DE10055275A1 - Endlos-Fadenbremsband und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Abstract

Ein Endlos-Bremsband für eine Fadenbremse besteht aus ausscheidungs-gehärtetem rostfreien Stahl (S). Bei der Herstellung wird zunächst ein endloser Zuschnitt aus einem Blech eines ausscheidungs-härtbaren rostfreien Stahls angefertigt, der Zuschnitt in endloser Form in die Kegelstumpfgestalt gebracht, und danach durch Ausscheidungshärtung gehärtet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Endlos-Fadenbremsband gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Endlos-Fadenbremsband gemäß Ober­ begriff des Anspruchs 2.

In einer Fadenbremse mit kegelstumpfförmigem, endlosem Bremsband wird das Bremsband koaxial mit seiner Innenfläche gegen eine meist gerundete Fadenabzugs­ fläche beispielsweise eines Speicherkörpers angedrückt. Zwischen der Innenfläche des Bremsbandes und der Fadenabzugsfläche entsteht ein Kontaktbereich, der als Bremszone genutzt wird. Der Faden ist in Windungen auf dem Speicherkörper bevor­ ratet und wird aus den Windungen überkopf des Speicherkörpers und unter dem Bremsband abgezogen. Dabei passiert er die Berührungszone zwischen dem Brems­ band und dem Abzugsrand, um gebremst zu werden, bzw. eine im Wesentlichen gleichmäßige Fadenspannung zu erhalten. Durch das Abziehen der Windungen ent­ steht eine Rotationsbewegung des abgezogenen Fadens, ähnlich der Bewegung ei­ nes Uhrzeigers. Bei dieser Umlaufbewegung wird das Bremsband mitwandernd ver­ formt. Der Faden reibt am Bremsband. Der Speicherkörper und das Bremsband ste­ hen im Wesentlichen stationär. Deshalb benötigt das Bremsband Flexibilität, gutes Federungsverhalten und hohe Verschleißfestigkeit unter der Reibbelastung durch das jeweilige Fadenmaterial und auch der Reibbelastung an der meist metallischen Ab­ zugsfläche, mit der zusammen das Bremsband die Bremszone bildet.

Aus WO 98/23520 ist ein solches kegelstumpfförmiges Endlos-Bremsband bekannt, das aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht, wobei als Beispiel Beryllium- Kupfer genannt ist. Beryllium-Kupfer ist ein Werkstoff, der bei der Bearbeitung außer­ ordentlicher Sorgfalt bedarf. Das Bremsband kann unter bestimmten Einsatzbedin­ gungen oder bei bestimmten Fadenqualitäten frühzeitig spürbar und ungleichmäßig verschleißen.

Aus US 5 546 994 ist ein Bremsband bekannt, das aus Metallblech in einer Stärke von 0,1 mm oder weniger besteht und durch Stanzen und Tiefziehen hergestellt wird. Das Bremsband wird als flexibel beschrieben.

Aus US 5 678 779 ist ein Endlos-Bremsband dieser Art bekannt, das aus einer Me­ talllegierung hergestellt ist.

Aus US 5 409 043 ist schließlich ein solches Bremsband bekannt, das als sehr dünne metallische Schicht innen auf einen äußeren Kevlar-Trägerkonus aufgebracht ist, oder aus einem Stahlblech in einer Stärke von 0,05 bis 0,1 mm besteht. Die aktive Oberflä­ che des Bandes kann verchromt oder vernickelt sein.

Für eine einwandfreie Funktion muss das Bremsband endlos, federnd, trotz der gerin­ gen Wandstärke glatt und an der aktiven Oberfläche verschleißfest sein. Das Feder­ verhalten und die Verschleißfestigkeit könnten mit gehärtetem konventionellen Stahlsorten erzielt werden. Gehärteter konventioneller Stahl ist aber in der Regel nicht mehr formbar. Umgekehrt ist das Härten zuvor verformten konventionellen Stahls bis­ her kaum möglich. Bei einer Härtung von konventionellen Stahlsorten nach dem For­ men wäre ferner bei so dünnen Wandstärken (maximal wenige Zehntel Millimeter) mit Formfehlern des Kegelstumpfes zu rechnen, die die notwendige Ebenheit des Brems­ bandes an der aktiven Oberfläche ausschließen und ein homogenes Verformungsver­ halten des Bremsbandes im Betrieb nicht mehr erreichen lassen. Deshalb wurden solche Faden-Bremsbänder bisher aus anderen metallischen Werkstoffen hergestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Faden-Bremsband der eingangs ge­ nannten Art sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Faden-Bremsbandes anzugeben, mit denen die Anforderungen an Verschleißfestigkeit, gleichmäßige Oberflächenglätte, uniforme Federung und industrieller Großserienproduktion auf kostengünstige Weise zu erfüllen sind.

Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und verfahrensgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.

Ausscheidungs-gehärteter rostfreier Stahl erfüllt unerwartet genau die Anforderungen, die für ein Bremsband einer Fadenbremse auftreten. D. h., der Stahl lässt sich vor dem Härten bequem verformen, um die Kegelstumpfform des Bremsbandes aus einem flachen Zuschnitt ohne Formfehler formen zu können, und lässt sich dann so härten, dass er die erforderliche Federung, die glatte Oberfläche und vor allem die Ver­ schleißfestigkeit an der aktiven Oberfläche erbringt. Ausscheidungs-härtbarer Stahl ist in den gewünschten Dicken kostengünstig erhältlich, einfach mechanisch zu bearbei­ ten und bequem zu härten. Verfahrensgemäß wird die Verformbarkeit des ausschei­ dungs-härtbaren rostfreien Stahls genutzt, um zunächst die Kegelstumpfform des Bremsbandes auf dem flachen Zuschnitt zu bilden, und wird dann die gute Härtbarkeit im Hinblick auf hohe Federung und gute Verschleißfestigkeit an der aktiven Oberflä­ che durchgeführt, wobei sich erstaunlicherweise zeigt, dass der Härteprozess unter Erzielen einer glatten Oberfläche und ohne Formfehler des Kegelstumpfes des Fa­ den-Bremsbandes trotz der dünnen Wandstärke durchführbar ist.

Der flache Zuschnitt wird zweckmäßigerweise durch Stanzen geformt. Hierbei lässt sich ein hoher Ausstoß mit ausreichender Genauigkeit erzielen. Das Kaltverformen in die Gestalt des Kegelstumpfmantels erfolgt zweckmäßigerweise durch Tiefziehen in einem Werkzeug. Die Härtung wird in drei Schritten durchgeführt, und zwar in einem Austenit-Konditionierschritt, einem anschließenden Austenit/Martensit-Transformie­ rungsschritt und schließlich einem abschließenden Ausscheidungs-Härteschritt.

Bei dem Austenit-Konditionierschritt wird der kaltverformte Zuschnitt auf rund 955°C erwärmt und dann ca. zehn Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Danach darf sich der Zuschnitt in Luft auf Raumtemperatur abkühlen. Ehe eine Stunde verstrichen ist, wird der abgekühlte kaltverformte Zuschnitt bis auf etwa -73°C abgekühlt und für acht Stunden auf dieser Kühltemperatur gehalten. Dann darf er sich in Luft wieder auf Raumtemperatur erwärmen (Transformierungs-Schritt). Abschließend wird er auf ca. 510°C erwärmt, für ca. 90 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und schließlich in Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Damit ist die Ausscheidungs-Härtung abge­ schlossen. Das Bremsband kann dann in üblicher Weise weiteren Verarbeitungs­ schritten zugeführt bzw. in die Fadenbremse eingegliedert werden.

Im Hinblick auf exakte Maßhaltigkeit und homogene Eigenschaften des Bremsbandes ist es zweckmäßig, den Zuschnitt als flachen Kreisring mit Übermaß in Radialrichtung zu stanzen, und erst nach der Kaltverformung und vor der Härtung auf die Sollmasse zu schneiden. Das Überschussmaterial in radialer Richtung kann zuvor bei dem Reck- Prozess, der mit dem Kaltverformen einhergeht, Materialverlagerungen kompensie­ ren. Durch das anschließende Beschneiden liegen dann bis zu den endgültigen Schneidrändern gleiche Verhältnisse im Faden-Bremsband vor.

Alternativ kann die endgültige Beschneidung auch erst nach dem Härten erfolgen.

Beim Kaltverformen wird zweckmäßigerweise eine gleichmäßige Wandstärke zwi­ schen 0,01 mm bis 0,5 mm eingestellt. Ein Dickenbereich von ca. 0,05 mm bis ca. 0,3 mm ist für Fadenbremsbänder aus diesem ausscheidungs-gehärteten Stahl beson­ ders günstig.

Damit bei Lagerhaltung, Transport oder dgl. keine die Bearbeitung des Stahles stö­ rende Korrosion eintritt, und ggfs. zur besseren Bearbeitbarkeit sollte der Zuschnitt aus einem angelassenen Blech gestanzt werden. Unter "angelassen" wird dabei die herstellerseitige Korrosionsschutzmaßnahme verstanden, so z. B. eine Lösungswär­ mebehandlung mit rascher Abkühlung (Mill Annealed, d. h. Solution Heat Treated and Rapid Cooled).

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Endlos-Bremsbandes für eine Fadenbrem­ se,

Fig. 2 als Vertikalschnitt den Schritt des Anfertigens eines flachen Zuschnitts,

Fig. 3 schematisch die Kaltverformung des flachen Zuschnitts der Fig. 2 in ei­ ne Kegelstumpfgestalt mit anschließendem Zuschneiden der endgülti­ gen Dimensionen, und

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch das Bremsband mit Hinweisen auf die durchzuführenden Vergütungs- oder Härtungsschritte.

Ein Endlos-Bremsband B in Fig. 1 hat die Form eines Kegelstumpfmantels mit einem kleineren Durchmesser di und einem großen Durchmesser da, einer Höhe h in Rich­ tung der Kegelachse X, einer Bandweite b in Richtung der Erzeugenden, und einer Wandstärke y. Die Wandstärke y liegt zwischen etwa 0,01 mm und 0,5 mm und ist im gesamten Bremsband B gleich. Das Bremsband B besteht aus einem ausscheidungs­ gehärteten rostfreien Stahl S (Precipitation Hardening Stainless Steel). Ein gutes Be­ triebsverhalten wird mit einer Wandstärke von 0.08 mm erzielt, z. B. bei einem Faden­ bremsband mit etwa 110 mm Außendurchmesser, etwa 85 mm Innendurchmesser, und einem Kegelspitzwinkel zwischen ca. 90° und 120°.

Die innere Oberfläche des Bremsbandes B ist die aktive Bremsfläche, die glatt und verschleißfest sein muss. Ferner muss das Band undehnbar sein, jedoch in radialer Richtung verformbar bzw. gut federnd.

Bei der Herstellung des Bremsbandes B von Fig. 1 wird wie folgt vorgegangen.

Gemäß Fig. 2 wird zunächst aus einem ebenen Blech M ein kreisringförmiger flacher Zuschnitt Z gebildet, z. B. durch Ausstanzen, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Soll-Innendurchmesser di des Bremsbandes und dessen Außendurchmesser grö­ ßer ist als der Soll-Außendurchmesser da des Bremsbandes B.

Gemäß Fig. 3 wird der flache Zuschnitt Z in einem Werkzeug W, z. B. durch Tiefzie­ hen, in die Form des Kegelstumpfes bzw. kegelstumpfförmigen Zwischenproduktes Z1 gebracht. Da beim Tiefziehen unvermeidliche Materialverlagerungen auftreten, wurde der Zuschnitt Z in radialer Richtung mit Übermaßen dimensioniert, die im Ver­ formungsschritt in Fig. 3 genutzt werden, um das Fließen des Materials zuzulassen. Nach der Verformung erfolgt ein Zuschneiden auf die Soll-Durchmesser di und da.

Der nun bereits die endgültigen Dimensionen aufweisende Zuschnitt Z1 wird nun wie folgt bearbeitet:
In einem Austenit-Konditionier-Schritt I wird der Zuschnitt Z1 zunächst auf beispiels­ weise 955°C erhitzt und für zehn Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Dann kann er sich in Luft wieder auf Raumtemperatur RT abkühlen.

In einem zweiten Austenit/Martensit-Transformierungs-Schritt II, der innerhalb einer Stunde nach dem ersten Schritt I beginnt, wird der Zuschnitt Z1 auf ca. -73°C abge­ kühlt, dann für ca. acht Stunden auf dieser Temperatur gehalten, ehe er sich in Luft wieder auf Raumtemperatur RT zu erwärmen vermag.

In einem anschließenden Ausscheidungs-Härteschritt III wird der Zuschnitt Z1 erneut erwärmt, und zwar auf ca. 510°C, für 90 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, ehe er sich schließlich in Luft bis auf Raumtemperatur RT abkühlen darf. Dann liegt das Bremsband B aus dem ausscheidungs-gehärteten rostfreien Stahl S vor.

Eine Nachbearbeitung ist nicht erforderlich, kann jedoch fallweise vorgenommen wer­ den.

Neben anderen Zusätzen enthält ausscheidungs-härtbarer rostfreier Stahl als Haupt­ legierungsbestandteile Chrom und Nickel. Dieser Stahl ist an sich bestimmt zum Her­ stellen von Federn, Clips, Rahmenstrukturen in Luftfahrzeugen und Drucktanks. Auf die Verschleißfestigkeit dieses Stahls kommt es in diesen Einsatzgebieten nicht so sehr an. Erfindungsgemäß wird hingegen vor allem die Verschleißfestigkeit als äu­ ßerst willkommener Nebeneffekt des ausscheidungs-härtbaren Stahls bei der Faden­ bremsung genutzt.

Claims (8)

1. Endlos-Bremsband (B) für eine Fadenbremse, mit der Form eines Kegelstumpf- Mantels, der durch Kaltverformen eines flachen Zuschnitts (Z) aus dünnem Metall­ blech (M) hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsband (B) aus ausscheidungs-gehärtetem rostfreiem Stahl (S) (Precipitation Hardening Stainless Steel) besteht.

2. Verfahren zum Herstellen eines Fadenbrems-Endlos-Bremsbandes mit der Form eines Kegelstumpfmantels, bei dem ein flacher, endloser Zuschnitt durch Kaltverfor­ men in die Kegelstumpfform gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zu­ schnitt (Z) aus einem Blech (M) eines durch Ausscheidungshärtung härtbaren rost­ freien Stahls (S) gebildet, danach kaltverformt und nach dem Kaltverformen ausschei­ dungs-gehärtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschnitt (Z) ge­ stanzt und durch Tiefziehen in einem Werkzeug (W) kaltverformt wird, und dass die Härtung mit einem Austenit-Konditionier-Schritt (I), einem Austenit/Martensit-Transfor­ mations-Schritt (II) und einem Ausscheidungs-Härteschritt (III) durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kaltverformte Zu­ schnitt (Z1) auf knapp unter 1000°C, vorzugsweise 955°C, erwärmt und ca. zehn Mi­ nuten auf dieser Temperatur gehalten und nachfolgend in Luft bis auf Raumtempe­ ratur (RT) abgekühlt wird [Austenit-Konditionierung], dass er nachfolgend innerhalb einer Stunde bis etwa auf -73°C abgekühlt und für ca. acht Stunden auf dieser Kühl­ temperatur gehalten und dann in Luft auf Raumtemperatur erwärmt wird [Transfor­ mations-Schritt], und dass er abschließend auf etwas über 500°C, vorzugsweise 510°C, aufgeheizt, für ca. 90 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, und dann in Luft auf Raumtemperatur (RT) abgekühlt wird [Ausscheidungs-Härtung].

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschnitt (Z) als flacher Kreisring mit Übermaß in Radialrichtung gestanzt und erst nach der Verfor­ mung und vor der Härtung in Radialrichtung auf das Sollmaß (di, da) beschnitten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschnitt (Z) als flacher Kreisring mit Übermaß in Radialrichtung gestanzt und erst nach der Härtung in Radialrichtung auf das Sollmaß (di, da) beschnitten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kaltverformen eine gleichmäßige Wandstärke innerhalb eines Bereiches (y) zwischen 0,01 mm und 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,3 mm, eingestellt wird.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, dass der Zuschnitt (Z) aus einem angelassenen Blech (M) gestanzt wird (Mill An­ nealed, d. h. Solution Heat Treated And Rapid Cooled).