Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages mittels Spritzguss-Verfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages, insbesondere für Kupplungsscheiben, Bremsen oder dergleichen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Stand der Technik

Derartige Reibbeläge sind bereits bekannt und werden insbesondere bei Kupplungsscheiben oder Bremsbelägen verwendet. Eine Kupplungsscheibe, die einen solchen Reibbelag aufweist, ist beispielsweise aus der US 2,502,653 oder DE 195 14 817 A1 bekannt. Dabei weist die Kupplungsscheibe einen um ihre Drehachse angeordneten und im Wesentlichen Scheiben- oder ringförmig ausgebildeten Belagträger auf. Stirnseitig ist der Belagträger an beiden Seiten mit einem Reibbelag versehen. Dabei werden die Reibbeläge mit geeigneten bekannten Mitteln an den Belagträger befestigt, insbesondere über Nieten mit dem Belagträger verbunden.

Zur Herstellung der Reibbeläge gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise können die Beläge aus zu Fäden verarbeiteten Belagmaterialien gewickelt und anschließend durch einen Pressvorgang verdichtet und dabei in ihre endgültige Form gebracht werden. Aus der DE 196 50 451 A1 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages bekannt. Der Reibbelag wird dabei dadurch hergestellt, dass die zur Herstellung des Reibbelages erforderlichen Materialien, wie das Bindemittel, die Fasern und gegebenenfalls die Füllstoffe homogen gemischt und dosiert werden. Auf einen ersten formgebenden Schritt, wie beispielsweise Heißpressen oder Spritzgießen, folgt ein Vernetzungsschritt, in dem der Reibbelag ausgehärtet wird. Daran schließt sich ein Oberflächenbehandlungsvorgang an, mit dem zumindest die Reibfläche des Reibbelages behandelt wird. Anschließend erfolgt ein endgültiger Vernetzungsschritt, in dem der Reibbelag endgültig ausgehärtet wird.

Viele Kupplungsbeläge bestehen aus einem gewickelten Verbund aus einem, in einer Harzmischung getränkten Garn. Der Garnverbund wird üblicher Weise in eine Heißpresse mit mehreren Kavitäten eingelegt und hohem Druck und hoher Temperatur - in etwa 30 Newton pro mm ² und 150 Grad Celsius - ausgesetzt, wodurch sich der Polymerverbund zu einem Feststoff vernetzt.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren vorzuschlagen, welches eine Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Produktparameter ermöglicht.

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

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, zur Herstellung eines Reibbelages ein Spritzguss-Verfahren einzusetzen. Vor, während und nach Einsatz des Spritzguss-Verfahrens enthält der Reibbelag unter anderem Garn-Bestandteile, Polymer-Bestandteile und Füllstoff- Bestandteile. Polymer- und Füllstoff-Bestandteile bilden dabei in der Regel eine Imprägnierlösung, durch welche das Garn gezogen und auf ein konstantes Gewichtsverhältnis Garn zu Imprägnierlösung gebracht wird. Anschließend wird das Garn üblicherweise getrocknet und zu einem oder mehreren Wicklingen verarbeitet. Nach Herstellung des Wicklings in einem ersten Verfahrensschritt, werden diese Wicklinge direkt oder alternativ nach Durchlaufen eines Press- oder Heißpress-Verfahrens einem zweiten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens unterworfen. Dabei wird der Wickling, dessen zumindest drei Bestandteile in einem vorgegebenen Ausgangsmasse-Verhältnis vorliegen, dem Spritzguss-Verfahren zugeführt. Dabei wird der Wickling nun während des Spritzguss-Verfahrens unter vorgegebenem Druck und vorgegebener Temperatur mit einer vorgegebenen Spritz-Menge eines Verbundes, bestehend aus dem Polymer-Bestandteil und dem Füllstoff-Bestandteil - also der Imprägnierlösung - umspritzt. Wird ein aus Garn und getrockneter Imprägnierlösung bestehender Wickling nach dem beschriebenen Verfahren, einem Spritzguss-Verfahren unterzogen, durch welches der Wickling mit einer vorgegebenen Menge Imprägnierlösung umspritzt wird, kann die Reproduzierbarkeit der Produktparameter erhöht werden und eine gleichförmige Verteilung der Materialkomponenten kann sichergestellt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Masse-Anteile von Polymer-Bestandteil und Füllstoff-Bestandteil im Wickling vor Beginn des Spritzguss-Verfahrens geringer als der Masse-Anteil des Garns. Mit der Massedifferenz zwischen Polymer-Bestandteil und Garn- Bestandteil, sowie zwischen Füllstoff-Bestandteil und Garn-Bestandteil wird während des Spritzguss-Verfahrens der Wickling mit Verbund des Polymer-Bestandteils und des Füllstoff- Bestandteils umspritzt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Wickling zu

speziellen Zwecken auch mit einer größeren oder kleineren Menge als der oben genannten umspritzt.

In einer speziellen Ausführungsform beträgt die Massedifferenz im getrockneten Wickling vor Einsetzen des Spritzguss-Verfahrens zwischen Polymer-Bestandteil und Garn-Bestandteil zwischen 0 und 25 %, besonders bevorzugt ist der Bereich zwischen 0 und 20 %. Dieselben Zahlenwerte treffen zu für die Massedifferenz zwischen Füllstoff-Bestandteil und Garn- Bestandteil.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Massedifferenz zwischen 70 und 100 %, besonders bevorzugt ist der Bereich zwischen 75 und 90 Prozent. Dabei handelt es sich um einen Wickling mit nur wenig imprägniertem Garn. Der Wickling wird dabei anschließend mit dem Großteil des Polymer-Füllstoff-Verbundes umspritzt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Masse von Polymer-Bestandteil und Füllstoff-Bestandteil im getrockneten Wickling vor Einsetzen des Spritzguss-Verfahrens gleich.

Im Rahmen dieser Schrift können zwei Massen als von gleicher Masse gelten wenn sie sich nicht mehr als 5 Prozent voneinander unterscheiden. Diese gelte auch in Bezug auf Massenverhältnisse.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Masse von Polymer-Bestandteil und Füllstoff-Bestandteil im Verbund des Polymer-Bestandteils und des Füllstoff-Bestandteils, mit welchem der Wickling während des Spritzguss-Verfahrens umspritzt wird gleich.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der vorgegebene Druck während des Spritzguss-Verfahrens zwischen 5 und 40 N/mm ² , besonders bevorzugt zwischen 10 und 30 N/mm ² . Die vorgegebene Temperatur beträgt während des Spritzguss-Verfahrens zwischen 140 und 190 Grad Celsius, besonders bevorzugt zwischen 150 und 180 Grad Celsius.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden durch das Spritzguss-Verfahren vorgegebene Aussparungen, beispielsweise Bohrungen oder Durchgangsbohrungen im Reibbelag frei gelassen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figur sowie deren Beschreibung. Es zeigen im Einzelnen:

Figur 1 : schematisch den Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens

Erfindungsgemäß wird zunächst ein Wickling hergestellt. Ein solcher Wickling kann beispielsweise aus einem imprägnierten Garn gewickelt werden. Dabei wird ein beispielsweise 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-Fasern, 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 Lagen bzw. 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.

Abweichend vom erfindungsgemäßen Verfahren wird nach dem Stand der Technik üblicherweise ein so hergestellter Wickling anschließend zeit- und temperaturgesteuert ver- presst, anschließend gehärtet, entgratet und abschließend geschliffen und gebohrt.

In Figur 1 ist schematisch der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Erfindungsgemäß wird im Verfahrensschritt 10 anstatt des beabsichtigten Masseverhältnisses der Komponenten Garn, Polymer, Füllstoffe wie sie im fertigen Reibbelag vorliegen sollen,

wenn das erfindungsgemäße Verfahren abgeschlossen ist - häufig wird dabei ein Masseverhältnis Garn : Polymer : Füllstoffe = 1/3 : 1/3 : 1/3 angestrebt -, der Wickling aus der unveränderten Menge Garn, aber bevorzugt aus um bis zu 20 % weniger Polymer- und Füllstoffbestandteilen erzeugt.

Anschließend wird im Verfahrensschritt 20 dieser gewickelte Verbund - der Wickling - entweder direkt im unverpressten Zustand in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt oder zuvor noch, beispielsweise mit einer Presse oder Heißpresse verpresst oder teilverpresst. Der Wickling wird im Spritzgusswerkzeug unter hohem Druck und hoher Temperatur mit der, zur Erreichung des für den fertigen Reibbelag angestrebten Masseverhältnisses von Garn-, Polymer- und Füllstoffbestandteilen noch fehlenden Menge des Polymer-Füllstoff-Verbundes umspritzt. Durch dieses Verfahren ist eine gleichförmige Verteilung der Materialkomponenten sichergestellt.

Der während des Spritzguss-Verfahrens vorliegende Druck liegt dabei zwischen 5 und 40 N/mm ² , besonders bevorzugt zwischen 10 und 30 N/mm ² . Die bevorzugte Temperatur beträgt während des Spritzguss-Verfahrens zwischen 140 und 190 Grad Celsius, besonders bevorzugt zwischen 150 und 180 ⁰ C.

Ist beispielsweise für den fertigen Reibbelag wie er nach Durchlaufen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorliegen soll, ein Masseverhältnis von Garn- zu Polymer- zu Füllstoffbestandteil von 1/3 zu 1/3 zu 1/3 beabsichtigt, wird zur Erzeugung des imprägnierten Garns bzw. des Wicklings nicht ein Masseverhältnis von Garn zu Polymer zu Füllstoff von 1/3 zu 1/3 zu 1/3 verwendet, sondern die Masse des Polymer- und Füllstoffbestandteils um beispielsweise 20% reduziert. Anschließend, nachdem das imprägnierte Garn zu einem Wickling verarbeitet und in das Spritzgusswerkzeug eingelegt ist, wird der Wickling mit der, der zwanzigprozentigen Reduktion entsprechenden Masse des Polymer-Füllstoff-Verbundes umspritzt, sodass sich nun das angestrebte Masseverhältnis von 1/3 zu 1/ 3 zu 1/3 ergibt.

Zu speziellen Zwecken kann der Wickling auch mit einer deutlich höheren oder deutlich geringeren Menge Polymer-Füllstoff-Verbund umspritzt werden, sodass das End-Masse- Verhältnis beabsichtigt von 1/3 zu 1/3 zu 1/3 abweicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich einen Wickling mit nur wenig imprägniertem Garn, also kleinem Masseanteil der Polymer- und Füllstoff-Bestandteile ins

Spritzgυsswerkzeug einzulegen und ihn anschließend mit dem Großteil des Polymer-Füllstoff- Verbundes zu umspritzen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, während des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Einsatz des Spritzgusswerkzeugs Aussparungen und/oder Bohrungen, insbesondere Durchgangsbohrungen mitzuerzeugen.

Anschließend wird im Verfahrensschritt 30 der nach dem Spritzguss-Verfahren erhaltene Reibbelag nachbehandelt, indem je nach Bedarf noch ein Entgraten, Härten, Bohren oder Schleifen ausgeführt wird.

Bezugszeichenliste

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