WO2013060313A1 - Verfahren zum bearbeiten einer metallischen reibfläche mit laser; entsprechender blechteil - Google Patents

Verfahren zum bearbeiten einer metallischen reibfläche mit laser; entsprechender blechteil Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for processing a metallic friction surface for wet-running applications.
  • the invention further relates to a sheet metal part with at least one metallic friction surface.
  • the object of the invention is to simplify the processing of metallic friction surfaces for wet-running applications and / or to improve the quality of metallic friction surfaces for wet-running applications.
  • the object is achieved in a method for processing a metallic friction surface for wet-running applications in that the metallic friction surface is processed with a laser.
  • laser processing the performance of the metallic friction surface can be increased and the performance of the metallic friction surface in wet running applications can be improved.
  • machining steps for cleaning or generating the metallic friction surface can be omitted.
  • the metal friction surface is constantly in contact with a liquid, such as oil.
  • a preferred embodiment of the method is characterized in that the metallic friction surface of a counter-plate is processed by the laser.
  • the counter-plate is frictionally connected in a wet-running clutch application with a friction lining of a blade and is therefore also referred to as a counter-blade.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the metallic friction surface is cleaned with the laser.
  • impurities, oils, fats or the like are removed from the metallic friction surface by deliberate introduction of thermal energy.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that microscopic and / or macroscopic structures / textures are introduced into the metallic friction surface by means of laser processing.
  • the macroscopic structures / textures are visible to the naked eye without optical aids.
  • the microscopic structures / textures can be recognized with the help of a microscope.
  • the friction coefficient of the metallic friction surface can be changed by the structures / textures.
  • Another preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that defined and / or undefined structures / textures are introduced into the metallic friction surface by means of laser processing.
  • defined structures / textures for example, the flow behavior of a medium along the metallic friction surface can be changed.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the friction coefficient, the flow behavior and / or the tribological properties of the friction surface by laser processing is selectively changed / is.
  • Tribology refers to the science of friction, lubrication and wear of moving bodies.
  • the coefficient of friction is also referred to as friction coefficient or coefficient of friction.
  • As flow behavior the behavior of the friction surface is referred to when it is flown with a fluid or a liquid.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that grooves and / or depressions are introduced into the metallic friction surface by means of laser processing.
  • the introduction of the grooves in the metallic friction surface provides the advantage that otherwise required grooves in the cooperating with the counter-blade friction lining can be omitted.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that by means of laser processing specifically thermal distortion is introduced into the metallic friction surface. This makes it possible, for example, to introduce a corrugation in a equipped with the metallic friction surface counter-blade.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the laser processing of the friction surface is combined with an additional heat treatment. As a result, the shape of the friction surface or counter-lamella structured or textured in accordance with the invention can be further advantageously changed.
  • the invention further relates to a sheet metal part having at least one metallic friction surface, which is processed by a laser according to a previously described method.
  • the sheet metal part is preferably a counter-plate, in particular a counter-plate, or counter-friction plate of a multi-plate clutch, which is used in motor vehicles.
  • Multi-disc clutches as used in the automotive sector, include a
  • Carrier plate on which friction linings are mounted On which friction linings are mounted.
  • the friction linings are frictionally connected for torque transmission with counter plates, which are also referred to as counter-plates or counter-friction plates.
  • the counter blades are preferably formed of sheet steel.
  • microscopic and macroscopic structures / extents are introduced into a friction surface of the counter-blade with the aid of a laser beam.
  • a laser beam defined and / or undefined StrukturfTexturen or forms are introduced as needed in the counter blade to change the operating characteristics, the performance of the clutch pack and other clutch operating parameters.
  • the friction surface is cleaned by means of the laser beam.
  • Friction surface of a counter-blade shown in different views.
  • a laser system with a Gaussian distribution is used.
  • FIG. 1 shows in a rectangle a scanning electron micrograph of the surface structuring produced by the laser system.
  • the surface structuring comprises a plurality of depressions, which are also referred to as spots.
  • the wells have a depth of about 3 ⁇ .
  • the spot size is about 60 ⁇ . At the edge zones of the recesses, molten beads and spatter may occur.
  • FIG. 1 also shows a Cartesian coordinate diagram with an x-axis and a y-axis.
  • the roughness curve is plotted along a horizontal line in the scanning electron micrograph in millimeters.
  • the y-axis shows the roughness curve along the line in microns.
  • the pits are generated by the Gaussian distributed laser intensity.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer metallischen Reibfläche für nasslaufende Anwendungen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, die metallische Reibfläche mit einem Laser bearbeitet wird.

Description

VERFAHREN UM BEARBEITEN EINER METALLISCHEN REIBFLÄCHE MIT LASER ;
ENTSPRECHENDER BLECHTEIL
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer metallischen Reibfläche für nasslaufende Anwendungen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Blechteil mit mindestens einer metallischen Reibfläche.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 025 403 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags für eine Reibungskupplung mit einem auf einem Trägerblech verpressten Belagmaterial bekannt, das mittels eines Lasers verdampft wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Bearbeitung von metallischen Reibflächen für nasslaufende Anwendungen zu vereinfachen und/oder die Qualität von metallischen Reibflächen für nasslaufende Anwendungen zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Bearbeiten einer metallischen Reibfläche für nasslaufende Anwendungen dadurch gelöst, dass die metallische Reibfläche mit einem Laser bearbeitet wird. Durch die Laserbearbeitung kann die Performance der metallischen Reibfläche gesteigert und das Betriebsverhalten der metallischen Reibfläche in nasslaufenden Anwendungen verbessert werden. Darüber hinaus können spanende Bearbeitungsschritte zum Reinigen beziehungsweise Erzeugen der metallischen Reibfläche entfallen. Bei nasslaufenden Anwendungen kommt die metallische Reibfläche ständig mit einer Flüssigkeit, wie Öl, in Kontakt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Reibfläche eines Gegenblechs mit dem Laser bearbeitet wird. Das Gegenblech wird in einer nasslaufenden Kupplungsanwendung reibschlüssig mit einem Reibbelag einer Lamelle verbunden und wird daher auch als Gegenlamelle bezeichnet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Reibfläche mit dem Laser gereinigt wird. Bei der Laserbearbeitung werden durch gezielte Einbringung von thermischer Energie Verunreinigungen, Öle, Fette oder dergleichen von der metallischen Reibfläche entfernt.
Bestätigungskopie| Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels Laserbearbeitung mikroskopische und/oder makroskopische Strukturen/Texturen in die metallische Reibfläche eingebracht werden. Die makroskopischen Strukturen/Texturen sind ohne optische Hilfsmittel mit bloßem Auge erkennbar. Die mikroskopischen Strukturen/Texturen sind mit Hilfe eines Mikroskops erkennbar. Durch die Strukturen/Texturen kann insbesondere der Reibkoeffizient der metallischen Reibfläche verändert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels Laserbearbeitung definierte und/oder Undefinierte Strukturen/Texturen in die metallische Reibfläche eingebracht werden. Durch die definierten Strukturen/Texturen kann zum Beispiel das Strömungsverhalten eines Mediums entlang der metallischen Reibfläche verändert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibkoeffizient, das Anströmungsverhalten und/oder die tribologischen Eigenschaften der Reibfläche mittels Laserbearbeitung gezielt verändert werden/wird. Als Tribologie wird die Wissenschaft von Reibung, Schmierung und Verschleiß gegeneinander bewegter Körper bezeichnet. Der Reibkoeffizient wird auch als Reibungskoeffizient oder Reibungszahl bezeichnet. Als Anströmungsverhalten wird das Verhalten der Reibfläche bezeichnet, wenn sie mit einem Fluid beziehungsweise einer Flüssigkeit angeströmt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels Laserbearbeitung Nuten und/oder Vertiefungen in die metallische Reibfläche eingebracht werden. Das Einbringen der Nuten in die metallische Reibfläche liefert den Vorteil, dass ansonsten erforderliche Nuten in dem mit der Gegenlamelle zusammenwirkenden Reibbelag entfallen können. In den Randzonen der Vertiefungen können Schmelzperlen und/oder Schweißspritzer auftreten, die zur gezielten Veränderung des Reibkoeffizienten der metallischen Reibfläche verwendet werden können.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels Laserbearbeitung gezielt thermischer Verzug in die metallische Reibfläche eingebracht wird. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, eine Wellung in eine mit der metallischen Reibfläche ausgestattete Gegenlamelle einzubringen. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitung der Reibfläche mit einer zusätzlichen Wärmebehandlung kombiniert wird. Dadurch kann die Gestalt der erfindungsgemäß strukturierten beziehungsweise tex- turierten Reibfläche beziehungsweise Gegenlamelle weiter vorteilhaft verändert werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Blechteil mit mindestens einer metallischen Reibfläche, die gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren mit einem Laser bearbeitet wird. Bei dem Blechteil handelt es sich vorzugsweise um ein Gegenblech, insbesondere eine Gegenlamelle, oder Gegen-Reiblamelle einer Lamellenkupplung, die in Kraftfahrzeugen verwendet wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
In der einzigen beiliegenden Figur ist eine erfindungsgemäße Oberflächenstrukturierung in verschiedenen Ansichten dargestellt.
Lamellenkupplungen, wie sie im Automobilbereich Anwendung finden, umfassen ein
Trägerblech, an dem Reibbeläge angebracht sind. Die Reibbeläge werden zur Drehmomentübertragung reibschlüssig mit Gegenblechen verbunden, die auch als Gegenlamellen oder Gegen-Reiblamellen bezeichnet werden. Die Gegenlamellen sind vorzugsweise aus Stahlblech gebildet.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung werden mit Hilfe eines Laserstrahls mikroskopische und makroskopische Strukturen/T exturen in eine Reibfläche der Gegenlamelle eingebracht. Mit Hilfe des Laserstrahls werden je nach Bedarf definierte und/oder Undefinierte StrukturenfTexturen beziehungsweise Formen in die Gegenlamelle eingebracht, um die Betriebseigenschaften, die Performance des Kupplungspakets und andere Kupplungs- Betriebsparameter zu verändern. Gleichzeitig wird die Reibfläche mit Hilfe des Laserstrahls gereinigt.
In der beiliegenden Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Oberflächenstrukturierung der
Reibfläche einer Gegenlamelle in verschiedenen Ansichten dargestellt. Zur Erzeugung der Oberflächenstrukturierung wird ein Laser-System mit einer Gauß'schen Verteilung verwendet. Figur 1 zeigt in einem Rechteck eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme der mit dem Lasersystem erzeugten Oberflächenstrukturierung.
Die Oberflächenstrukturierung umfasst eine Vielzahl von Vertiefungen, die auch als Spots bezeichnet werden. Die Vertiefungen haben eine Tiefe von circa 3 μπι. Die Spotgröße liegt bei circa 60 μητι. An den Randzonen der Vertiefungen können Schmelzperlen und Schweißspritzer auftreten.
In Figur 1 ist des Weiteren ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse und einer y-Achse dargestellt. Auf der x-Achse ist der Rauheitsverlauf entlang einer waagerechten Linie in der Rasterelektronenmikroskopaufnahme in Millimeter aufgetragen. Auf der y-Achse ist der Rauheitsverlauf entlang der Linie in Mikrometer aufgetragen. Die Vertiefungen werden durch die Gauß-förmig verteilte Laserintensität erzeugt.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Bearbeiten einer metallischen Reibfläche für nasslaufende Anwendungen, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Reibfläche mit einem Laser bearbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Reibfläche eines Gegenblechs mit dem Laser bearbeitet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Reibfläche mit dem Laser gereinigt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Laserbearbeitung mikroskopische und/oder makroskopische Strukturen/Texturen in die metallische Reibfläche eingebracht werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Laserbearbeitung definierte und/oder Undefinierte Strukturen/Texturen in die metallische Reibfläche eingebracht werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibkoeffizient, das Anströmungsverhalten und/oder die tribologischen Eigenschaften der Reibfläche mittels Laserbearbeitung gezielt verändert werden/wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Laserbearbeitung Nuten und/oder Vertiefungen in die metallische Reibfläche eingebracht werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Laserbearbeitung gezielt thermische Verzug in die metallische Reibfläche eingebracht wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitung der Reibfläche mit einer zusätzlichen Wärmebehandlung kombiniert wird.
10. Blechteil mit mindestens einer metallischen Reibfläche, die gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Laser bearbeitet wird.
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