DE102022211519A1 - Friction disc with wear indicator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibscheibe (1) für eine Fahrzeugbremse (3). Diese umfasst ein Kernmaterial (5) mit darauf aufgebrachter Verschleißschutzschicht (7), wobei zumindest ein Teil einer Außenfläche (9) der Verschleißschutzschicht (7) eine Reibfläche (11) definiert. Unterhalb der Reibfläche (11) ist wenigstens ein Verschleißindikator (14) vorgesehen ist, wobei als Verschleißindikator (13) ein erhabener Bereich (15) des Kernmaterials (5) vorgesehen ist.The invention relates to a friction disk (1) for a vehicle brake (3). This comprises a core material (5) with a wear protection layer (7) applied thereto, wherein at least part of an outer surface (9) of the wear protection layer (7) defines a friction surface (11). At least one wear indicator (14) is provided below the friction surface (11), wherein a raised region (15) of the core material (5) is provided as the wear indicator (13).
Description
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf eine Reibscheibe, insbesondere eine Bremsscheibe, für Kraftfahrzeugbremsen.The present description relates to a friction disc, in particular a brake disc, for motor vehicle brakes.
Bekannterweise wird bei Reibbremsen kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Dies setzt einen funktionierenden Reibbelag voraus, wobei bei zu starkem Abrieb des Reibbelags die Sicherheit im Straßenverkehr nicht mehr gegeben ist.As is well known, friction brakes convert kinetic energy into heat energy. This requires a functioning friction lining, and if the friction lining wears down too much, road safety is no longer guaranteed.
Um diese Sicherheit zuverlässig zu gewährleisten können Reibscheiben mit Verschleißindikatoren ausgestattet werden, um anzuzeigen, dass sie ausgetauscht werden müssen. So beschreibt die
Demgegenüber ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufbau einer Reibscheibe mit Verschleißindikator zu vereinfachen.In contrast, it is an object of the present invention to simplify the construction of a friction disc with wear indicator.
Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the independent claim. Advantageous embodiments result from the features of the dependent claims.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Reibscheibe und insbesondere eine Bremsscheibe vorgeschlagen, die für die Bremse, bspw. eine Scheiben- oder Trommelbremse, eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein kann. Die insbesondere ebene Reibscheibe umfasst einen Kernbereich bzw. ein Kernmaterial, insbesondere ein axialsymmetrisches Kernmaterial, mit darauf aufgebrachter Verschleißschutzschicht. Zumindest ein Teil einer Außenfläche der Verschleißschutzschicht definiert eine Reibfläche, d.h. derjenige Teil, an den beim Bremsen die Bremsbeläge gepresst werden.According to one embodiment of the invention, a friction disk and in particular a brake disk is proposed which can be provided for the brake, for example a disk or drum brake, of a motor vehicle. The friction disk, which is in particular flat, comprises a core region or a core material, in particular an axially symmetrical core material, with a wear protection layer applied thereto. At least part of an outer surface of the wear protection layer defines a friction surface, i.e. the part against which the brake pads are pressed during braking.
Unterhalb der Reibfläche bzw. zwischen Außenfläche und Kernmaterial ist wenigstens ein Verschleißindikator vorgesehen. Der Verschleißindikator ist insbesondere optisch erfassbar, zum Beispiel mit dem bloßen Auge, um einen fortgeschrittenen Verschleiß der Reibscheibe zu erkennen und darauf aufbauend zu entscheiden, ob sie ausgetauscht werden muss. Dies kann durch einen geeigneten Helligkeits- oder Farbkontrast zwischen dem Kernmaterial und dem Verschleißindikator und dem darauf befindlichem Schichtmaterial, bspw. einer Verschleißschutzschicht oder einer Zwischenschicht, sichergestellt werden.At least one wear indicator is provided below the friction surface or between the outer surface and the core material. The wear indicator can be detected optically, for example with the naked eye, in order to detect advanced wear of the friction disc and, based on this, to decide whether it needs to be replaced. This can be ensured by a suitable brightness or color contrast between the core material and the wear indicator and the layer material on top of it, for example a wear protection layer or an intermediate layer.
Als Verschleißindikator ist ein erhabener Bereich des Kernmaterials vorgesehen. Der Verschleißindikator ragt also vom Kernmaterial nach axial außen in Richtung Reibfläche ab und ist dabei materialeinheitlich mit dem Kernmaterial ausgebildet. Im besagten Bereich ist die Dicke der Verschleißschutzschicht geringer, so dass bei deren fortschreitendem Abrieb der erhabene Bereich sichtbar wird, insbesondere zeitlich vor dem nicht erhabenen Bereich. Durch das Sichtbarwerden wird angezeigt, dass die Bremsscheibe ausgewechselt werden muss.A raised area of the core material is provided as a wear indicator. The wear indicator protrudes axially outwards from the core material towards the friction surface and is made of the same material as the core material. In the said area, the thickness of the wear protection layer is less, so that as the wear progresses, the raised area becomes visible, particularly before the non-raised area. When it becomes visible, it indicates that the brake disc needs to be replaced.
Die vorgeschlagene Lösung eignet sich wegen der geringen Schichtdicken der Verschleißschutzschicht im Bereich 100 bis 250 µm sehr gut, um auf einfache Weise in der Werkstatt eine Sichtkontrolle auf zu großem Verschleiß vorzunehmen, da sich derart dünne Reibflächen nicht per Schieblehre vermessen lassen. Um zu erkennen, wie fortgeschritten der Abrieb bzw. Verschleiß ist, müsste ansonsten eine Mikrometerschraube oder Ähnliches eingesetzt werden, was mit der erfindungsgemäßen Lösung vermieden wird, was wiederum Kosten einspart.Due to the low layer thickness of the wear protection layer in the range of 100 to 250 µm, the proposed solution is very well suited to easily carrying out a visual inspection for excessive wear in the workshop, as such thin friction surfaces cannot be measured using a caliper. In order to determine how advanced the abrasion or wear is, a micrometer screw or similar would otherwise have to be used, which is avoided with the solution according to the invention, which in turn saves costs.
Es bietet sich an, wenn beide Seiten der Reibscheibe einen entsprechenden erhabenen Bereich haben. Aus verschiedenen Gründen ist der Abrieb auf den beiden Seiten einer Reibscheibe nicht immer gleich und reicht das Sichtbarwerden eines Verschleißindikators auf nur einer der beiden Seiten nicht aus, um das Ende der Reibscheibennutzungsdauer anzuzeigen.It is advisable if both sides of the friction disc have a corresponding raised area. For various reasons, the wear on the two sides of a friction disc is not always the same and the visibility of a wear indicator on only one of the two sides is not sufficient to indicate the end of the friction disc's service life.
In einer Ausführungsform ist ein axialsymmetrisches Kernmaterial vorgesehen, dessen Rauigkeit R_z in axialer Richtung gesehen kleiner ist als die vom nicht erhabenen Bereich bzw. dem Grundniveau aus gemessene Erstreckung E des erhabenen Bereichs. Die Erstreckung E kann dabei bspw. zwei bis sieben Mal so groß sein wie die Rauigkeit R_z. Mit anderen Worten ist als Verschleißindikator ein in Richtung Reibfläche abragender Teil des Kernmaterials, mit obiger Formulierung der oben genannte erhabene Bereich, vorgesehen, dessen axialer Abstand A zur Reibfläche größer ist als die Rauigkeit R_z des Kernmaterial. Der erhabene Charakter des Verschleißindikators ist somit unabhängig von der Rauigkeit des Kernmaterials.In one embodiment, an axially symmetrical core material is provided, the roughness R_z of which, viewed in the axial direction, is smaller than the extension E of the raised area measured from the non-raised area or the base level. The extension E can be, for example, two to seven times as large as the roughness R_z. In other words, a part of the core material that protrudes in the direction of the friction surface, with the above formulation the above-mentioned raised area, is provided as a wear indicator, the axial distance A of which from the friction surface is greater than the roughness R_z of the core material. The raised character of the wear indicator is thus independent of the roughness of the core material.
In der Praxis gibt es bei Herstellern von Fahrzeugbremsen bekannte Korrelationen zwischen einer zurückgelegten Fahrstrecke eines Fahrzeugs mit einer bestimmten Reibscheibe sowie einem in axialer Richtung gemessenen Abrieb der Reibscheibe. Man kann also in etwa angeben, wieviel Mikrometer Abrieb welcher zurückgelegten Fahrstrecke entspricht und darüber die voraussichtliche Lebensdauer der Reibscheibe abschätzen. Demgemäß wird vorgeschlagen, bei bekannter Korrelation zwischen einer Fahrstrecke eines mit der erfindungsgemäßen Reibscheibe betriebenen (Kraft-) Fahrzeugs und einem in axialer Richtung gemessenen Abrieb der erfindungsgemäßen Reibscheibe bei gegebenem Material der Verschleißschutzschicht eine Erstreckung E des erhabenen Bereichs gewählt wird, die einer verbleibenden Fahrstrecke zwischen 1.000 km und 20.000 km entspricht. Mit anderen Worten kann das Fahrzeug nach Sichtbarwerden des Verschleißindikators noch 1.000 km bis 20.000 km sicher gefahren werden, bis ein Austausch der Reibscheibe vorgenommen werden muss.In practice, vehicle brake manufacturers have known correlations between the distance travelled by a vehicle with a specific friction disc and abrasion of the friction disc measured in the axial direction. It is therefore possible to roughly indicate how many micrometers of abrasion correspond to which distance traveled and from this to estimate the expected service life of the friction disc. Accordingly, it is proposed that, given a known correlation between a distance traveled by a (motor) vehicle operated with the friction disc according to the invention and abrasion of the friction disc according to the invention measured in the axial direction for a given material of the wear protection layer, an extension E of the raised area is selected that corresponds to a remaining distance of between 1,000 km and 20,000 km. In other words, after the wear indicator becomes visible, the vehicle can still be driven safely for 1,000 km to 20,000 km before the friction disc has to be replaced.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist zwischen dem Kernmaterial und der Verschleißschutzschicht eine Zwischenschicht vorgesehen ist und ragt der Verschleißindikator in die Verschleißschutzschicht hinein. Dadurch wird bewirkt, dass bei einem Sichtbarwerden des Verschleißindikators die Verschleißschutzschicht noch nicht vollständig abgerieben ist und man noch eine gewisse Strecke mit dem (Kraft-) Fahrzeug fahren kann, bis dies der Fall ist. Diesen Umstand kann man nutzen, um die Reibscheibe auszutauschen, bevor die Verschleißschutzschicht vollständig abgerieben ist und das Bremsverhalten wegen der dann neuen Reibpaarung Bremsbelag/Zwischenschicht anders ausfällt.According to a second embodiment, an intermediate layer is provided between the core material and the wear protection layer and the wear indicator protrudes into the wear protection layer. This means that when the wear indicator becomes visible, the wear protection layer has not yet been completely worn away and the (motor) vehicle can still be driven for a certain distance until this is the case. This circumstance can be used to replace the friction disc before the wear protection layer is completely worn away and the braking behavior is different due to the new friction pairing of brake pad/intermediate layer.
Sämtliche Schichten können mit Laserauftragsschweißen, Laser-Pulverauftragsschweißen oder Extremem Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweißen (EHLA) aufgebracht werden. Darüber kann die Zwischenschicht auch eingefärbt werden, was ein zusätzlicher Warnhinweis auf fortgeschrittenen Abrieb ist.All layers can be applied using laser cladding, laser powder cladding or extreme high-speed laser cladding (EHLA). The intermediate layer can also be colored, which is an additional warning sign of advanced abrasion.
Als Kernmaterial kann ein Grauguss und als Verschleißschutzschicht eine carbidhaltige Edelstahlschicht, bspw. eine Wolfram- oder Titancarbid enthaltene Edelstahlschicht, vorgesehen sein. Eine optionale Zwischenschicht kann bspw. ebenfalls eine Edelstahlschicht sein, wobei die Zwischenschicht und die Verschleißschutzschicht abgesehen von den Carbiden das gleiche Material sein können. Letzteres hat den Vorteil, dass sich das Reibverhalten beim Bremsen eines Fahrzeugs nur gering ändert, wenn sich der Reibpartner des Bremsbelags abriebbedingt von Verschleißschutzschicht zu Zwischenschicht ändert.The core material can be gray cast iron and the wear protection layer can be a carbide-containing stainless steel layer, e.g. a stainless steel layer containing tungsten or titanium carbide. An optional intermediate layer can also be a stainless steel layer, for example, whereby the intermediate layer and the wear protection layer can be the same material apart from the carbides. The latter has the advantage that the friction behavior changes only slightly when a vehicle brakes if the friction partner of the brake pad changes from wear protection layer to intermediate layer due to abrasion.
Die Geometrie und die Anzahl der Verschleißindikatoren können in weiten Bereichen frei gewählt werden, da die Verschleißindikatoren mit einer Dreh- oder Schleifoperation ins Kernmaterial eingebracht werden können. So kann man einen (radial) umlaufenden erhabenen Bereich wählen, bspw. in Ringform, der wenige Millimeter, bspw. 5 mm, breit ist und damit auch bei entsprechendem Abrieb der Verschleißschutzschicht durch Öffnungen in der Radfelge hindurch gesehen werden kann, bevorzugt mit dem bloßen Auge oder ggf. mit einem Spiegel. Der erhabene Bereich kann dabei entweder aus einer Mehrzahl von einzelnen Verschleißindikatoren gebildet sein, die einen gewissen Abstand voneinander haben, oder kann ein vollflächiger erhabener Bereich sein.The geometry and number of wear indicators can be freely selected over a wide range, as the wear indicators can be incorporated into the core material using a turning or grinding operation. For example, a (radially) circumferential raised area can be selected, e.g. in the form of a ring, which is a few millimeters wide, e.g. 5 mm, and can therefore be seen through openings in the wheel rim even if the wear protection layer is worn down, preferably with the naked eye or, if necessary, with a mirror. The raised area can either be made up of a number of individual wear indicators that are a certain distance apart from one another, or it can be a full-surface raised area.
Die Breite des umlaufenden Bereichs kann zwischen 1 mm und 6 mm gewählt werden, um vom Personal einer Werkstatt gut gesehen werden zu können.The width of the surrounding area can be selected between 1 mm and 6 mm to ensure it can be easily seen by workshop personnel.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die hierbei verwendeten Figuren sind nicht maßstabsgetreu und zeigen einen möglichen Weg der Realisierung der Erfindung, auf den die Erfindung jedoch nicht beschränkt sein soll. Gleiche Bezugszeichen sollen auf gleiche Gegenstände verweisen, sofern nichts anderes angegeben wird. Es zeigen:
-
1 und2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reibscheibe, ohne Zwischenschicht; -
3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reibscheibe, mit Zwischenschicht;
-
1 and2 a first embodiment of the friction disc according to the invention, without intermediate layer; -
3 a second embodiment of the friction disc according to the invention, with intermediate layer;
Bei einer ersten Ausführungsform zeigt
Die Verschleißschutzschicht 7 hat eine Schichtdicke von 200 µm. Bei fortschreitendem Abrieb der Verschleißschutzschicht 7 während des Einsatzes der Reibscheibe 1 werden die Verschleißindikatoren 13, 13' schließlich sichtbar, wenn davon 180 µm abgerieben sind. Es besteht dann noch eine Reserve von 20 µm Verschleißschutzschicht 7, bis die Bremsbeläge direkt am Grauguss reiben, was in etwa 20.000 km Restreichweite des Fahrzeugs entspricht. Es versteht sich, dass die Restreichweite weitgehend frei gewählt werden kann, da ein größerer bzw. kleinerer der Wert der Erstreckung E eine größere bzw. kleinere Restreichweite bedeutet.The
Für das bessere Erkennen der Verschleißindikatoren 13, 13' sollten diese in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung A eine hinreichende große Fläche einnehmen und diese bevorzugt vollflächig ausfüllen, bspw. als länglicher Streifen oder als umlaufendes Band, bspw. in Ringform, um bei stehendem Fahrzeug eine Sichtkontrolle der Reibscheibe 1 ohne Entfernen der Radkappe zu ermöglichen.For better recognition of the
Bei einer zweiten Ausführungsform gem.
Da die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Grauguss und der Edelstahl mit Titancarbid zu unterschiedlich sind befindet sich dazwischen eine Zwischenschicht 17. Diese ist aus demselben Edelstahl wie die Verschleißschutzschicht 7, jedoch ohne Titancarbid. Die Zwischenschicht 17 hat eine Schichtdicke von 50 µm und ist recht elastisch, kann daher bei Erhitzung der Reibbremse 1 infolge Bremsens die mechanischen Spannungen zwischen Kernmaterial 5 und Verschleißschutzschicht 7 ausgleichen. Darüber kann eine Rissbildung verhindert werden, die ansonsten wegen nachfolgender Korrosion zu einem Sicherheitsproblem werden kann.Since the thermal expansion coefficients of gray cast iron and stainless steel with titanium carbide are too different, an
Wie in
Nach Freilegung der Zwischenschichtoberfläche radial außerhalb des erhabenen Bereichs 15 werden bei weiterer Nutzung der Reibbremse 1 anschließend 50 µm Zwischenschichtmaterial abgetragen, bis der Verschleißindikator 13 freigelegt wird und darüber anzeigt, dass die Reibscheibe 1 ausgetauscht werden muss. Es bleiben dann noch 15 µm, bis ein Bremsbelag direkt am Grauguss reiben sollte, was einer verbleibenden Fahrstrecke von ca. 15.000 km entspricht.After exposing the intermediate layer surface radially outside the raised
Ferner sind Ausführungsformen vorstellbar, bei denen ein Mehrschichtsystem zur Anwendung kommt, also mehrere Verschleißschutzschichten und/oder mehrere Zwischenschichten eingesetzt werden. Dies kann auch damit kombiniert werden, dass eine oder mehrere dieser Schichten eingefärbt sind, was einen Verschleiß ebenfalls signalisiert, bspw. bei einer wohl definierten Restfahrdauer, so dass es insgesamt eine Mehrzahl von Verschleißindikatoren gibt, die bei unterschiedlichen Kilometerständen sichtbar werden. Auch könnten optische Sensoren das Freilegen des Verschleißindikators 13 detektieren und eine Warnmeldung an den Fahrer ausgeben, bspw. durch eine Anzeige in der Instrumententafel, um einen Austausch der Reibbremse 1 zu detektieren.Furthermore, embodiments are conceivable in which a multi-layer system is used, i.e. several wear protection layers and/or several intermediate layers are used. This can also be combined with one or more of these layers being colored, which also signals wear, for example with a well-defined remaining driving time, so that there are a number of wear indicators in total that become visible at different mileages. Optical sensors could also detect the exposure of the
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- ReibscheibeFriction disc
- 33
- FahrzeugbremseVehicle brake
- 55
- KernmaterialCore material
- 77
- VerschleißschutzschichtWear protection layer
- 99
- AußenflächeExterior surface
- 1111
- ReibflächeFriction surface
- 1313
- VerschleißindikatorWear indicator
- 1515
- erhabener Bereichraised area
- 1717
- ZwischenschichtIntermediate layer
- 1919
- Oberfläche des Kernmaterials/GraugussesSurface of the core material/grey cast iron
- EE
- ErstreckungExtension
- AA
- AxialachseAxial axis
- R_zR_z
- Rauigkeit (mittlere Rautiefe)Roughness (average roughness depth)
- PP
- PfeilArrow
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R084 | Declaration of willingness to licence | ||
R163 | Identified publications notified | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: STELLANTIS AUTO SAS, FR Free format text: FORMER OWNER: PSA AUTOMOBILES SA, POISSY, FR |