Tribologisch wertvoll

Carbongewebe MC 370

Lebensdauer Test: spezifischer Druck 4,8 N/mm², Differenzgeschwindigkeit von 1,7 bis 12,7 m/s, spezifische Energie bis 0,6 J/mm²

Konstanter Schaltverlauf über Lebensdauer, Schaltung 10 000 und 300 000, spezifischer Druck 4,8 N/mm², Differenzgeschwindigkeit 11 m/s

Synchronring mit Carbon MC 370

Heute stehen Effizienzsteigerung, Kraftstoffreduzierung sowie Bauraum- und Ressourceneinsparung auf den Tagesordnungen der Getriebeentwickler. Eine wichtige Rolle zur Realisierung dieser Anforderungen spielen die tribologischen Systeme. Der vorgestellte leistungsfähige Carbonbelag erreicht bei möglichst geringem Verschleiß einen hohen Reibwert und realisiert damit das geforderte Reibmoment für High-End- Anwendungen.

Die Getriebetechnologie ist gefordert, neue Konzepte und Systeme für immer leistungsstärkere Motoren zu entwickeln, um diese bestmöglich zu unterstützen und den wachsenden Anforderungen gerecht zu werden. Hatten bislang Themen wie Leistungserhöhung, Momentensteigerung oder Krafterhöhung Priorität, so hat sich vor dem Hintergrund der derzeitigen wirtschaftlichen Lage das Bild geändert. Heute rücken Effizienzsteigerung, Kraftstoffreduzierung sowie Bauraum- und Ressourceneinsparung stärker in den Vordergrund. Um diese Anforderungen zu erfüllen, kommt den tribologischen Systemen in Getrieben eine wesentliche Rolle zu. Meistens soll eine Reibungsminimierung durch konstruktive Maßnahmen und/oder spezielle Beschichtungen und Schmiermittel in Lagern oder zwischen Zähnrädern erreicht werden. Die Reibbelagtechnologie verfolgt das Ziel bei möglichst geringem Verschleiß einen definiert hohen Reibwert zu erreichen, um das geforderte Reibmoment zu erzeugen. Miba trägt dazu mit einem Carbonbelag für High-End-Anwendungen maßgeblich bei.

Das Unternehmen ist darauf spezialisiert, technologisch anspruchsvolle und hochbelastbare Antriebskomponenten zu entwickeln, die den hohen Anforderungen an Energieeintrag, Verschleißverhalten und konstantes tribologisches Verhalten über die Lebensdauer gerecht werden.

Mehrere Ansätze

In der Getriebetechnologie werden mehrere Ansätze verfolgt: zum Beispiel Mehrfach-Konuskupplungen, die zum Teil sowohl die eigentliche Anfahrkupplung ersetzen als auch Synchronisierungsarbeit leisten oder neue selbstverstärkende Synchronsysteme.

Bei letzteren wird zum Beispiel über Verstärkungselemente die eigentliche Schaltkraft erhöht, was folgende Vorteile mit sich bringt:

· Der Schaltkomfort kann deutlich verbessert werden, da der Fahrer beim Schaltvorgang weniger Kraft aufbringen muss, um die Schaltung durchzuführen.

· Durch die Selbstverstärkung kann die effektive Schaltkraft erhöht werden, wodurch ein höheres Reibmoment und geringere Schaltzeiten möglich sind.

· Zusätzlich wird Bauraum eingespart, da durch die Schaltkrafterhöhung ein Downsizing möglich ist.

· Dreifach-Synchronisierungen können durch Zweifach-Synchronisierungen ersetzt werden und Zweifach- durch Einfach-Synchronisierungen.

Der Reibbelag ist bei diesen Systemen besonders gefordert. Die entstehenden spezifischen Drücke am Reibbelag können sich gegenüber gewöhnlichen Systemen um das Doppelte erhöhen, was die Haltbarkeit des Tribosystems stark beeinträchtigt.

Vorwiegend metallische Reibbeläge

Für herkömmliche Synchronsysteme werden derzeit hauptsächlich metallische Reibbeläge verwendet. Dabei kommen Beschichtungen – vorwiegend Molybdän – zum Einsatz. Aber auch metallische Pulvermischungen als sogenannter Streusinterbelag werden verwendet. Diese Reibmaterialien weisen durch ihre Härte Stärken im Verschleißverhalten und in der hohen Kompressibilitätsfestigkeit auf.

Genau diese Härte ist gleichzeitig eine Schwäche: Die Materialhärte erfordert einen erhöhten Aufwand beim Gegenkonus, der ebenfalls eine hohe Härte aufweisen muss, um nicht selbst zu verschleißen. Außerdem muss dieser für eine geeignete Ölführung zumeist mit einer Nutierung ausgeführt werden. Eine Nutierung findet sich speziell bei Molybdänbeschichtungen häufig auch im Reibring. Metallische Beläge zeigen bei Anwendungen mit hohen Differenzdrehzahlen eine Tendenz zum Fressen (Materialübertrag zwischen den Reibpartnern). Dies kann die Synchroneinheit nachhaltig schädigen und bis zum Ausfall der Synchronisation führen.

Die Reibeigenschaften von Sinterbelägen sind zusätzlich stark ölabhängig. Der Kupferanteil im Reibbelag kann mit Komponenten des Öls – meist Schwefel- und Phosphoranteile der Friction Modifier – chemisch reagieren. Dadurch entsteht eine Oxidschicht am Reibbelag, die zum Verfall des Reibwerts führt. Durch diese Veränderung im Tribosystem wird auch die Leistung der Synchronisation geschwächt.

Die neuen Getriebesysteme erfordern die Stärken der metallischen Reibmaterialien, nämlich geringe Kompressibilität, hohe Verschleiß- und Zerrüttungsfestigkeit und gute Drainageeffekte für einen schnellen Schaltverlauf. Um gleichzeitig die Nachteile metallischer Beläge zu vermeiden, setzt die Miba auf die Entwicklung von Carbonreibbelägen. Bereits seit mehreren Jahren läuft das Non-Woven Carbonmaterial MC 331 erfolgreich in Anwendungen mit mittlerem Energieniveau.

High End-Anwendungen

Für High End Anwendungen wurde das Carbongewebe MC 360 entwickelt, das sich durch seine hohe Zerrüttungsfestigkeit und extrem schnelles Ansprechverhalten auszeichnet. Dieses Reibmaterial wird erfolgreich in hochbelasteten Lkw-Getrieben eingesetzt.

Die Erkenntnisse und Erfahrungen daraus sind bei der Entwicklung des Materials MC 370 eingeflossen, um den Anforderungen an Synchronkonzepte optimal zu entsprechen. Der Fokus wurde auf Kompressibilitätsfestigkeit und Verschleißoptimierung gelegt, wobei Reibwerthöhe, Reibwertkonstanz oder Schaltkomfort konstant blieben. Über eine optimierte Gewebestruktur mit speziellen Carbonfasern und einem eigens abgestimmten Kunstharzsystem konnten sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Der Verschleiß wurde dadurch bei MC 370 um den Faktor 3 reduziert, wobei dieses Verschleißverhalten auch bei reduzierter Belagfläche durch Ölnuten bestehen bleibt. Zudem wurde die Reibwertkonstanz über unterschiedliche Belastungsniveaus optimiert, was zu einer gleichmäßigen Synchronisierung und einem guten Schaltkomfort führt. Dieser wird vom Fahrer wahrgenommen und verbessert das subjektive Fahrgefühl.

Miba; Telefon: +43 7613 9020-0;

E-Mail: volker.foege@miba.com