CN105008752B - 流动成形的制动盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盘式制动器的制动盘，包括制动盘室(2)和摩擦环(3)，其中制动盘的制动盘室和摩擦环是一体的，并且是由流动成形的耐热或耐高温的等级钢构成的。

Description

流动成形的制动盘

技术领域

本发明涉及一种盘式制动器的制动盘，包括摩擦环和制动盘室。本发明还涉及一种用于制造制动盘的方法，并且还涉及所述制动盘的用途。

背景技术

盘式制动器是通常使用在机动车辆、起重机或电梯中的制动系统。在这些例子中，盘式制动器包括制动块，制动块通常按压在旋转制动盘上，从而制动盘的旋转运动被制动。为此，制动盘包括制动盘室，其具有杯形状并且具有固定到制动盘室的摩擦环。盘式制动器的制动块被按压抵靠摩擦环的表面。制动盘室用来固定旋转轴，而该旋转轴的旋转将被制动。制动盘室和摩擦环通常由用于大规模生产的铸钢制造。尽管在使用由铸钢构成的铸件体时可以制造非常复杂件和制动盘，但是设计自由度受铸造铸件体所需的最小壁厚度限制。从而，由铸钢构成的制动盘在重量方面通常不利。相比之下，轻量解决方案也是可行的，其例如具有由铸钢构成的摩擦环以及由铝或铝合金构成的制动盘室。除了这些制动盘中两个不同金属之间的接触问题，制动盘室还需要被单独制造，并且因此导致更高成本。此外，对于由铸钢制成的摩擦环，最小壁厚度的问题以及在此方面增加的重量仍旧存在。德国专利公开申请DE102009029780A1公开了一种用于机动车辆的制动盘，其中制动盘室是由板件通过流动成形制成的，并且被模制到布置在流动成形装置的旋压芯模中的摩擦环上。由于设置在摩擦环中的接合表面，制动盘室可以互锁的方式被连接到摩擦环或摩擦环装置。尽管制动盘室和摩擦环两者可以选择由不同材料构成，从而可以实现轻量构造，两个组件可以进一步被单独制造，并且随后通过互锁连接彼此连接。由于摩擦环再次包括铸件结构，摩擦环的壁厚度在本例中同样被限制为铸造摩擦环所需的最小值。

发明内容

基于上述内容，本发明的目的是提出一种制动盘，其首先可以简单的方式制造，有节约重量的潜力并且同时可以大规模生产。此外，意在提出一种制动盘制造方法以及该制动盘的有利用途。

根据本发明的第一教导，关于制动盘的上述目的是如下实现的，即制动盘的制动盘室和摩擦环是一体的，并且由流动成形的耐热或耐高温的等级钢构成。由于流动成形(flow-forming)工艺或流动旋压(flow-turning)工艺，可以由单个金属件形成摩擦环和制动盘室的高精度形状。由于仅仅使用了单个方法步骤和单个原材料，根据本发明的制动盘制造方法性价比特别高。此外，壁厚度可以被减小到技术所需的最小值，从而可以明确节约重量。此外，根据本发明的制动盘不限于适于铸造的金属如具体铸钢，而是还可以由例如不能被铸造的耐高温钢合金或铝合金制成。

根据本发明的制动盘的第一实施例，制动盘室和摩擦环具有至少在区域中不同的壁厚度。流动成形工艺或流动旋压工艺在形变方面允许极大的灵活度，从而例如摩擦环可以具有比制动盘室更大的壁厚度。在流动成形工艺或流动旋压工艺期间，材料可以在不同点处聚积或形成，从而可以在制动盘成形期间基于高灵活度选择制动盘室和摩擦环的最优厚度，从而实现了最优重量。

当使用流动成形工艺或流动旋压工艺时的高可成形性还允许提供一体式制动盘，根据另一实施例其被设计为双制动盘。双制动盘具有两个摩擦环，两个摩擦环包括两个环表面，其以彼此间隔开的方式进行布置。根据本发明可以一体的方式提供此类型的甚至更复杂几何结构，并且在此方面不需要比单个制动盘更多的工艺步骤。

制动盘室优选具有用于固定旋转轴的装置以及/或者摩擦环具有用于通风摩擦环的装置。用于将制动盘室固定到旋转轴或者用于通风摩擦环的装置可以简单方式通过流动成形工艺或流动旋压工艺进行制造。然而，还可以设想使用其他方法步骤，以便提供用于固定制动盘室的装置和/或用于通风制动盘的摩擦环的装置。

如果摩擦环具有涂层，利用该涂层可以实现不同功能。例如，如果是特别耐高温的涂层，则可以选择摩擦环以及制动盘室的材料以尽可能便宜，因为摩擦环表面的高度耐温水平已由涂层确保。从而，例如可以使用非耐高温的等级钢作为摩擦环和制动盘室的材料。

通常，可以使用任意希望的金属，只要它们首先确保在流动成形工艺或流动旋压工艺期间的必要塑性形变。制动盘优选由钢、耐高温或耐热等级钢例如Fe-Al合金或Fe-Al-Cr合金构成。钢具有较高的耐热级别，并且因此是用于经受高温的制动盘的优选材料。特别地，Fe-Al钢和Fe-Al-Cr钢是耐高温且高性价比的，并且因此它们特别适用于制动盘。

根据本发明的第二实施例，上述有关制动盘制造方法的目标是如下实现的，即制动盘是利用流动成形工艺和/或流动旋压工艺制造的。流动成形工艺或流动旋压工艺是高精度成形方法，利用其可实现高成形灵活度。特别地，使用流动成形工艺或流动旋压工艺可以形成局部改变的壁厚度，并且因此可以在单个方法步骤中从一块坯料制造包括制动盘室和摩擦环的一体式制动盘。由于该制造方法的高度自动化可能，因此制动盘可在一个工艺操作中以高性价比的方式全部制造。

根据方法的另一实施例，制动盘优选由平钢板、圆形坯料或挤压管坯制成。还可以设想坯料已被预成形或者具有固定用装置，例如在旋压芯模中的孔。制动盘的所有基础部件具有共同特征，即它们可以相对低复杂度和成本进行制造。

如果在流动旋压工艺或流动成形工艺之前平钢板或圆形坯料的壁厚度为至少4mm，首先可以提供用于形成制动盘室和摩擦环的足够材料。其次，例如可以避免用于提供平钢板的冷轧工艺，并且由热钢带提供平钢板或圆形坯料。从而可以同样节约成本。

根据本发明的另一实施例，使用流动旋压工艺或流动成形工艺制造双制动盘。双制动盘具有两个相对于彼此平行布置的摩擦环，并且它们与制动盘室是一体的。由于仅仅需要单个工艺操作用于制造双制动盘，所以当制造双制动盘时也可以实现成本节约。

为了防止制造的制动盘在热作用下的后续翘曲，根据方法的另一实施例，在塑性形变期间金属被热控制。由于将要形成的工件的成形引起的温度增加通过轻微或选择性/定向冷却而被减至最小值。当然还可以以选择性方式加热将要形成的工件，例如通过感应或传导，以便辅助成形工艺。制造的制动盘在它们被制造之后被淬火和退火是有利的，特别是对于使用了等级钢的情形。

使用流动成形工艺或流动旋压工艺制造制动盘是如此精确，因而可以省去另外的机加工以及甚至摩擦表面的研磨工序。因此，可以通过流动成形工艺或流动旋压工艺提供可立即使用的制动盘。

根据方法的另一实施例，至少制动盘的摩擦环的表面被涂覆。一方面该涂层可以被实现为高温涂层，从而所述涂层保护摩擦环自身。此外，还可以通过涂层仅保护摩擦环表面防止腐蚀，从而在制动盘被使用时该涂层通过第一次制动过程而被去除。原则上还可以设想涂覆制动盘室，以便要么使得所述制动盘室好看或者保护所述制动盘室防止腐蚀。

由于根据本发明的制动盘在节约重量方面具有众多可能，并且可以低成本简单的方式制造，因此该制动盘优选被使用于机动车辆或轨道车辆、起重机以及电梯中。

附图说明

下文将参考示例性实施例并结合附图更为详细地说明本发明。

附图中：

图1示出了制动盘的第一示例性实施例的剖面图的一半，

图2示出了制动盘的另一示例性实施例的剖面图，

图3示出了用于执行根据本发明的制造方法的装置的简要剖面图，以及

图4和5示出了用于执行根据本发明方法的坯料的不同形式。

具体实施方式

图1示出了根据本发明制动盘的示例性实施例的剖面图的一半。制动盘1包括制动盘室2和摩擦环3。在制动过程中，摩擦环3建立与制动块(未示出)的接触，从而利用摩擦环3上的摩擦来制动制动盘1的旋转。根据本发明，制动盘室2和摩擦环3是从流动成形材料一体设计的。这获得了实质性优点，即首先摩擦环和制动盘室之间的连接具有最大强度。其次，由于流动成形工艺或流动旋压工艺，可以使用铸造材料之外的材料来制造制动盘，从而可以实现足够低的壁厚度。除此之外，与其他轻量解决方案相比的另一优点是，由于制动盘1的一体设计，将不再存在与不同材料的组合有关的腐蚀问题。流动成形金属此外还可以具有装置4，用于将制动盘固定在旋转轴或旋压芯模上，旋压芯模被用来制造制动盘。如图1可见的那样，摩擦环3与制动盘室2相比具有更大的壁厚度。这是通过流动成形工艺和/或流动旋压工艺能够以下述方式在很大程度上塑性形变材料而实现的，即材料的聚集或变薄可以简单的方式提供。此外，通过使用流动成形工艺或流动旋压工艺可以高精度制造根据本发明的制动盘1，从而通常不再需要在流动成形工艺或流动旋压工艺的工艺操作之后对制动盘1的研磨工序或机加工工序。

由于流动成形材料的选择，可以不仅仅使用铸造材料来制造制动盘1。还可以例如由截至目前尚未被用来构建制动盘的等级钢来制造根据本发明的制动盘，例如由Fe-Al-Cr合金构成的等级钢。此外，图1示出了优选被设置在摩擦环3的两侧之上的涂层5。所述涂层可以用来保护摩擦环3防止腐蚀或类似影响，以便随后在第一次制动过程中被去除。其次，涂层5还可以是耐高温和耐摩擦的，并且因此所述涂层被用于制动动作。在本例中，可以使用不具有耐高温性的材料例如等级钢用于制动盘，因此例如可以使用相对便宜的等级钢。

图2示出了根据本发明的制动盘1’的另一示例性实施例的剖面图，其是双制动盘的形式。图2的双制动盘具有两个摩擦环3，两个摩擦环3平行布置并且同样具有布置在两侧上的涂层5。此外图2中示出的制动盘同样是一体式设计。

图3示出了可以执行根据本发明方法的或者可以制造根据本发明制动盘的装置的示例性实施例。用于执行流动成形工艺的已知方法具有旋压芯模6，旋压芯模6具有制动盘连同制动盘室和摩擦环的形状。挤压坯料7通过保持装置8被推到旋压芯模6上，并且整个装置进行旋转。示出的压力辊9、10随后可通过流动旋压工艺或流动成形工艺以下述方式使坯料7变形，即所述坯料具有例如图1中所示的制动盘1的形式。在该过程中，旋转的压力辊可以使材料塑性形变，并且获得非常高的形变程度。用于流动成形的加热和/或冷却区域用的其他装置可以被提供并且用来通过温度控制防止制动盘在温度作用下翘曲。由于温度控制，由形变引入到材料中的应力减小，并且因此例如通过可以集成在旋压芯模中的导电加热(未示出)，制动盘可以具有低应力级别。

最后，图4和图5分别示出了可以被用于根据本发明制造包括制动盘室和摩擦环的制动盘的方法的两个不同坯料11、12。圆形坯料11和挤压坯料12可以简单的方式作为大规模生产的产品加以生产，并且用作用于制造根据本发明的制动盘1的高性价比初始产品。如已经描述的那样，由于使用了根据本发明的方法，不仅可以由此前未知的材料制造制动盘，而且特别地还可以显著降低制造方法的成本。

Claims (14)

1.一种盘式制动器的制动盘(1)，包括制动盘室(2)和摩擦环(3)，其特征在于，

制动盘(1)的制动盘室(2)和摩擦环(3)是一体的，并且是由流动成形的耐热或耐高温的等级钢构成的。

2.根据权利要求1所述的制动盘，其特征在于，制动盘室(2)和摩擦环(3)具有至少在区域中不同的壁厚度。

3.根据权利要求1或2所述的制动盘，其特征在于，制动盘(1)具有两个摩擦环(3)。

4.根据前述任一权利要求所述的制动盘，其特征在于，制动盘室(2)具有用于固定旋转轴的装置(4)以及/或者摩擦环具有用于通风摩擦环的装置。

5.根据前述任一权利要求所述的制动盘，其特征在于，摩擦环(3)具有涂层(5)。

6.根据前述任一权利要求所述的制动盘，其特征在于，制动盘(1)是由钢、Fe-Al合金或Fe-Al-Cr合金构成的。

7.根据前述任一权利要求所述的制动盘，其特征在于，至少摩擦环(3)具有耐高温涂层。

8.一种用于制造如权利要求1-7中任一权利要求所述的制动盘的方法，所述制动盘具有制动盘室(2)和摩擦环(3)，其特征在于，

制动盘(1)是使用流动成形工艺和/或流动旋压工艺制造的。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，制动盘(1)是由平钢板、圆形坯料(11)或挤压管坯(12)制造的。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，圆形坯料(11)或平钢板的厚度在流动旋压工艺或流动成形工艺之前为至少4mm。

11.根据权利要求8-10中任一权利要求所述的方法，其特征在于，双制动盘(1’)是使用流动旋压工艺或流动成形工艺制造的。

12.根据权利要求8-11中任一权利要求所述的方法，其特征在于，金属在塑性形变期间被热控制。

13.根据权利要求8-11中任一权利要求所述的方法，其特征在于，至少摩擦环(3)的表面被涂覆。

14.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的制动盘被用于机动车辆和轨道车辆、起重机和电梯的用途。