aus duroplastischen Komponenten wie beispielsweise Phenolharz oder Melamin-Harz, sowie elastomeren Komponenten wie beispielsweise SBR oder NBR-Kautschuk bestehen. Füllstoffe sind beispielsweise Barium-Sulfat, Kaolin oder Ruß. Als Lösungsmittel wird üblicherweise Wasser verwendet. Das getrocknete Garn wird anschließend zu einem Wickling gewickelt.

Zur Verbesserung der Reibbelageigenschaften kann ein Wickling auch aus mehreren Schichten unterschiedlicher Typen imprägnierten Garns aufgebaut sein. Zunächst wird beispielsweise eine untere Schicht und anschließend beispielsweise mit einem anderen Garn eine darüber liegende Schicht gewickelt. Dabei können sich die Wickelverhältnisse der beiden Schichten unterschieden.

üblicherweise wird ein so hergestellter Wickling anschließend zeit- und temperaturgesteuert verpresst, anschließend gehärtet und entgratet und abschließend geschliffen und gebohrt.

In Figur 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßer dreischichtiger Wickling dargestellt. Die beiden äußeren Schichten sind dabei mit einem Wickelverhältnis von 1 :4,72 gewickelt. Die mittlere Schicht weist ein Wickelverhältnis von 1:1,12 auf. Die drei Schichten bestehen in diesem Beispiel aus jeweils 5 Lagen.

Um einen Reibbelag aus solch einem Wickling herzustellen, sieht das erfindungsgemäße Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform vor, die 3 Schichten aus einem zusammenhängenden Stück Garn zu wickeln. Die ersten 5 Lagen, die die erste Schicht bilden, werden mit einem Wickelverhältnis von 1 :4,72 gewickelt. Die zweiten 5 Lagen, die die zweite Schicht bilden, werden mit einem Wickelverhältnis von 1 :1,12 gewickelt. Schließlich werden noch einmal 5 Lagen, die eine dritte Schicht bilden, mit einem Wickelverhältnis von 1 :4,72 aus dem zusammenhängenden Stück Garn gewickelt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, die ersten 5 Lagen, die die erste Schicht bilden, mit einem Wickelverhältnis von 1 :4,72 aus einem zusammenhängenden Stück Garn zu wickeln. Anschließend werden 5 Lagen, welche die zweite Schicht bilden, mit einem Wickelverhältnis von 1 :1,12 wieder aus einem zusammenhängenden Garn, welches mit dem Garn der ersten Schicht nicht identisch ist, gewickelt. Schließlich werden noch einmal 5 Lagen, die eine dritte Schicht bilden, mit einem Wickelverhältnis von 1 :4,72 aus einem zusammenhängenden Stück Garn, welches mit dem Garnmaterial der ersten Schicht übereinstimmt, aber mit dem Garn der ersten Schicht kein zusammenhängendes Stück bildet, gewickelt.

Je nach Zweck können die 3 Schichten aus verschleiss- oder drehzahloptimiertem Garn gewickelt werden. Dabei können die drei Schichten aus einem, zwei oder drei zusammenhängenden Stücken Garn gewickelt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die mittlere, zweite Schicht weggelassen, sodass der Wickling nur aus der ersten und dritten Schicht mit einem Wickelverhältnis von je zwischen 1:4,5 und 1 :5,0 besonders bevorzugt 1:4,7 besteht, wobei eine der beiden Schichten aus verschleissoptimiertem Garn, die andere der beiden Schichten aus einem berstdrehzahl- optimierten Garn besteht.

In Figur 3 ist der Querschnitt senkrecht zur Umfangsrichtung eines ringförmigen Wicklings dargestellt, der aus Lagen mit jeweils unterschiedlichem Wickelverhältnis besteht.

In einer bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich das Wickelverhältnis zeitlich direkt nacheinander gewickelter Lagen oder andres ausgedrückt je zweier Lagen, deren sie bildende Garnabschnitte entlang des Garns topologisch direkt aufeinander folgenden, jeweils um einen inkrementellen bzw. dekrementellen, vorgegebenen Wert. Dieser inkrementelle bzw. dekre- mentelle vorgegebene Wert kann aus dem Bereich zwischen 1:0,1 und 1 :0,5 bevorzugt zwischen 1:0,2 und 1 :0,4 betragen. Von Lage zu Lage erhöht oder verringert sich dabei das Wickelverhältnis um diesen vorgegebenen Wert je nachdem ob mit einem kleinen oder großen Wickelverhältnis zu wickeln begonnen wurde. Dabei liegt das vorgegebene Intervall bevorzugt zwischen 1:2,0 und 1 :5,0.

Beginnend mit der ersten Lage, die in einer bevorzugten Ausführungsform ein Wickelverhältnis von 1:2,0 aufweist, weist die zweite Lage ein Wickelverhältnis von 1:2,3 auf, da der vorgegebene inkrementelle Wert in dieser Ausführungsform 1:0,3 beträgt. Die dritte und vierte Lage hat demzufolge ein Wickelverhältnis von 1:2,6 und 1:2,9 und so fort, bis in der elften Lage der Maximalwert von 1 :5,0 erreicht ist.

Durch geeignete Werte für das maximal und minimal auftretende Wickelverhältnis, sowie den inkrementellen bzw. dekrementeilen Wert kann die Anzahl der Lagen variiert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ebenfalls ein ringförmiger Wickling hergestellt, der aus Lagen mit jeweils unterschiedlichem Wickelverhältnis besteht. Dies wird durch Verwendung von Zufallszahlen aus einem Intervall zwischen 1 :2,0 und 1:5,0 für das Wickelverhältnis erreicht werden. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird eine für eine Lage als Wickelverhältnis bestimmte Zufallszahl verworfen, wenn diese einem bereits zuvor für eine andere Lage vorgesehenes Wickelverhältnis zu Nahe kommt, d.h. die betragsmäßige Differenz der beiden Werte einen vorgegebenen Schwellenwert zwischen 1:0,1 und 1 :0,5 bevorzugt 1 :0,3 unterschreitet.

Der übergang von einem Wickelverhältnis zu einem anderen Wickelverhältnis findet in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bei Erreichen des Außendurchmessers während des Wickelvorgangs unmittelbar bevor eine Lage vollständig gewickelt ist also bevor die letzte Windung, die nicht mehr vollständig zur aktuell zu wickelnden Lage zählt, gewickelt wird.

Dabei findet ein nicht-abrupter, weicher übergang von einem Wickelverhältnis zu einem anderen Wickelverhältnis am Außenmesser statt, ohne dass ein Knick im Garnverlauf bei änderung des Wickelverhältnisses auftritt.

Erfindungsgemäß ist ein übergang von einem Wickelverhältnis zu einem anderen Wickelverhältnis in einem vorgegebenen übergangsbereich vorgesehen. Dieser übergangsbereich kann in Umfangsrichtung 60 Grad betragen. Der übergang von einem Wickelverhältnis zu einem anderen Wickelverhältnis setzt in einer bevorzugten Ausführungsform 30 Grad vor Erreichen des Außendurchmessers ein und hat 30 Grad nach Erreichen des Außendurchmessers den neuen Wert des Wickelverhältnisses angenommen.

Durch diese Verfahren kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass in Umfangsrichtung an manchen Stellen des Außen- oder Innendurchmessers, mehrere Umkehrbereiche von Windungen des Garns axial übereinander zu liegen kommen, was zu unerwünschten Verdickungen an den Rändern des Kupplungsbelags führen und Pressschäden am Garnmaterial verursachen kann. Dies kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vermieden werden, indem beispielsweise unmittelbar nach Bestimmung eines für die nächste Lage vorgesehenen Wickelverhältnisses ermittelt wird, an welcher Stelle des Außen- oder Innendurchmessers, die Umkehrbereiche der Windungen der zu diesem Wickelverhältnis gehörigen Lage zu liegen kommen würden. Zusätzliche wird bestimmt, ob sich an diesen Stellen bereits mehrere andere Umkehrbereiche aus zuvor gewickelten Lagen befinden beziehungsweise übereinander liegen. Als Umkehrbereich wird dabei eine Erstreckung in Umfangsrichtung von 0,1 bis 30 Grad, bevorzugt 10 Grad gewählt. Fallen innerhalb dieses Bereichs in Umfangrichtung mehr als eine maximale Anzahl von bevorzugt 5 Umkehrbereichen bereits gewickelter Lagen zusammen bzw. übereinander, so wird der Wert für das Wickelverhältnis der als nächstes zu wickelnden Lage verworfen, ein neuer Wert bestimmt und ermittelt ob die maximale Anzahl von überlappungen von Umkehrbereichen erfüllt ist.

In einer weiteren Ausführungsform wird eine vollständige Simulation eines möglichen Wicklings auf der Grundlage des zuvor beschriebenen Verfahrens durch Speicherung der Lagen, deren Wickelverhältnis nicht gegen die oben genannten Kriterien verstößt durchgeführt. Der durch Simulation erhaltene Wickling wird anschließend durch eine Wickel-Maschine ausgeführt.

In einer weiteren Ausführungsform können durch Simulation zu häufige überlagerungen von Garnmaterial nicht nur an Innen- und Außendurchmesser sondern über die gesamte Ringfläche vermieden werden, indem radial und in Umfangsrichtung begrenzte, parallel zur vorgesehenen Ober- und Unterseite des entstehenden Wicklings verlaufende, Testflächen in vorgebbaren Abständen entlang der nächsten zu wickelnden Lage auf die Anzahl an überlagerungen überprüft werden und die mit dem zugehörigen Wickelverhältnis verbundene überprüfte Lage akzeptiert oder verworfen wird. Der so gewonnene Wickling wird anschließend durch eine Wickel-Maschine ausgeführt.