CN109154342A - 制动盘和用于制造所述制动盘的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其是用于机动车的制动盘（1），具有由第一种材料构成的基础盘（2）并且具有由第二种材料构成的降低磨损的涂层（8、9）。在此规定，所述第一种材料是轻金属并且所述第二种材料是氧化层（8、9）。

Description

制动盘和用于制造所述制动盘的方法

技术领域

本发明涉及一种尤其是用于机动车的制动盘，具有由第一种材料构成的基础盘并且具有由第二种材料构成的降低磨损的涂层。

此外，本发明涉及一种用于机动车的制动装置，具有与车轮能够连接/相连接的制动盘并且具有配属于所述制动盘的制动钳，所述制动钳拥有至少一个能够操纵的制动元件。

此外，本发明涉及一种用于制造这样的制动盘的方法。

背景技术

机动车的传统的制动设备具有至少一个配属于每个车轮的制动盘，所述制动盘能够夹紧在制动钳的两个制动块之间，以用于产生制动力矩。在夹紧时，在所述制动块与所述制动盘之间出现摩擦，所述摩擦产生热。所产生的热在此至少部分地被储存在所述制动盘中。在极端的情况中、像比如从高速制动时，所述制动盘的温度由此可能达到很高的数值，由此可能对所述制动盘的强度产生不好的影响。因此，通常由具有高的热稳定性的灰口铸铁来制造制动盘。此外，通过迎面风通常对所述制动盘进行快速的冷却。

作为替代方案，知道制造耐磨的制动盘，所述耐磨的制动盘比如构造为全陶瓷制动盘或者具有硬金属层的灰口铸铁制动盘。这样的制动盘在制造方面比较昂贵并且具有以下缺点：在出现高的温度负荷时由于基础盘和降低磨损的涂层的材料的不同的膨胀系数而可能在所述涂层中产生裂纹。除此以外，对于所熟知的涂层方法来说所述制动盘经受热负荷，这可能导致所述降低磨损的层的氧化。

发明内容

所述按本发明的、具有权利要求1的特征的制动盘拥有以下优点：它们能够比较便宜地制成并且尽管如此提供足够的强度和磨损降低特性，但是其中克服上面所提到的缺点。按照本发明，这一点通过以下方式来实现，即：所述第一种材料或者所述基础盘由轻金属制成，并且所述第二种材料或者所述涂层是氧化层。氧化层、尤其是硬质阳极氧化处理层通过也被称为硬质阳极氧化处理或者硬质涂覆（Hartcoatieren）的硬质阳极氧化或者等离子电解氧化（PEO）来制成。在此，对所述基础盘进行电解氧化，通过所述电解氧化在所述基础盘上产生抗磨层。为此，优选将所述基础盘浸到电解液中并且作为阳极来连接。在此对所述基础盘的表面进行氧化，从而在所述轻金属上形成氧化层。这个层即使对于在所述制动盘的运行中可能出现的高温来说也具有高的降低磨损的作用和高的负荷能力及强度。尤其在此消除前面所提到的、关于不同的温度膨胀系数的缺点。此外，所述按本发明的制动盘能够成本低廉地实现。

总之在此产生以下优点：为了制造所述制动盘用于进行成形的制造方法可供使用，所述制造方法以往对于灰口铸铁-制造盘来说不能实施，因为所述轻金属对于较低的温度来说会熔化。由此，比如能够利用铸造、金属粉末压铸、3D打印、深冲或者类似方法。也能够使用这些方法的组合。除此以外，能够在接合过程中为轻金属-制动盘使用更为简单的过程或者更加精确的过程控制、像比如激光焊接或者超声波焊接。通过所述用于制造硬质阳极氧化处理层的硬质阳极氧化，将轻金属表面的前几微米转化为很硬的并且抗磨的氧化层。在此，将在此产生的氧化层以化学的方式连接到所述轻金属基片上的效果很好，尤其比灰口铸铁-制动盘上面的硬金属涂层好。通过在涂层方法中电场的使用来产生封闭的、防止剥落或者磨蚀损伤的氧化层。所述氧化层本身对洗涤剂具有抵抗能力并且具有均匀的层厚度，由此进一步将磨损降低到最低限度。与灰口铸铁-制动盘的硬涂层相比，所述硬质阳极氧化或者等离子电解氧化成本低廉。对于硬质阳极氧化或者PEO方法来说不需要中间层。

按照本发明的一种优选的改进方案来规定，所述轻金属是铝。由此，在硬质阳极氧化时产生具有前面提到的优点的氧化铝层。

作为替代方案，优选规定，所述轻金属是钛。除此以外，也能够考虑，由其它合适的轻金属、像比如镁来制造所述基础盘。

此外，优选规定，所述第一种材料被施加在由塑料制成的载体上面。所述基础盘由此不是由实心铸件制成，而是构造为多构件的结构，其中所述基础盘被施加到所述载体上。所述基础盘能够构造为全浇铸的元件或者MIM-构件。

按照本发明的另一种实施方式，优选规定，所述基础盘本身被施加到载体上。在这种情况下，比如规定，所述基础盘由一块由合金构成的成形的板材来制成，如前面所描述的那样通过硬质阳极氧化对所述板材进行处理并且随后将其施加到所述载体上。所述载体尤其构造为蓄热器或者构造为具有高的导热性的载体。

按照本发明的一种优选的实施方式，此外规定，所述基础盘或者所述载体具有相变材料。由此提高所述制动盘的比热容，使得所述制动盘也能够经得起运行中的高的温度负荷。

按照本发明的一种有利的改进方案来规定，所述基础盘和/或所述载体具有至少一个腔室，在所述腔室中布置了相变材料。所述腔室尤其构造为能够闭锁或者被闭锁的结构，使得所述相变材料不可能逸出。在此实现这一点，即：所述制动盘的吸热能力持久地得到保持。所述基础盘和/或所述载体适宜地具有多个在圆周的范围内均匀分布地布置的、带有相变材料的腔室，从而在所述制动盘的运行中没有产生不平衡。

所述按本发明的具有权利要求8的特征的制动装置的特征在于所述制动盘的按本发明的设计方案。由此产生已经提到的优点。

优选规定，在所述制动钳上布置了至少一个与所述制动盘能够接触或者处于接触之中的导热元件。通过所述导热元件与所述制动盘的接触来实现这一点，即：通过所述导热元件将在所述制动盘中所储存的或者所产生的热从所述制动盘中排出。尤其在基础盘与导热元件之间存在接触。此外，所述接触在此尤其存在于下述区域中，在所述区域中所述基础盘设有硬质阳极氧化处理层，以用于避免磨损。

尤其规定，所述导热元件是接触刷，该接触刷尤其持久地与所述制动盘处于接触之中。所述接触刷为此优选配属于所述制动盘的端面并且在轴向上尤其被用预紧力朝所述端面挤压，从而保证了持久的接触。而后通过滑动的接触将热从所述制动盘排放到所述导热元件中。

作为替代方案，优选规定，所述导热元件是以能够转动的方式得到支承的接触轮，该接触轮在所述制动盘上、尤其在所述制动盘的端面上滚动。由此将导热元件与制动盘之间的磨损降低到最低限度并且保证了有利的导热。按照第一种实施方式，所述导热元件有利地持久地与所述基础盘处于接触之中。按照第二种实施方式，优选规定，为所述导热元件分配了致动器，所述致动器在需要时将所述导热元件输送给所述制动盘，以用于与所述制动盘相接触并且将热排出。尤其规定，对所述制动盘的当前的运行温度进行监控、比如测量或者计算，并且根据所获取的运行温度来将所述导热元件输送给所述制动盘，以用于避免所述制动盘的过热。

按照本发明的一种优选的改进方案来规定，所述导热元件与散热器（Wärmesenke）热连接。由此，从所述制动盘被排放到所述导热元件中的热能够输送给所述散热器，因而所述导热元件不是用作额外的蓄热器、而是更确切地说用作热导体，所述热导体将在所述制动盘中所产生的热输送给所述散热器。由此保证对于所述制动盘的持久的有利的冷却。

所述按本发明的具有权利要求13的特征的方法实现具有上面所提到的优点的制动盘。按照本发明，为此规定，在第一步骤中提供由轻金属构成的基础盘。随后通过硬质阳极氧化给所述基础盘配设硬质阳极氧化层。由此产生已经提到的优点。尤其规定，所述基体由钛或者铝来制造。也能够考虑由镁来制造。

此外，优选规定，将所述基础盘施加在载体上，其中所述载体尤其由具有高的比热容的材料制成。尤其为此使用相变材料。

按照本发明的一种优选的实施方式来规定，作为板材件来制造所述基础盘并且给其配设硬质阳极氧化层并且最后将其施加到一个或者所述载体上。

另外的优点和优选的特征尤其从前面所作的描述中并且从权利要求中得出。

附图说明

下面要借助于附图对本发明进行详细解释。为此：

图1示出了有利的制动盘的第一种实施例；

图2示出了所述制动盘的详细视图；

图3示出了具有所述制动盘的制动装置；并且

图4示出了所述制动盘的第二种实施例。

具体实施方式

图1以透视图示出了一种用于未示出的机动车的制动盘1。所述制动盘1具有制动环3，该制动环由基础盘2构成。所述制动环3在其两个端面上分别具有制动面4或者5。在当中，所述制动盘1具有支座盆6，该支座盆用于将所述制动盘1固定在机动车的车轮轴承或者车轮上。所述支座盆6能够在材料技术上不同于所述制动环并且比如能够由铝制成。由此，降低非弹跳的质量并且实现轮毂和轮缘上的更为有利的导热。在所述支座盆6上构造了多个用于固定用的螺纹连接的孔。所述制动面4、5在运行中经受磨损，所述磨损导致必须定期更换所述制动盘1的结果。现今的制动盘通常由灰口铸铁并且部分地也由球墨铸铁制成或者由合适的钢合金浇铸而成并且由此通过车削来加工。用于摩托车的制动盘优选由腐蚀少的钢制成。部分地也使用比较耐磨的陶瓷制动器，其中这些陶瓷制动器引起高的成本。为了以更小的重量获得更强的制动功率、更高的耐磨性和更好的衰减不敏感性，在赛车运动和飞机制造中也将用碳纤维增强的碳化硅和碳纤维增强的塑料用于制动盘。自行车制动盘也能够由板材冲压而成。

所述基础盘2或者所述制动环3具有两个制动环3'和3''，所述制动环彼此隔开地布置并且分别形成所述制动面4或者5之一。在所述制动环3'与3''之间布置了以肋7的形式构成的间隔垫片，所述间隔垫片在所述制动环3'、3''之间形成多个空腔。通过在行驶时所产生的离心力，在此在所述制动环3'、3''之间从里向往形成气流，从而主动地对所述制动盘1进行冷却。可选也能够在相应的制动环3'、3''中构造通气孔，以用于改进空气冷却，方法是：气流也穿过所述通气孔并且由此产生涡流，所述涡流对制动盘与空气之间的热传导进行优化。

所述基础盘2或者所述制动环3'、3''以及必要时所述肋7也由轻金属、尤其是钛、铝或者镁制成。所述制动面4和5此外设有氧化层8、9。

图2为此以简化的剖面图示出了所述制动盘1的放大的详细视图。按照当前的实施例，所述两个制动面4和5设有氧化层8、9，所述氧化层朝所述制动环3'、3''的材料里面尤其延伸了100nm到10μm。所述氧化层尤其通过对于所述基础盘2或者制动环3'、3''的硬质阳极氧化或者等离子电解氧化来制成。如果所述基础盘2由铝制成，那就通过所提到的方法将所述制动面比如转化为氧化铝层或者给其配设这样的氧化铝层。

所述制动盘通过由轻金属进行的制造来成本低廉地制成并且由于有利的氧化层而保证低的磨损和高的热稳定性。通过所述降低磨损的氧化层8、9的构成，来保证以最佳的化学的方式将所述保护层连接到所述基础盘2上。除此以外，所述氧化层均匀地并且密封地产生，从而防止了所述基础盘2的腐蚀。

图3以简化的图示示出了一种制动装置10，该制动装置具有制动钳11，该制动钳具有两个以能运动的方式得到支承的制动块12、13，所述制动盘1处于所述制动块之间，使得所述制动块12配属于所述具有氧化层8的制动面4并且所述制动块13配属于所述具有氧化层9的制动面5。如果使所述制动块12、13朝彼此运动，则将处于其之间的制动盘1夹紧在其之间并且产生附着摩擦，所述附着摩擦如在传统的制动装置中那样减速地作用于所述转动的制动盘1。

在此，所述处于里面的制动环3''具有环状的区域14，该区域不含所述氧化层9。为这个环状的区域 14分配了导热元件15，该导热元件在此构造为导热刷16并且通过刷架17借助于预紧力在所述区域14的区域中被朝所述制动盘1挤压。所述刷16由金属制成并且用于进行导热。所述导热元件15此外与散热器18相连接，通过所述导热元件15来吸收的热被排放给所述散热器。所述散热器18比如能够是冷却器、蓄热元件或者机动车的冷却回路的冷却剂管路。

所述区域14在此在径向上处于所述氧化层9的内部，所述区域也能够构造为所述制动环3''中的槽，由此能够实现对于所述导热元件15的得到改进的导引。在一种作为替代方案的设计方案中，优选规定，所述区域 14用硬金属来涂覆。所述制动盘1的最大温度由此通过所述导热元件15与所述制动盘1之间的接触的设计并且通过朝所述散热器18的导热受到限制。

作为构造为刷16的设计方案的替代方案，按照另一种实施例来规定，所述导热元件15构造为接触轮19（用虚线示出），所述接触轮通过轴承20、在此是滚动体轴承以能够转动的方式在所述制动钳11上得到了支承。在此，所述轴承20与所述散热器18处于热接触中。所述接触轮19以及所述备选的刷16与所述制动环3''处于持久的接触之中，以用于通过所述接触将热从所述制动盘1排放给所述散热器18。所述接触轮19的转动轴线在此径向地关于所述制动盘1的转动轴线定向。

图4以简化的剖面图示出了所述制动盘1的另一种实施例。与前面的实施例不同的是，现在规定，所述制动盘1具有蓄热元件21。所述蓄热元件21处于所述制动环3'与3''之间并且与其热连接。尤其所述蓄热元件21与所述制动环3'、3''及所述肋7一体地构成。在内部，所述就此而言代表着蓄热环的蓄热元件21'具有一个或者多个腔室22，在所述腔室中布置着或者保持着具有高的比热容的材料、像比如油。特别优选所述材料23构造为相变材料、像比如石蜡，所述相变材料通过物态的、比如从固态到液态的转变来储存热。由此，附加于温度提高，根据所述相变材料的比热容借助于相变将热储存在所述制动盘1中并且由此避免所述制动盘1、尤其是制动环3'和3''的热过载。

所述基础盘2有利地通过金属粉末压铸、3D打印和/或深冲来制成，使得所述制动盘1的制造能够成本低廉地并且用小的开销来实施。

作为当前的实施例的替代方案，如在图3中示出的那样，在所述制动环3'和3''本身中构造了一个或者多个这样的腔室22。也能够考虑，在图4的实施例中，在所述制动环3'和3''中设置了额外的腔室22。所述腔室22如前面已经描述的那样用具有高的比热容的材料和/或相变材料来填充。用于填充所述腔室的开口24最后被封闭、尤其是被焊接。

按照当前的实施例的制动盘1相应地构造为单构件的结构。但是，按照一种作为替代方案的实施方式，有利地规定，所述制动盘构造为多构件的结构，其中所述构件通过合适的接合工艺、像比如超声波焊接或者激光束焊接来彼此连接。尤其能够考虑，将所述制动盘1制造为三构件的结构，其中如在图3中通过虚线所示出的那样分界线优选相应地处于所述制动环3'和3''之一的中间面中。通过这种方式方法，所述腔室22也能够在生产中成本低廉地制造。

为了一般来说改进高温下的强度减退以及由于金属材料的避免引起的重量降低，通过热容量C的提高来降低最大的温度。由此对于相同的有待储存的热能Q来说产生较低的温差、也就是较低的最大温度T_最大。此外，在使用相变材料时能够实现温度的降低。这一点在下面用物理上的基础方程式来解释：

。

所述热容量C受到三个参数、也就是取决于材料的比热容c、体积V和密度ρ的影响。这三个参数可以概括为重量m，当然也应该将所述重量m保持尽可能低的程度：

。

为了与灰口铸铁制动盘相比能够以低的重量储存尽可能多的热，首要地选择高的比热容。适合于此的是具有相变的材料、像比如石蜡。在相变时额外地能够储存的热为：

，

其中L是熔化焓。

Claims (15)

1.尤其是用于机动车的制动盘（1），具有由第一种材料构成的基础盘（2）并且具有由第二种材料构成的降低磨损的涂层（8、9），其特征在于，所述第一种材料是轻金属并且所述第二种材料是氧化层（8、9）。

2.按权利要求1所述的制动盘，其特征在于，所述轻金属是铝。

3.按权利要求1所述的制动盘，其特征在于，所述轻金属是钛或者镁。

4.按前述权利要求中任一项所述的制动盘，其特征在于，所述第一种材料被施加在由塑料制成的载体上。

5.按前述权利要求中任一项所述的制动盘，其特征在于，所述基础盘（2）被施加到载体上。

6.按前述权利要求中任一项所述的制动盘，其特征在于，所述基础盘（2）和/或所述载体具有相变材料。

7.按前述权利要求中任一项所述的制动盘，其特征在于，所述基础盘（2）和/或所述载体具有至少一个腔室（22），在所述腔室中布置了所述相变材料。

8.用于机动车的制动装置（10），具有与车轮能够连接/相连接的制动盘（1），所述制动盘具有配属于该制动盘（1）的制动钳（11），所述制动钳拥有至少一个能够操纵的制动元件（12、13），其特征在于，所述制动盘（1）根据权利要求1到7中的一项或者多项来构成。

9.按权利要求8所述的制动装置，其特征在于，在所述制动钳（11）上布置了至少一个与所述制动盘（1）能够接触/处于接触之中的导热元件（15）。

10.按前述权利要求中任一项所述的制动装置，其特征在于，所述导热元件（15）是接触刷（16）。

11.按前述权利要求中任一项所述的制动装置，其特征在于，所述导热元件（15）是以能够转动的方式得到支承的接触轮（19）。

12.按前述权利要求中任一项所述的制动装置，其特征在于，所述导热元件（15）与散热器（18）热连接。

13.用于制造尤其按前述权利要求中的一项或者多项所述的制动盘（1）的方法，具有以下步骤：

-提供由轻金属构成的基础盘（2），

-通过硬质阳极氧化或者通过等离子电解氧化在所述基体（8、9）上制造氧化层（8、9）。

14.按权利要求13所述的方法，其特征在于，所述基础盘（2）由钛或者铝制成。

15.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述基础盘（2）施加到载体上并且/或者作为板材件来制造所述基础盘（2）。