DE102015013157A1

DE102015013157A1 - Reibelement für eine Fahrradbremse

Info

Publication number: DE102015013157A1
Application number: DE102015013157.5A
Authority: DE
Inventors: Makoto SOUWA; Tooru IWAI
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2016-04-28
Also published as: TWI631294B; US20160116012A1; CN105537596B; TW201616005A; US9470284B2; CN105537596A

Abstract

Es wird ein Reibelement für eine Fahrradbremse offenbart, welches durch eine Verbrennungssynthese erlangt wird. Ein Beispiel des Fahrradbremsenreibelements weist einen intermetallischen Compound auf, welcher aus einem ersten Metall und einem zweiten Metall und einer Metallphase erlangt wird, welche wiederum aus dem ersten Metall erlangt wird.

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der früheren US Anmeldung Nr. 14/521,472, welche am 23. Oktober 2014 eingereicht wurde und der Anmeldung US 14/583,193, welche am 26. Dezember 2014 eingereicht wurde. Auf den Inhalt der beiden Anmeldungen wird hiermit Bezug genommen.
GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrradkomponente, insbesondere auf ein Reibelement für eine Fahrradbremse.
HINTERGRUND
Physikalische Eigenschaften für Fahrradkomponenten sind abhängig vom Typ der Fahrradkomponente. Einige Fahrradkomponenten müssen ausreichend Zugfestigkeit aufweisen. Andere Fahrradkomponenten müssen ausreichend Abnutzungsfestigkeit aufweisen. Wieder andere Fahrradkomponenten müssen ausreichend Zugfestigkeit und Abnutzungsfestigkeit aufweisen.
Eine Fahrradbremse bewegt ein Reibelement, wenn ein Bremshebel betätigt wird und generiert eine Bremskraft aus der Reibung des Reibelements mit einem Rotor oder einer Fahrradfelge. Eine Bremskraft bei hoher Temperatur (Fading-Performance), das Verhältnis einer Nass-Bremskraft zu einer Trocken-Bremskraft (Trocken/Nass-Verhältnis), eine Abnutzungsfestigkeit des Reibelements, ein Bremsgeräusch, oder dergleichen kann verwendet werden, um die Bremsperformance bzw. Bremseigenschaften einer Fahrradbremse zu evaluieren. Das Reibelement ist ein Faktor, der die Bremsperformance beeinflusst.
Die Einfachheit der Herstellung des Reibelements und die Ausbringung des Reibelements beeinflussen die Herstellungskosten des Reibelements. Reibelemente für Fahrradbremsen werden hauptsächlich kategorisiert in Reibelemente, welche aus einem synthetischen Harz (d. h. Harzpad) geformt sind und Reibelemente, welche aus einem anorganischen Material, wie z. B. einem Metall-Komposit-Material (d. h. Metallpads) geformt sind. Metallpads sind den Harzpads in Bezug auf die Hochtemperatur-Bremskraft (Fading-Performance) überlegen. Die Herstellungskosten für Metallpads sind höher als die der Harzpads, wegen der geringen Ausbringung der Metallpads.
ÜBERBLICK
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Fahrradkomponente bereitzustellen, die aus einem Metall-Komposit-Material geformt ist. Einige Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf ein Reibelement für eine Fahrradbremse gerichtet, das dazu in der Lage ist, zumindest eine der Bremseigenschaften zu verbessern. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein kostengünstiges Herstellungsverfahren für ein Reibelement für eine Fahrradbremse gerichtet, welche eine verbesserte Brems-Performance hat. Weiterhin ist ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung auf eine Fahrradkomponente gerichtet, welche ausreichende Zugfestigkeit und/oder ausreichende Abnutzungsfestigkeit aufweist.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Reibelement für eine Fahrradbremse bereit, das durch Verbrennungssynthese erlangt wird.
In einem Beispiel weist das Reibelement einen intermetallischen Compound auf, welcher durch Verbrennungssynthese erlangt wird.
In einem Beispiel weist das Reibelement weiterhin eine Metallphase auf.
In einem Beispiel weist die Metallphase zumindest eines auf von Cu, Al, Zn und Ni.
In einem Beispiel weist die Metallphase Cu auf und der intermetallische Compound weist zumindest eines auf von TiCu, Ti₂Cu, Ti₃Cu₄, Ti₂Cu₃ und TiCu₄.
In einem Beispiel weist das Reibelement zumindest eines auf von TiC und Cu₃Ti₃O.
In einem Beispiel weist das Reibelement ein Kompositmaterial auf, welches einen intermetallischen Compound aufweist. Der intermetallische Compound weist zumindest eines auf von TiC, TiCu, Ti₂Cu, TiCu₃, Ti₃Cu₄, Cu₃Ti₃O und TiCu₄.
In einem Beispiel wird das Reibelement dadurch erhalten, dass ein pulverkompaktierter Körper, welcher zumindest drei Typen von Pulver aufweist, einer Verbrennungssynthese unterzogen wird.
In einem Beispiel sind die zumindest drei Typen von Pulver: Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver.
In einem Beispiel enthält der pulverkompaktierte Körper 10–30 Gew.-% von Karbonpulver in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.
In einem Beispiel enthält der pulverkompaktierte Körper 0,1–50 Gew.-% von Titanpulver in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.
In einem Beispiel enthält der pulverkompaktierte Körper 5–15 Gew.-% von Titanpulver in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Reibelement für eine Fahrradbremse bereit. Das Reibelement weist einen intermetallischen Compound auf, welcher von einem ersten Metall und einem zweiten Metall erlangt wird und eine Metallphase, die aus dem ersten Metall geformt ist.
In einem Beispiel ist das erste Metall eines von Cu, Al, Zn und Ni. Weiter ist das zweite Metall Ti.
In einem Beispiel ist das erste Metall Cu und der intermetallische Compound ist zumindest eines von TiCu, Ti₂Cu, Ti₃Cu₄, Ti₂Cu₃ und TiCu₄.
In einem Beispiel weist das Reibelement weiterhin zumindest eines auf von TiC und Cu₃Ti₃O.
In einem Beispiel wird das Reibelement dadurch erhalten, dass ein pulverkompaktierter Körper, welcher zumindest drei Arten von Pulver aufweist, einer Verbrennungssynthese unterzogen wird.
In einem Beispiel sind die zumindest drei Typen von Pulver: Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver.
In einem Beispiel enthält der pulverkompaktierte Körper 10–30 Gew.-% des Karbonpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.
In einem Beispiel enthält der pulverkompaktierte Körper 0,1–50 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.
In einem Beispiel enthält der pulverkompaktierte Körper 5–15 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Fahrradkomponente aufweisend einen Cu-Ti-basierten intermetallischen Compound bereit.
In einem Beispiel weist die Fahrradkomponente weiter eine Metallphase auf.
In einem Beispiel weist die Metallphase Cu auf. Der Cu-Ti-basierte intermetallische Compound weist weiterhin eines auf von TiCu, Ti₂Cu, Ti₃Cu₄, Ti₂C₃ und TiCu₄.
In einem Beispiel weist die Fahrradkomponente weiterhin zumindest eines auf von TiC und Cu₃Ti₃O.
In einem Beispiel wird der Cu-Ti-basierte intermetallische Compound dadurch erlangt, dass ein pulverkompaktierter Körper, welcher zumindest Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver aufweist, einer Verbrennungssynthese unterzogen wird.
In einem Beispiel enthält der pulverkompaktierte Körper 10–30 Gew.-% des Karbonpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.
In einem Beispiel enthält der pulverkompaktierte Körper 0,1–50 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.
In einem Beispiel enthält der pulverkompaktierte Körper 5–15 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.
In einem Beispiel ist die Fahrradkomponente ein Reibelement für eine Fahrradbremse.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Herstellungsverfahren für ein Reibelement für eine Fahrradbremse bereit. Das Verfahren weist das Formen eines pulverkompaktierten Körpers und das Unterziehen des pulverkompaktierten Körpers einer Verbrennungssynthese auf.
In einem Beispiel weist der pulverkompaktierte Körper Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver auf.
In einem Beispiel enthält der pulverkompaktierte Körper 10–30 Gew.-% des Karbonpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.
In einem Beispiel weist der pulverkompaktierte Körper 0,1–50 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers auf.
In einem Beispiel weist der pulverkompaktierte Körper 5–15 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers auf.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann von der folgenden gegebenen Beschreibung in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, welche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung, zusammen mit Aufgaben und Vorteilen davon, können am besten unter Bezugnahme auf die im Folgenden gegebene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
1(a) ein schematisches Diagramm ist, welches ein Herstellungsverfahren einer Ausführungsform eines Reibelements darstellt;
1(b) und 1(c) schematische Diagramme sind, darstellend ein Mikroskop-Bild des Reibelements;
2(a) und 2(b) schematische Diagramme des Reibelements in Beispiel 1 und vergleichendem Beispiel 1 sind;
3 ein Graph ist, welcher das Ergebnis eines Abnutzungsfestigkeitstests darstellt, der an mehreren Beispielen von Reibelementen durchgeführt wurde.
4 ein Graph ist, der die Härte von einigen Beispielen des Reibelements darstellt;
5 ein Röntgen-Analyse-Graph von Beispielen des Reibelements ist, welche verschiedene Ti/Cu-Verhältnisse haben, um eine Diffraktionspeak-Intensität von Cu darzustellen;
6 ein Röntgen-Analyse-Graph von Beispielen des Reibelements ist, welche verschiedene Ti/Cu-Verhältnisse haben, um eine Diffraktionspeak-Intensität eines intermetallischen Compounds von Ti₂Cu darzustellen;
7 ein Röntgen-Analyse-Graph von Beispielen des Reibelements ist, mit verschiedenen Ti/Cu-Verhältnissen, um eine Diffraktionspeak-Intensität eines intermetallischen Compounds von TiCu₄ darzustellen; und
8 ein Röntgen-Analyse-Graph von Beispielen des Reibelements ist, welche verschiedene Ti/Cu-Verhältnisse aufweisen, um eine Diffraktionspeak-Intensität von Cu₃Ti₃O darzustellen.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Herstellungsverfahren für ein Reibelement 10 einer Fahrradbremse, welches ein Beispiel einer Fahrradkomponente ist, wird nun beschrieben. Wie zu sehen in 1(a) weist das Herstellungsverfahren das Formen eines pulverkompakierten Körpers CB auf, welcher zumindest drei Typen von Pulver P1, P2 und P3 aufweist und das Aussetzen bzw. Unterziehen des pulverkompaktierten Körpers CB einer Verbrennungssynthese. Die Verbrennungssynthese kann als selbstablaufende Hochtemperatursynthese bezeichnet werden. Die zumindest drei Typen von Pulver P1, P2 und P3 sind Reaktionsmittel in der Verbrennungssynthese. Das Reibelement 10, welches einen intermetallischen Compound, wie z. B. einen Cu-Ti-basierenden intermetallischen Compound aufweist, wird durch Verbrennungssynthese hergestellt. In der vorliegenden Ausführungsform weist das Reibelement 10 als intermetallischen Compound zumindest eines auf von TiCu, Ti₂Cu, Ti₃Cu₄, Ti₂Cu₃ und TiCu₄. Das Reibelement 10 kann weiterhin zumindest eines aufweisen von TiC und Cu₃Ti₃O.
Das Reibelement 10, welches vermittels Verbrennungssynthese hergestellt wird, hat eine zufriedenstellende bzw. ausreichende Bremsperformance, wie z. B. Hochtemperaturbremskraft (Fading-Performance), das Verhältnis einer Nass-Bremskraft zu einer Trocken-Bremskraft (Nass/Trocken-Verhältnis), Abnutzungswiderstand, Bremsgeräusch oder dergleichen. Insbesondere erlaubt das Reibelement 10 der vorliegenden Ausführungsform ein Nass/Trocken-Verhältnis, welches nahe 1 ist und kann das Bremsgeräusch reduzieren.
Die Verbrennungssynthese wird durch Aussetzen bzw. Unterziehen des pulverkompaktierten Körpers CB einer externen thermischen Stimulation gestartet, um lokal eine Verbrennungsreaktion zu induzieren, welche eine exotherme Reaktion ist an dem pulverkompaktierten Körper CB. Genauer wird die Verbrennungssynthese durch lokales Bestrahlen des pulverkompaktierten Körpers CB mit einem Laserstrahl gestartet, um lokal den pulverkompaktierten Körper CB aufzuheizen. Zum Beispiel wird ein Teil des pulverkompaktierten Körpers CB mit einem Laserstrahl von einer Intensität von 100 bis 400 Watt für 5 bis 30 Sekunden beleuchtet. Hitze wird generiert, wenn ein Teil des pulverkompaktierten Körpers CB lokal in eine Verbrennungsreaktion übergeht. Zum Beispiel, wie zu sehen in 1(a), induziert eine externe thermische Stimulation, welche auf ein Ende des pulverkompaktierten Körpers CB angewendet wird, eine Verbrennungsreaktion an diesem Ende. Die Verbrennungsreaktion schreitet sukzessive in dem pulverkompaktierten Körper CB von einem Ende zu dem anderen Ende fort. Die Verbrennungssynthese wird in einer extrem kurzen Zeit vervollständigt, ohne die Notwendigkeit kontinuierlich Hitze von außen zuzuführen. Dies resultiert in einem extrem kleinen Betrag von Wärmeenergie, der von außen zugeführt werden muss. Demzufolge reduziert die Verbrennungssynthese signifikant die Herstellungskosten für das Reibelement 10, welches einen intermetallischen Compound aufweist und verbesserte Bremsperfomance hat.
Die mikroskopische Struktur des Reibelements 10 wird nun beschrieben. Wie zu sehen in 1(b) weist das Reibelement 10 eine Metallphase (eine metallkontinuierliche Phase) 12 und einen intermetallischen Compound 14 (hier intermetallische Compoundpartikel) auf, welche uniforme oder nicht-uniforme Form haben. Die Metallphase 12 weist eine Matrixphase oder eine erste Phase auf. Der intermetallische Compound 14 ist normalerweise in der Metallphase verteilt, um eine Dispersionsphase, eine Kornphase oder eine zweite Phase zu formen. Der intermetallische Compound 14 weist, z. B. zumindest eines auf von TiCu, Ti₂Cu, Ti₃Cu₄, Ti₂Cu₃ und TiCu₄. In dem dargestellten Beispiel von 1(b) weist der intermetallische Compound einen ersten intermetallischen Compound 14a und einen zweiten intermetallischen Compound 14b auf. Der erste intermetallische Compound 14a ist, z. B. Ti₂Cu. Der zweite intermetallische Compound 14b ist, z. B. TiCu₄. Die Metallphase 12 weist zumindest eines auf von Cu, Al, Zn und Ni. In dem dargestellten Beispiel von 1(b) ist die Metallphase 12 eine Einzelmetallphase wie z. B. eine Metall-Cu-Phase. Das bedeutet, dass das Reibelement 10 einen intermetallischen Compound 14 aufweist, welcher von einem ersten Metall (hier Cu) und einem zweiten Metall (hier Ti) und einer Metallphase 12 des ersten Metalls (hier Cu) erhalten wird. In mehreren Beispielen kann die Metallphase 12 eine feste Metalllösungsphase bzw. ein Metallmischkristall, wie z. B. eine Cu-Ti-feste Lösung bzw. Mischkristall sein. Weiter kann bei mehreren Beispielen die Metallphase 12 der intermetallische Compound sein.
In dem Beispiel von 1(c) weist das Reibelement 10 nicht-metallische Partikel 16 und verstärkte Phasen 18 auf, die in der Metallphase 12 verteilt sind. Die nicht-metallischen Partikel 16 sind, zum Beispiel, Karbonpartikel. Die verstärkten Phasen 18 sind, zum Beispiel, Cu₃Ti₃O oder TiC. Die verstärkten Phasen 18 können partikelartige verstärkte Phasen 18a und/oder filmartige verstärkte Phasen 18b sein. Die filmartig verstärkten Phasen 18b können teilweise oder gänzlich einige der nichtmetallischen Partikel 16 bedecken. In mehreren Beispielen formen die partikelartigen verstärkten Phasen 18a und die filmartigen verstärkten Phasen 18b ein in Eingriff stehende Verstärkungsstruktur.
Die zumindest drei Typen von Pulver P1, P2 und P3 werden ausgewählt und konfiguriert, um den Fortschritt der Verbrennungssynthese zu verbessern. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die zumindest drei Pulvertypen P1, P2 und P3, welche die Reaktionspartner sind, Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver auf. Weiterhin können Aluminiumpulver, Zinkpulver, Nickelpulver und jegliche Kombinationen dieser drei Pulver anstelle oder zusätzlich zu Kupferpulver verwendet werden. Wie in dem Beispiel dargestellt, wird der Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver aufweisende pulverkompaktierte Körper der Verbrennungssynthese unterzogen, um ein Kompositmaterial zu erlangen, welches einen intermetallischen Compound, wie z. B. TiCu, Ti₂Cu, Ti₃Cu₄, Ti₂Cu₃ und TiCu₄, aufweist. Obwohl ein Block, geformt aus einem typischen intermetallischen Compound, generell bröckelig ist und einfach bricht, widersteht das Reibelement 10 der vorliegenden Erfindung, welches aus dem den intermetallischen Compound aufweisenden Kompositmaterial geformt wird, der Rissbildung. Entsprechend hat das Reibelement 10 der vorliegenden Ausführungsform eine verbesserte Beständigkeit und verbesserte Herstellungseffizienz zusätzlich zu dem Innehaben von verbesserter Bremsperformance.
Die Partikeldurchmesser der Pulver P1, P2 und P3 sind geeignet festgelegt, unter Beachtung der Einfachheit des Formens des pulverkompaktierten Körpers und der Verbesserung der Ausbreitung der Verbrennungssynthese. Zum Beispiel kann der Partikeldurchmesser in dem Bereich von 1 bis 200 μm sein. Wenn ein Reaktionssystem Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver aufweist, kann der Partikeldurchmesser des Kupferpulvers, welches eine Hauptkomponente einer Metallphase ist, größer als der Durchmesser eines Titanpartikels und eine Karbonpartikels. In einem Beispiel ist der Partikeldurchmesser des Kupferpulvers 100 bis 180 μm, der Partikeldurchmesser des Titanpulvers ist 10 bis 100 μm und der Partikeldurchmesser des Karbonpulvers ist 1 bis 10 μm.
Wenn die Verbesserung des Fortschreitens der Verbrennungssynthese und die thermische Performance des Reibelements beachtet wird, ist eine höhere Reinheit des Kupferpulvers mehr zu bevorzugen. Es ist insbesondere zu bevorzugen, wenn die Reinheit des Kupferpulvers 99% oder höher ist. Pures Titan kann als Titanpulver verwendet werden. Jedoch kann auch recyceltes Titanpulver verwendet werden, welches zu niedrigeren Kosten erlangt werden kann. Das Karbonpulver ist bevorzugt Graphit, welches zu niedrigen Kosten erlangt werden kann. Graphit vermindert die Rissbildung bzw. Rissneigung in dem Kompositmaterial, welches das intermetallische Compound aufweist, und funktioniert als Festschmierstoff, welcher das Bremsgeräusch reduziert.
Verschieden von den zumindest drei Pulvertypen P1, P2 und P3, welche die Reaktionsmittel sind, kann der pulverkompaktierte Körper weiterhin ein anorganisches Pulveradditiv, wie z. B. Mullit, Zirkon oder Kalziumfluorid aufweisen. Das anorganische Pulveradditiv funktioniert als ein Füller, ein Festschmierstoff, ein reibungskoeffizienteinstellendes Mittel oder dergleichen.
Die Vorteile, dass das Reaktionssystem Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver aufweist, werden nun unter Bezugnahme auf die 2(a) und 2(b) beschrieben.
2(a) zeigt Beispiel 1 des pulverkompaktierten Körpers CB, welcher so geformt wird, dass er eine flache Form hat und aus Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver geformt ist. Der pulverkompaktierte Körper CB von Beispiel 1 wurde einer Verbrennungssynthese unterzogen, um ein Reaktionsprodukt zu erlangen. Das Reaktionsprodukt war im Wesentlichen in seiner Form identisch zu der ursprüngliche flache Form. Das Reaktionsprodukt von Beispiel 1 war ohne weitere Bearbeitung oder durch leichtes In-Form-bringen verwendbar als Reibelement. Auf diese Art und Weise, durch Unterziehen des Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver aufweisenden pulverkompaktierten Körpers CB, einer Verbrennungssynthese, kann das Reibelement 10 mit der gewünschten Form unter hoher Ausbringung hergestellt werden.
Dazu im Gegensatz zeigt 2(b) ein Vergleichsbeispiel 1 eines pulverkompaktierten Körpers CBX der so geformt wurde, dass er eine flache Form hat und aus Kupferpulver und Titanpulver geformt wurde. Der pulverkompaktierte Körper CBX des Vergleichsbeispiels 1 wurde einer Verbrennungssynthese mit den gleichen Bedingungen als Beispiel 1 unterzogen, um ein Reaktionsprodukt 10X zu erlangen. In manchen Fällen war das Reaktionsprodukt 10X deformiert und wich in Form von der originalen flachen Form ab. Demzufolge war es ersichtlich, dass das Beifügen von Karbonpulver die Form des Reibelements 10 stabilisiert und die Effizienz bzw. Ausbringung des Reibelements 10 verbessert.
Obwohl nicht in den Zeichnungen gezeigt, wurde in einem Vergleichsbeispiel 2 ein pulverkompaktierter Körper, der eine flache Form aufwies und aus Aluminiumpulver, Titanpulver und Karbonpulver geformt. Als der pulverkompaktierte Körper des Vergleichsbeispiels 2 der Verbrennungssynthese unter den gleichen Bedingungen als Beispiel 1 unterzogen wurde, erlangte man ein in manchen Fällen viele Risse aufweisendes Reaktionsprodukt. Es war demzufolge ersichtlich, dass die kombinierte Verwendung von Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver die Ausbringung des Reibelements 10 erhöht.
Aus einem Analyseresultat des Reibelements 10 des Beispiels 1 wird angenommen, dass die durch die Verbrennungssynthese verursachte Reaktion wie folgend abläuft. Bevor die Verbrennungssynthese gestartet wird, sind Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver in den pulverkompaktierten Körper CB gemischt. Wenn die Verbrennungssynthese gestartet ist, schreitet eine Festdiffusion erst zwischen den Kupferatomen des Kupferpulvers und Titanatomen des Titanpulvers fort, um einen Kupfer-Titan(Cu-Ti)-Mischkristall zu formen. Wenn die Verbrennungssynthese weiter schreitet, wird ein intermetallischer Compound geformt, der zumindest eines aufweist von TiCu, Ti₂Cu, Ti₃Cu₄, Ti₂Cu₃ und TiCu₄, aus den Kupferatomen und den Titanatomen des Kupfer-Titan-Mischkristalls. Nachdem die Verbrennungssynthese endet, verteilt sich der intermetallische Compound in der Metallphase, welche durch den Kupfer-Titan-Mischkristall geformt wird. Das Karbonpulver verteilt sich in der Metallphase. Wenn die Verbrennungssynthese fortschreitet, reagieren Karbonatome des Karbonpulvers mit oder binden sich chemisch an die Titanatome der Metallphase, um eine TiC-verstärkte Phase oder verstärkte Struktur zu formen. Auf dieselbe Art und Weise reagieren, wenn die Verbrennungssynthese fortschreitet, Sauerstoffatome mit den Titanatomen und den Kupferatomen in der Metallphase und bilden eine Cu₃Ti₃O-verstärkte Phase oder eine verstärkte Struktur. Es wird angenommen, dass diese verstärkte Struktur signifikant die Bewegung des Cu-Ti-basierenden intermetallischen Compound vermindert, dass bedeutet, die Deformation des Reaktionsprodukts. In Übereinstimmung mit dem Typ und der Menge des Pulvers, bildend den pulverkompaktierten Körper CB, kann die Metallphase geformt werden aus einem, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einer Metallfestlösung bzw. Metallmischkristall, einem intermetallischen Compound, purem Metall und jeder Kombination dieser Materialien.
Bei dem pulverkompaktierten Körper CB, welcher zumindest Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver enthält, ist es bevorzugt, dass das Karbonpulver 10–30 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Kupferpulvers ausmacht. Das Mischen des Karbonpulvers innerhalb dieses Bereiches reduziert die Rissbildung in dem Reibelement 10 mit der gewünschten Form, verbessert die Ausbringung des Reibelements 10 und reduziert die Herstellkosten. Bevorzugt enthält der pulverkompaktierte Körper CB 0,1–50 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers. Das Mischen des Titanpulvers innerhalb dieses Bereiches verhindert oder vermindert Rissbildung in dem Reibelement 10 während oder nach der Verbrennungssynthese. Dies verbessert weiter die Ausbringung, wenn das Reibelement 10 in der gewünschten Form hergestellt wird.
Die Menge des Titanpulvers und die Abnutzungsfestigkeit des Reibelements werden nun unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und 3 beschrieben.

Die in Tabelle 1 gezeigten Mixturen werden verwendet, um pulverkompaktierte Körper zu formen, die zumindest Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver enthalten. Die pulverkompaktierten Körper werden einer Verbrennungssynthese unterzogen, um Reibelemente der Beispiele 2 bis 5 herzustellen. Mullit, Zirkon und Kalciumfluorid sind anorganische Pulveradditive. Tabelle 1

Anorganisches Pulver im pulverkompaktierten Körper	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4	Beispiel 5
Titan (Gew.-%)	4	8	15	23
Kupfer (Gew.-%)	72	68	61	53
Graphit (Gew.-%)	10	10	10	10
Mullit (Gew.-%)	3	3	3	3
Zirkon (Gew.-%)	4	4	4	4
Kalziumfluorid (Gew.-%)	6	6	6	6
Ti/Cu-Verhältnis (%)	5.6	12	25	43

Unter Bezugnahme auf 3 verringert sich die Abnutzung, wenn sich das Ti/Cu-Verhältnis von 0,1 zunimmt; nimmt ab, wenn die Ti/Cu-Ratio nahe ungefähr 12% ist und erhöht sich anschließend wieder. Die Abnutzungsfestigkeit bzw. der Abnutzungswiderstand wird größer, wenn die Abnutzungsmenge geringer wird.
Testergebnisse von mehreren Beispielen, aufweisend ein Ti/Cu-Verhältnis von 0,1% bis 50% zeigen eine Abnutzungsfestigkeit, welche größer ist als die eines konventionellen Metallpads. Demzufolge ist es bevorzugt, dass der pulverkompaktierte Körper 0,1 bis 50 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers enthält. Es ist weiterhin bevorzugt, dass der pulverkompaktierte Körper 5 bis 15 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers enthält. Durch Mischen des Titanpulvers innerhalb dieses Bereiches, wird ein kostengünstiges Reibelement hergestellt, mit einer Abnutzungsfestigkeit, die gleich oder besser als die eines konventionellen Metallpads ist. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der pulverkompaktierte Körper 10 bis 15 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Kupferpulver enthält. Das Mischen des Titanpulvers innerhalb dieses Bereichs lässt ein Reibelement erhalten, das konventionellen Metallpads überlegen ist und eine signifikante Überlegenheit in Bezug auf Abnutzungsfähigkeit hat.
Die Härte von einigen Beispielen von Reibelementen mit einem Ti/Cu-Verhältnis innerhalb 5% bis 25% wurde erhoben, um den Zusammenhang zwischen der signifikant verbesserten Abnutzungsfestigkeit und der Härte des Reibelements zu studieren. Das Ergebnis wird in 4 gezeigt. Wenn sich das Ti/Cu-Verhältnis erhöht, erhöht sich die Reibelementhärte linear. Die Resultate von 3 und 4 zeigen, dass der Korrelationskoeffizient zwischen der Abnutzungsfestigkeit und der Härte des Reibelements geringer als 1 ist.
Die Röntgenstrukturanalyse wurde an mehreren Beispielen von Reibelementen durchgeführt, welche das Ti/Cu-Verhältnis von 5% bis 30% liegend hatten, um die Komponente zu finden, welche die Abnutzungsfestigkeit verbessert. Die Resultate sind in den 5 bis 8 gezeigt. Wie in den 5 bis 7 gezeigt, nimmt mit sich erhöhendem Ti/Cu-Verhältnis Cu ab und das intermetallische Compound aufweisend Ti₂Cu und TiCu₄ nimmt zu. Wie zu sehen in den 6 und 7, nimmt, wenn das Ti/Cu-Verhältnis 20% überschreitet, Ti₂Cu und TiCu₄ in großem Maßstab zu. Weiterhin, wie gezeigt in 8, nimmt Cu₃Ti₃O zu, wenn sich das Ti/Cu-Verhältnis erhöht. Die Röntgenstrukturanalyse der 5 bis 8 zeigen, dass das Vorhandensein von Cu₃Ti₃O und dem intermetallischen Compound, aufweisend zumindest eines von Ti₂Cu und TiCu₄, die Abnutzungsfestigkeit des Reibelements verbessert hat.
Die Ausführungsform hat die im Nachfolgenden beschriebenen Vorteile.

(1) In der Ausführungsform wird das Reibelement 10 einer Fahrradbremse vermittels Verbrennungssynthese erlangt. Diese Konfiguration lässt eine kostengünstige Herstellung des Reibelements 10 zu, welches eine zufriedenstellende Bremsperformance hat.
(2) Das durch Verbrennungssynthese erlangte Reibelement 10 weist einen intermetallischen Compound auf. Dies verbessert die Bremsperformance, wie z. B. die Hochtemperaturbremskraft (Fading-Performance), das Verhältnis von Nassbremskraft zu einer Trockenbremskraft (Nass/Trocken-Verhältnis), Abnutzungsfestigkeit, Bremsgeräusch oder dergleichen. Bevorzugt ist das intermetallische Compound zumindest eines von TiCu, Ti₂Cu, Ti₃Cu₄, Ti₂Cu₃ und TiCu₄.
(3) Das Reibelement 10 weist weiterhin die Metallphase 12 auf. Dies verbessert die Hitzeabführungsperformance des Reibelements 10 und die Hochtemperaturbremskraft (Fading-Performance). Bevorzugt ist die Metallphase 12 zumindest eines von Cu, Al, Zn und Ni.
(4) Bevorzugt weist das Reibelement 10 TiC auf. Dies reduziert Risse bzw. die Rissbildung in dem Reibelement 10 und erhöht die Ausbringung des Reibelements 10.
(5) Bevorzugt weist das Reibelement 10 Cu₃Ti₃O auf. Dies verbessert die Abnutzungsfestigkeit des Reibelements 10.
(6) Der pulverkompaktierte Körper CB, aufweisend zumindest drei Arten von Pulver, wird einer Verbrennungssynthese unterzogen, um das Reibelement 10 zu erhalten. Diese Konfiguration erlaubt eine kostengünstige Herstellung des Reibelements 10, welches die gewünschte Form hat.
(7) Die zumindest drei Typen von Pulver sind Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver. Diese Konfiguration lässt das kostengünstige Reibelement 10 erhalten, welches in Bezug auf Hochtemperaturbremskraft (Fading-Performance), Verhältnis von einer Nass-Bremskraft zu einer Trocken-Bremskraft (Nass/Trocken-Verhältnis), Abnutzungsfestigkeit eines Reibelements und Bremsgeräusch verbessert ist.
(8) Der pulverkompaktierte Körper CB enthält 10 bis 30 Gew.-% des Karbonpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers. Diese Konfiguration erlaubt die Reduzierung von Rissen bzw. der Rissbildung in dem Reibelement 10, verbessert die Ausbringung des Reibelements 10 und reduziert die Herstellkosten.
(9) Der pulverkompaktierte Körper CB enthält 0,1 bis 50 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers. Diese Konfiguration erlaubt es, dass das Reibelement 10 kostengünstig und mit zufriedenstellender Abnutzungsfestigkeit erlangt wird.
(10) Der pulverkompaktierte Körper CB enthält 5 bis 15 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers. Diese Konfiguration lässt ein Reibelement 10 erhalten, das eine signifikant erhöhte Abnutzungsfestigkeit hat.
(11) Das Herstellungsverfahren des Reibelements 10 weist Formen des pulverkompaktierten Körpers CB auf und Unterziehen des pulverkompaktierten Körpers CB der Verbrennungssynthese. Diese Konfiguration erlaubt eine kostengünstige Herstellung des Reibelements 10, welches die gewünschte Form hat.

Die Ausführungsform kann wie folgend modifiziert werden.
Das Reibelement 10 der Ausführungsform ist an ein Trägerelement, wie z. B. eine Rückplatte, einen Kolben oder dergleichen geklebt, um einen Bremsklotz zu formen und kann mit jeglicher Fahrradbremse, wie z. B. eine Scheibenbremse, eine Felgenbremse oder dergleichen verwendet werden.
Das Reibelement 10 der Ausführungsform ist aus einem Kompositmaterial geformt, aufweisend einen Cu-Ti-basierenden intermetallischen Compound, wie z. B. Ti₂Cu oder TiCu₄. Das Kompositmaterial hat eine erhöhte Festigkeit (insbesondere Zugfestigkeit) und Abnutzungsfestigkeit. Demzufolge ist eine Fahrradkomponente, die aus dem Kompositmaterial geformt ist nicht auf das Reibelement 10 beschränkt und kann geeigneter Weise als Fahrradkomponente verwendet werden, bei welcher es erwünscht ist, dass die Festigkeit (insbesondere Zugfestigkeit) und/oder eine Abnutzungsfestigkeit verbessert ist. Zum Beispiel kann das Reibelement aus einem Kompositmaterial geformt werden, aufweisend einen intermetallischen Compound einer jeglichen Kombination von Al, Zn, Ni und Ti.
Bevorzugt ist die maximale Dimension (z. B. Länge) der Fahrradkomponente, aufweisend den Cu-Ti-basierenden intermetallischen Compound, 5 cm oder weniger.
Wenn die maximale Dimension 5 cm oder weniger ist, kann die Fahrradkomponente mit einer hohen Ausbringung gefertigt werden. Wenn die maximale Dimension der Fahrradkomponente 5 cm übersteigt, können sich Risse während der Verbrennungssynthese oder während dem Tempern nach der Verbrennungssynthese bilden. Dies würde die Ausbringung der Fahrradkomponente verringern.
Bevorzugt ist die Fahrradkomponente ein Reibelement für eine Fahrradbremse. Die maximale Dimension eines Reibelements für eine Fahrradbremse ist ungefähr 5 cm, typischer Weise ungefähr 2 cm, und kann deswegen mit einer hohen Ausbringung gefertigt werden.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen Formen ausgeführt werden kann, ohne vom Fokus der Erfindung abzurücken. Zum Beispiel können einige der Komponenten von allen in den Ausführungsformen offenbarten Komponenten weggelassen werden. Weiterhin können Komponenten, die in unterschiedlichen Ausführungsformen offenbart sind, geeignet miteinander kombiniert werden. Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen sind als beschreibend und nicht begrenzend bzw. limitierend zu verstehen und die Erfindung ist nicht auf die hier gegebenen Details begrenzt, sondern kann innerhalb des Umfangs und der Äquivalenz der beigefügten Ansprüche geändert werden.

Claims

Reibelement für eine Fahrradbremse, bei dem das Reibelement durch Verbrennungssynthese erlangt wird.
Reibelement nach Anspruch 1, umfassend einen intermetallischen Compound, erlangt durch Verbrennungssynthese.
Reibelement nach Ansprüchen 1 oder 2, weiterhin umfassend eine Metallphase, insbesondere die Metallphase aufweisend zumindest eines von Cu, Al, Zn und Ni.
Reibelement nach Anspruch 3, wobei die Metallphase Cu aufweist und der intermetallische Compound zumindest eines aufweist von TiCu, Ti₂Cu, Ti₃Cu₄, Ti₂Cu₃ und TiCu₄.
Reibelement für eine Fahrradbremse, das Reibelement umfassend: einen intermetallischen Compound, erlangt von einem ersten Metall und einem zweiten Metall; und eine Metallphase ausgebildet aus dem ersten Metall.
Reibelement nach Anspruch 5, bei welchem das erste Metall eines ist von Cu, Al, Zn und Ni; und das zweite Metall Ti ist.
Reibelement nach Anspruch 6, bei welchem das erste Metall Cu ist; und der intermetallische Compound zumindest einer ist von TiCu, Ti₂Cu, Ti₃Cu₄, Ti₂Cu₃ und TiCu₄.
Reibelement nach einem der Ansprüche 4 oder 7, weiterhin umfassend zumindest eines von TiC und Cu₃Ti₃O.
Reibelement nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei welchem das Reibelement erlangt wird durch Unterziehen eines pulverkompaktierten Körpers einer Verbrennungssynthese, wobei der Körper zumindest drei Typen von Pulver aufweist, insbesondere sind die zumindest drei Typen von Pulver: Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver.
Reibelement nach Anspruch 9, bei welchem der pulverkompaktierte Körper eines oder mehrere aufweist von a Enthalten 10–30 Gew.-% des Karbonpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers; b Enthalten 0,1–50 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers; c Enthalten 5–15 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.
Fahrradkomponente umfassend einen Cu-Ti-basierten intermetallischen Compound.
Fahrradkomponente gemäß Anspruch 11, weiterhin umfassend eine Metallphase.
Fahrradkomponente gemäß Anspruch 12, bei welcher die Metallphase Cu aufweist; und der Cu-Ti-basierte intermetallische Compound zumindest eines aufweist von TiCu, Ti₂Cu, Ti₃Cu₄, Ti₂Cu₃ und TiCu₄.
Fahrradkomponente nach Anspruch 13, weiterhin umfassend zumindest eines von TiC und Cu₃Ti₃O.
Fahrradkomponente nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei welcher der Cu-Ti-basierte intermetallische Compound erlangt wird durch Unterziehen eines pulverkompaktierten Körpers einer Verbrennungssynthese, wobei der Körper zumindest Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver aufweist.
Fahrradkomponente nach Anspruch 15, bei welcher der pulverkompaktierte Körper eines aufweist oder mehrere von a Enthalten 10–30 Gew.-% des Karbonpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers; b Enthalten 0,1–50 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers; c Enthalten 5–15 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.
Fahrradkomponente nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei welcher die Fahrradkomponente ein Reibelement für eine Fahrradbremse ist.
Herstellungsverfahren für ein Reibelement für eine Fahrradbremse, das Verfahren umfassend: Formen eines pulverkompaktierten Körpers; und Unterziehen des pulverkompaktierten Körpers einer Verbrennungssynthese.
Herstellungsverfahren eines Reibelements nach Anspruch 18, bei dem der pulverkompaktierte Körper Kupferpulver, Titanpulver und Karbonpulver aufweist.
Herstellungsverfahren eines Reibelements nach Anspruch 19, bei welchem der pulverkompaktierte Körper eines oder mehrere aufweist von a Enthalten 10–30 Gew.-% des Karbonpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers; b Enthalten 0,1–50 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers; c Enthalten 5–15 Gew.-% des Titanpulvers in Bezug auf das Gesamtgewicht des Kupferpulvers.