DE102015122325A1

DE102015122325A1 - Mechanisch aufgeraute Bremsscheiben

Info

Publication number: DE102015122325A1
Application number: DE102015122325.2A
Authority: DE
Inventors: David Alan Stephenson; James Maurice Boileau; David Garrett Coffman; Timothy J. Potter
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2016-06-23
Also published as: US10082187B2; CN105715706A; MX2015017473A; MX367442B; CN105715706B; US20160178019A1

Abstract

Eine Bremsscheibe enthält eine Außenfläche; eine erste und eine zweite Bremsfläche, die sich gegenüberliegen und die jeweils durch die Außenfläche begrenzt werden, um einen ersten und zweiten Bremsflächenrand, die sich gegenüberliegen, zu bilden. Mehrere konzentrische Rillen sind an der ersten und/oder zweiten Bremsfläche ausgebildet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf eine mechanisch aufgeraute Bremsscheibe, ein Werkzeug und einen Prozess dafür.
HINTERGRUND
Kraftfahrzeugscheibenbremsen bestehen aus einer Scheibe und einem Sattel. Die Scheibe dreht sich mit dem Rad und der Achse. Der Sattel dreht sich nicht und hält die Bremsbeläge. Der Sattel ist über eine und auf einer Seite der Scheibe angebracht. Wenn die Bremse betätigt wird, drückt der Sattel die Beläge gegen die Scheibe, um Energie abzuführen und das Auto anzuhalten. Die hoher Belastung und Erhitzung ausgesetzte Scheibe ist herkömmlicherweise aus Gusseisen hergestellt worden, das ein relativ schweres Material ist. Bei dem Versuch, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren und die Kraftstoffökonomie zu erhöhen, besteht großes Interesse an der Entwicklung von Scheiben, die aus relativ leichten Materialien hergestellt sind, wie zum Beispiel Aluminium und Magnesium. Solche relativ leichten Metallscheiben sind für ordnungsgemäße(n) Reibung sowie Verschleiß und Widerstand mit einer harten Oberflächenschicht überzogen. Diese harte Schicht kann durch mehrere Prozesse aufgebracht werden, wie zum Beispiel durch thermisches Spritzen eines Metallpulvers oder Drahts auf die Fläche der Scheibe.
KURZFASSUNG
Es wird eine mechanisch aufgeraute Fläche einer Bremsscheibe offenbart. Die Scheibe enthält eine Außenfläche; eine erste und eine zweite Bremsfläche, die sich gegenüberliegen und jeweils durch die Außenfläche begrenzt werden, um einen ersten und einen zweiten Bremsflächenrand, die sich gegenüberliegen, zu bilden; und mehrere konzentrische Rillen, die an der ersten Bremsfläche enthalten sind. Jede der mehreren konzentrischen Rillen kann einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweisen. Die mehreren konzentrischen Rillen können eine erste und eine zweite konzentrische Rille umfassen. Die erste Rille kann näher an dem ersten Bremsflächenrand liegen als die zweite Rille, und die erste Rille kann einen größeren im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweisen als die zweite Rille. Die erste und die zweite Rille können nebeneinanderliegen und eine sich dazwischen erstreckende Spitze bilden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine Breite jeder Spitze 100 bis 200 µm betragen. Die erste und die zweite Rille können jeweils eine Rillentiefe und eine Talbreite enthalten. Die Rillentiefe der ersten sowie der zweiten Rille kann 50 bis 100 µm betragen. Die Talbreite der ersten sowie der zweiten Rille kann 200 bis 300 µm betragen. Die mehreren konzentrischen Rillen können an einem Teil der ersten Bremsfläche enthalten sein. Die Bremsscheibe kann außerdem mehrere konzentrische Rillen umfassen, die an der zweiten Bremsfläche enthalten sind. Die mehreren konzentrischen Rillen an der zweiten Bremsfläche können eine erste und eine zweite konzentrische Rille enthalten, und die erste Rille kann näher an dem ersten Bremsflächenrand liegen als die zweite Rille, und die erste Rille kann einen größeren im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweisen als die zweite Rille.
Es wird ein Verfahren zum mechanischen Aufrauen einer Fläche von thermisch gespritzten Bremsscheiben offenbart. Das Verfahren umfasst Drehen einer Bremsscheibe mit einer ersten und einer zweiten Bremsfläche, die sich gegenüberliegen, Betätigen eines Werkzeugs zum Aufrauen der ersten Bremsfläche der Bremsscheibe unter Bildung mehrerer konzentrischer Rillen in der ersten Bremsfläche der Bremsscheibe. Das Verfahren kann außerdem den Schritt des gleichzeitigen Betätigens eines ersten und eines zweiten Werkzeugs zum Aufrauen der ersten und der zweiten Bremsfläche der Bremsscheibe unter Bildung mehrerer konzentrischer Rillen an der ersten und der zweiten Bremsfläche umfassen. Das Verfahren kann gleichzeitiges Betätigen eines ersten und eines zweiten Werkzeugs zum Aufrauen der ersten und der zweiten Bremsfläche der Bremsscheibe unter Bildung mehrerer konzentrischer Rillen an der ersten und der zweiten Bremsfläche umfassen. Das erste und das zweite Werkzeug sind während des Betätigungsschritts stationär. Das Verfahren kann außerdem Verformen der mehreren konzentrischen Rillen an der ersten Bremsfläche unter Bildung mehrerer verformter konzentrischer Rillen umfassen. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Verfahren einen Schritt des Aufbringens einer Beschichtung auf die konzentrischen Rillen der ersten Bremsfläche umfassen.
Es wird ein Schneidwerkzeug zum mechanischen Aufrauen einer Bremsscheibenfläche offenbart. Das Schneidwerkzeug kann einen Körper mit einer Schneidfläche und einer oder mehreren Reihen von Schneidelementen, die von der Schneidfläche nach außen ragen, enthalten, wobei jedes Schneidelement jeder Reihe ein oder mehrere Rillenschneidelemente und ein oder mehrere Taschenschneidelemente enthält, wobei jedes Rillenschneidelement ein oder mehrere Rillenschneidzähne enthält und jedes Taschenschneidelement eine Schneidfläche aufweist. Die Rillenschneidzähne können in einer ersten Reihe im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet sein. Zusätzliche Rillenschneidzähne können in einer zweiten Reihe gleichmäßig voneinander beabstandet sein, wobei die zweite Reihe parallel zu der ersten Reihe verläuft, und die Rillenschneidzähne in der zweiten Reihe können auf die Taschenschneidelemente der ersten Reihe ausgerichtet sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer behandelten Bremsscheibe gemäß einer Ausführungsform.
2A zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Bremsscheibenfläche vor der Flächenaufrauung.
2B zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Bremsscheibenfläche mit darauf ausgebildeten konzentrischen Kreisen.
3A zeigt eine Querschnitts-Teilansicht entlang Linie 3A-3A von 2A der Scheibenfläche vor der Aufrauung.
3B zeigt eine Querschnitts-Teilansicht entlang Linie 3B-3B von 2B der Scheibenfläche, die zur Erzeugung einer ausgesparten Fläche mit konzentrischen Rillen maschinell bearbeitet worden ist.
3C zeigt eine vergrößerte schematische Ansicht von 3C von konzentrischen Rillen vor und nach dem Verformen gemäß einer Ausführungsform.
4 stellt eine schematische Seitenansicht einer Bremsscheibe und eines Werkzeugblocks mit Einsätzen zur Erzeugung einer ausgesparten Fläche an der Bremsscheibe gemäß einer Ausführungsform dar.
5 zeigt eine schematische Draufsicht eines zum Aufrauen einer Fläche der Bremsscheibe verwendeten Einsatzes gemäß einer Ausführungsform.
6 stellt eine schematische Seitenansicht eines einseitigen Verfahrens zum Aufrauen einer Bremsscheibenfläche gemäß einer Ausführungsform dar.
7 stellt eine schematische Seitenansicht eines doppelseitigen Verfahrens zum Aufrauen einer Bremsscheibenfläche gemäß einer Ausführungsform dar.
8 zeigt eine detaillierte schematische Ansicht einer Verformungsschneide, die zum Abflachen von Spitzen der ausgesparten Fläche der gemäß einer Ausführungsform aufgerauten Bremsscheibe verwendet wird.
9 zeigt ein Schaubild von Adhäsionstestergebnissen für den mechanischen Aufrauungsprozess einer Ausführungsform im Vergleich zu anderen Aufrauungsprozessen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nunmehr auf Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Erfindung, die den Erfindern bekannt sind, ausführlich Bezug genommen. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele für die vorliegende Erfindung sind, die auf verschiedene und alternative Weise ausgestaltet werden kann. Deshalb sollen hierin offenbarte spezielle Details nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen ist.
Sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, sind alle numerischen Größen in der vorliegenden Beschreibung, die Mengen von Material oder Reaktions- und/oder Verwendungsbedingungen angeben, so zu verstehen, dass sie bei der Beschreibung des allgemeinsten Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung durch das Wort "ungefähr" modifiziert sind.
Die Beschreibung einer Gruppe oder Klasse von Materialien als für einen gegebenen Zweck in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet bedeutet, dass Mischungen von zwei oder mehr der Mitglieder der Gruppe oder Klasse geeignet sind. Die Beschreibung von Bestandteilen in chemischen Termini bezieht sich auf die Bestandteile zum Zeitpunkt der Zugabe zu einer beliebigen in der Beschreibung spezifizierten Kombination und schließt nicht unbedingt chemische Wechselwirkungen unter den Bestandteilen der Mischung nach dem Mischen aus. Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen der gleichen Abkürzung hierin und gilt entsprechend für normale grammatische Variationen der zunächst definierten Abkürzung. Sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, wird eine Messung einer Eigenschaft nach der gleichen Technik bestimmt, die davor oder danach für dieselbe Eigenschaft angegeben ist.
Kraftfahrzeugscheibenbremsen enthalten eine Scheibe, die hoher Belastung und hohem Verschleiß ausgesetzt ist. Da herkömmlich verwendete Scheiben aus Gusseisen für moderne Kraftfahrzeugkonstruktionen zu schwer waren, sind Scheiben aus relativ leichten Materialien, wie zum Beispiel Aluminium und Magnesium, vorgeschlagen worden. Solche relativ leichten Metallscheiben werden für eine(n) ordnungsgemäße(n) Reibung sowie Verschleiß und Widerstand mit einer harten Oberflächenschicht überzogen. Diese harte Schicht kann durch mehrere Prozesse, zum Beispiel durch thermisches Spritzen eines Metallpulvers oder Drahts auf die Fläche der Scheibe, aufgebracht werden. Die Scheibenfläche wird zum Halten dieser harten thermisch gespritzten Metallschicht vorbereitet.
Es sind verschiedene Verfahren zur Oberflächenvorbereitung bekannt, aber diese Verfahren sind mit mehreren Nachteilen behaftet. Eines der Verfahren ist Sandstrahlen, das mehrere Nachteile aufweist, einschließlich Kornbruch, Verunreinigung, variable Ergebnisse über die Zeit, Erzeugung einer großen Abfallmenge und beeinträchtigte Umgebungsluftqualität. Andere bekannte Verfahren zur Aufrauung von Scheiben umfassen den mechanischen Nissan-Aufrauungsprozess, Hochdruck-Wasserstrahl und den Braunschweig-Prozess. Ein zusätzlicher Prozess wurde 2008 von Honsel und Gühring entwickelt. Der Honsel-Prozess führt ein Aufrauungswerkzeug radial von außen zu und schneidet jeweils einen Zahn, was dazu führt, dass die Durchführung des Aufrauungsvorgangs eine lange Zeit dauert. Darüber hinaus ist es nicht möglich, gleichzeitiges Aufrauen beider Seiten einer Bremsscheibe oder Aufrauen der Innen- und Außenseite der Scheibe bereitzustellen, da sich das Werkzeug in einer spiralförmigen Richtung bewegt.
Deshalb wäre es wünschenswert, ein Verfahren zur Oberflächenvorbereitung von thermisch zu spritzenden Bremsscheiben ohne diese Nachteile bereitzustellen. Es wäre sogar noch wünschenswerter, einen mechanischen Aufrauungsprozess für Bremsscheiben bereitzustellen, der mit dem im Wesentlichen gleichen Ergebnis wiederholbar wäre, der schnell, kostengünstig und genau wäre und der ein wiederholtes Aufrauen und gleichzeitiges Aufrauen beider Seiten gestatten würde.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Scheibenfläche durch Aufrauen der Scheibenfläche durch maschinelles Herausarbeiten einer Reihe von konzentrischen Rillen aus der Fläche vorbereitet werden. Die maschinell herausgearbeiteten Rillen können ohne weitere Verarbeitung verwendet werden, jedoch können die Rillen für eine weitere Erhöhung der Haftfestigkeit verformt werden, um die Verbindungsfestigkeit zu erhöhen. Hierin offenbarte Ausführungsformen stellen ein Aufrauungswerkzeug und Prozesse zum Aufrauen der Fläche einer Bremsscheibe bereit, um die Adhäsion und die Verbindung von anschließend aufgebrachtem Metallpulver oder Draht zu verbessern.
1 zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel für eine Bremsscheibe 100 und einen nichtdrehenden Sattel 102, der die Bremsbeläge 104 hält. Die Scheibe weist eine Außenfläche 106, eine erste Bremsfläche 108 und eine zweite Bremsfläche 110 auf. Die erste und die zweite Bremsfläche 108 und/oder 110 können durch hierin offenbarte Verfahren aufgeraut werden. Das Verfahren zur mechanischen Aufrauung kann an der ersten Bremsfläche 108, der zweiten Bremsfläche 110 oder an beiden verwendet werden. Die erste Bremsfläche 108 und die zweite Bremsfläche 110 werden jeweils unter Bildung eines ersten Bremsflächenrands 112 und eines zweiten Bremsflächenrands 114 durch die Außenfläche 106 begrenzt.
Das mechanische Aufrauen kann auf der gesamten ersten Bremsfläche 108, der gesamten zweiten Bremsfläche 110 oder auf einem Teil der ersten und/oder zweiten Bremsfläche 108, 110 durchgeführt werden. Zum Beispiel unterliegt ein Rand 112 oder 114 an einer ersten und/oder zweiten Bremsfläche 108, 110 möglicherweise keiner Aufrauung, um Randausbrüche zu verhindern, indem eine Schutzlippe 116 bereitgestellt wird. Eine beispielhafte Schutzlippe 116 ist in 3B zu sehen.
Vor dem Aufrauungsprozess sind die erste und die zweite Bremsfläche 108, 110 relativ glatte Flächen ohne irgendwelche Stege oder Rillen, wie in 2A gezeigt. Während des Aufrauungsprozesses werden mehrere Rillen 200 maschinell aus der ersten und/oder zweiten Bremsfläche 108, 110 herausgearbeitet. Wie in 2B zu sehen, sind die Rillen 200 konzentrisch und weisen einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser auf. Die konzentrischen Rillen 200 weisen eine gemeinsame Mitte und eine gemeinsame Achse x auf, um die sich die Scheibe 100 dreht.
Die mehreren Rillen 200 enthalten mindestens eine erste konzentrische Rille 202 und eine zweite konzentrische Rille 204. 2B zeigt konzentrische Rillen 202, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Lehren auf einer ersten Fläche 108 der Bremsscheibe 100 ausgebildet sind. Wie in 2B zu sehen, befindet sich die erste konzentrische Rille 202 näher an dem ersten Bremsflächenrand 112 als die zweite konzentrische Rille 204. Die erste konzentrische Rille 202 weist einen größeren, im Wesentlichen konstanten Durchmesser auf als die zweite Rille 206.
Die mehreren konzentrischen Rillen 200 befinden sich nebeneinander. Die erste und die zweite konzentrische Rille 202, 204 bilden eine Spitze 206, die sich zwischen den konzentrischen Rillen 202, 204 erstreckt. Wie in 3B gezeigt, sind mehrere Spitzen 206 zwischen den mehreren konzentrischen Rillen 200 ausgebildet. Die Spitzen 206 können eine beliebige Größe, Form und Konfiguration zur ausreichenden Aktivierung der Bremsfläche 108, 110 aufweisen. Die Spitzen 206 können vor und/oder nach der Verformung die Form eines Rechtecks, Quadrats, Pilzes, Schwalbenschwanzes oder dergleichen oder eine Kombination davon aufweisen. Die Spitzen 206 können verformt werden, um einen Überstand 216 zu bilden, der zum Festhalten einer Beschichtung, die anschließend auf die Bremsflächen 108, 110 aufgebracht werden kann, konzipiert ist. Die Spitzen 206 weisen eine Spitzenlänge vor der Verformung 208 auf, wie in 3C gezeigt. Die Spitzenlänge vor der Verformung 208 aller Spitzen 206 kann im Wesentlichen die gleiche sein. Die Spitzenlänge vor der Verformung 208 und/oder die Spitzenlänge nach der Verformung 218 der Spitzen 206 kann/können zwischen 5 und 500 µm, vorzugsweise 50 und 250 µm, besonders bevorzugt 100 und 200 µm liegen. Es kommen jegliche andere Spitzenlängen 208 und 218 in Betracht. Die Spitzenlänge vor der Verformung 208 kann sich von der Spitzenlänge nach der Verformung 218 unterscheiden, oder die Spitzenlängen 208 und 218 können im Wesentlichen gleich sein. Die Differenz zwischen der Spitzenlänge 208 und der Spitzenlänge 218 wird durch die Längen L1 und L2 definiert, wie in 3C gezeigt.
In 3A ist ein Querschnitt einer ersten und/oder zweiten Bremsfläche 108, 110 vor der Aufrauung zu sehen. In den 3B und 3C ist ein Querschnitt einer durch das hierin offenbarte Aufrauungsverfahren dahingehend vorbereiteten Fläche 108, 110, dass sie mehrere konzentrische Rillen 200 umfasst, zu sehen.
Wie in den 3B und 3C dargestellt, ist zwischen benachbarten Spitzen 206 ein Tal 210 ausgebildet. Ein Tal 210 wird durch eine Rillentiefe vor der Verformung 212 oder eine Rillentiefe nach der Verformung 220 und eine Talbreite 214 definiert, wie in 3C dargestellt, bei der es sich um eine vergrößerte schematische Ansicht des Querschnitts der Bremsflächen 108, 110 aus 3B handelt. Eine Rillentiefe vor der Verformung 212 und/oder eine Rillentiefe nach der Verformung 220 ist ein Abstand vom oberen Ende der Spitze 206 zum unteren Ende des Tals 210. Die Rillentiefe vor der Verformung 212 und/oder die Rillentiefe nach der Verformung 220 kann/können zwischen 5 und 500 µm, vorzugsweise 25 und 250 µm, besonders bevorzugt 50 und 100 µm liegen. Es kommen jegliche andere Rillentiefen 212 und 220 in Betracht. Die Rillentiefe vor der Verformung 212 kann sich von der Rillentiefe nach der Verformung 220 unterscheiden, oder die Rillentiefen 212 und 220 können im Wesentlichen gleich sein. Die Differenz zwischen der Rillentiefe vor der Verformung 212 und der Rillentiefe nach der Verformung 220 wird durch den Abstand R definiert, wie in 3C gezeigt. Eine Talbreite 214 ist ein Abstand zwischen zwei benachbarten Spitzen 206. Die Talbreite 214 kann zwischen 50 und 500 µm, vorzugsweise 100 und 400 µm, ganz besonders bevorzugt 200 und 300 µm liegen. Es kommt jegliche andere Talbreite 214 in Betracht. Eine Talbreite vor der Verformung kann einer Talbreite nach der Verformung im Wesentlichen entsprechen oder sich davon unterscheiden.
Nunmehr auf 4 Bezug nehmend, wird ein offenbartes im Aufrauungsprozess verwendetes Werkzeug 300 gezeigt. Das Werkzeug 300 umfasst einen Körper 302 mit einer Schneidfläche 304. Wie in 4 gezeigt, kann das Werkzeug 300 einen Werkzeugblock 306 und einen oder mehrere Einsätze 308 umfassen. Der Einsatz 308 enthält eine Schneidfläche 304. Die Schneidfläche 304 enthält eine oder mehrere Reihen von Schneidelementen 310. Die Schneidelemente 310 ragen von der Schneidfläche 304 nach außen. Die Schneidelemente 310 können Rillenschneidelemente 312, Spitzenbildungselemente 314, Taschenschneidelemente oder dergleichen oder eine Kombination davon umfassen. Die Schneidelemente 310 enthalten einen oder mehrere Schneidzähne 316. Die Spitzenbildungselemente 314 enthalten eine Schneidfläche 318. Unter Bezugnahme auf 4 umfasst der Einsatz 308 die Schneidfläche 304 mit den Schneidelementen 310. 4 stellt außerdem schematisch dar, dass die Schneidfläche 304 mehrere Zähne 316 enthält. Es sollte auf der Hand liegen, dass die gezeigte Anzahl von Zähnen 316 rein beispielhaft ist. Die Schneidzähne 316 können eine rechteckige Form aufweisen, obgleich bei einer oder mehreren Ausführungsformen auch andere Formen, zum Beispiel ein Quadrat, in Betracht kommen. Alle Schneidzähre 316 können die gleiche Größe und Form aufweisen. Als Alternative dazu können mindestens einige der Schneidzähne 316 eine andere Größe und Form als der Rest der Schneidzähne 316 aufweisen.
Das Werkzeug 300 kann eine oder mehrere Reihen von Schneidzähnen 316 enthalten. Die Schneidzähne 316 können in verschiedensten Mustern konfiguriert sein. Vorzugsweise kann das Werkzeug 300 eine Reihe von Schneidelementen 310 enthalten. Das Werkzeug 300 kann Schneidelemente 310 aufweisen, die in einer Rechteckwellenform konfiguriert sind. Die bevorzugte Wellenlänge beträgt 0,4 mm, es kommen aber auch andere Längen in Betracht. Besonders bevorzugt können die Schneidzähne 316 in einer einzigen Reihe über die Fläche des Werkzeugs 300 horizontal ausgerichtet sein. Bei einer alternativen Ausführungsform können die Schneidzähne 316 in einer Zickzackform in zwei Reihen konfiguriert sein, um die Festigkeit des Werkzeugs 300 zu erhöhen und das Risiko eines Bruchs des Werkzeugs 300 zu reduzieren. Bei einer anderen alternativen Ausführungsform können die Schneidzähne 316 in zwei Reihen mit Zähnen halber Breite zum Schneiden der konzentrischen Rillen 200 in zwei getrennten Durchgängen konfiguriert sein. Eine einzige Reihe von Schneidzähnen 316 kann als ein einziges aus präzisionsgeschliffenem Material, wie zum Beispiel massivem Wolframkarbid mit gelöteten Diamantkanten, gebildetes Teil konfiguriert sein. Bei noch einer anderen Ausführungsform können die Schneidzähne 316 in mindestens zwei Abschnitten konfiguriert sein, wobei jeder Abschnitt weniger als die gesamte Länge des Werkzeugs 300 umfasst. Die mindestens zwei Abschnitte können zur Kostenersparnis und zur Minimierung einer Beschädigung im Falle eines Bruchs der Maschine 400 aneinander befestigt sein.
Das Werkzeug 300, wie es oben beschrieben ist, kann Teil einer anderen Maschine 400, zum Beispiel einer Drehmaschine, sein. Die Drehmaschine kann eine beliebige Art von Drehmaschine sein. Vorzugsweise handelt es sich bei der Maschine 400 um eine Plandrehmaschine mit horizontal angeordnetem Bett zum einseitigen Aufrauen und eine Drehmaschine mit zwei Revolvern für einen doppelseitigen Aufrauprozess.
In 5 ist ein beispielhaftes Werkzeug 300 zu sehen. Der Einsatz 308 von 5 enthält an vier Seiten Schneidzähne 316. Jede Seite enthält mehrere Reihen von Schneidzähnen 316. Die Rillenschneidzähne 316 bilden Täler 210 an der ersten und/oder zweiten Bremsfläche 108, 110. Der Abstand zwischen den Rillenschneidzähnen 316 definiert die Spitzenbildungselemente 314. Vorzugsweise sind die Rillenschneidzähne 316 gleichmäßig beabstandet, so dass die Talbreite 214 und die Spitzenlänge 208 gleichmäßig sind. Die Rillenschneidzähne 316 können zum Beispiel in einer ersten Reihe und mindestens einer zweiten Reihe gleichmäßig beabstandet sein, wobei die zweite Reihe parallel zu der ersten Reihe verläuft.
Die Schneidelemente 310 können eine Abfasung zur Spannungsentlastung und leichten Montage der Schneidelemente 310 enthalten. Die Schneidelemente 310 sind aus einem langlebigen Material, vorzugsweise einem Hartmetall, wie beispielsweise austauschbarem gelöteten polykristallinem Diamant, hergestellt. Bei anderen Ausführungsformen können austauschbare Wolframkarbidelemente verwendet werden. Die Abmessungen der Rillenschneidzähne 316 und Spitzenbildungselemente 314 entsprechen den gewünschten Abmessungen der Rillen 200 und Spitzen 206, die an der ersten und/oder zweiten Bremsfläche 108, 110 ausgebildet werden sollen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Breite des die Schneidelemente 310 enthaltenden Abschnitts des Werkzeugs gleich der radialen Breite des aufgerauten Bereichs auf der Scheibe 100, zum Beispiel 60 bis 100 mm, sein. Es kommt jegliche andere Breite in Betracht. Die Anzahl von Schneidzähnen 316 hängt von der Breite des aufzurauenden Scheibenflansches 120 ab. Zum Beispiel kann ein Scheibenflansch 120, der eine Breite von 800 mm aufweist, ein Werkzeug 300 mit 200 konzentrischen Rillenschneidzähnen 316 erfordern.
Das Werkzeug 300 kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektromechanisch oder dergleichen oder durch eine Kombination davon betätigt werden. Vorzugsweise wird das Werkzeug 300 gegen einen harten Anschlag betätigt, besonders bevorzugt weist das Werkzeug 300 einen federbelasteten Rückzug auf.
Außerdem stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Aufrauen der ersten und/oder zweiten Bremsfläche 108, 110 bereit. Der mechanische Aufrauprozess umfasst die folgenden Schritte, die in einer beliebigen Reihenfolge oder nach Wunsch wiederholt durchgeführt werden können. Die folgenden Schritte offenbaren nur Aufrauen der ersten Bremsfläche 108. Die nach innen weisende Scheibe 100 sollte eine gebohrte und quadratisch ausgebildete Nabe aufweisen, das Profil sollte grob bearbeitet sein und die Flansche sollten egalisiert sein. Laden einer Scheibe 100 auf eine Maschine 400, wie zum Beispiel eine Drehmaschine. Vorzugsweise handelt es sich bei der Drehmaschine um eine Plandrehmaschine mit horizontal angeordnetem Bett. Positionieren der Scheibe 100 auf eine Scheibenbohrung und eine Planscheibenfläche. Radiales und axiales Laden der Scheibe 100 auf die Maschine 400 zu der Planscheibenfläche 402 zum Aufsetzen der Scheibe 100. Durchführen eines oder mehrerer Planschnitte zum Ausrichten der Scheibe 100 auf die Planscheibenfläche 402. Drehen der Scheibe 100 um die Achse x. Vorschub eines Werkzeugblocks 306 zum Schneiden mehrerer Rillen 200 in einer ersten Bremsfläche 108. Vorschub des Werkzeugblocks 306 zum Schneiden ausgesparter Taschen für eine selektive Oberflächenbeschichtung. Durchführen des Aufrauens der gesamten Oberfläche der ersten Bremsfläche 108. Durchführen des Aufrauens eines Teils der ersten Bremsfläche 108. Aufrauen eines ausgewählten Bereichs der ersten Bremsfläche 108. Schneiden mehrerer konzentrischer Rillen 200 in mindestens einen Teil der ersten Bremsfläche 108. Bilden mehrerer Spitzen 206. Pressen des Werkzeugblocks 306 gegen die erste Bremsfläche 108. Pressen der mehreren konzentrischen Rillen 200 in der ersten Bremsfläche 108. Gleichzeitiges Erzeugen aller der konzentrischen Rillen 200 in der ersten Bremsfläche 108. Erzeugen aller der konzentrischen Rillen 200 in der ersten Bremsfläche 108 in einem Pressvorgang. Zurückziehen des Werkzeugblocks 306 zu einer festgelegten Stelle. Verformen der mehreren konzentrischen Rillen 200 auf der ersten Bremsfläche 108 zur Bildung mehrerer verformter konzentrischer Rillen 200. Aufbringen einer Beschichtung auf die konzentrischen Rillen 200 der ersten Bremsfläche 108. Ausspannen der Scheibe 100. Entladen der Scheibe 100.
Das einseitige Verfahren wird in 6 gezeigt. Eine Scheibe 100 mit ihrem Scheibenflansch 120 wird so auf die Maschine 400 geladen, dass sie zu der Planscheibe 402 der Maschine 400 weist. Der Werkzeugblock 306 wird gegen die erste Bremsfläche 108 gedrückt. Mehrere Schneidelemente 310, wie am besten in den 4 und 5 zu sehen, schneiden mehrere konzentrische Rillen 200 und bilden mehrere Spitzen 206 zwischen den Rillen. Einer der Vorteile des einseitigen Verfahrens liegt in dem starren Aufbau, der dynamisch stabil ist. Abmessungen und Positionierung der Schneide lassen sich leicht steuern.
Die folgenden Schritte offenbaren ein gleichzeitiges Aufrauen der ersten und der zweiten Bremsfläche 108, 110. Die nach innen weisende Scheibe 100 muss ihre gebohrte und quadratisch ausgebildete Nabe und ihr grob bearbeitetes Profil aufweisen. Die grobe Bearbeitung kann während des Aufrauungsprozesses erfolgen. Der mechanische Aufrauungsprozess umfasst die folgenden Schritte, die in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt oder wie gewünscht wiederholt werden können. Positionieren der Scheibe 100 auf die Maschine 400, wie zum Beispiel eine Drehmaschine mit horizontal angeordnetem Bett und zwei Revolvern. Radiales und axiales Laden der Scheibe 100 gegen einen festgelegten Anschlag auf den Dorn 404. Durchführen von zwei- oder mehrseitigen Planschnitten zum Ausrichten und Egalisieren der Scheibe 100 und Steuern der Abmessungen für das Aufrauen. Durchführen des Aufrauungsvorgangs. Vorschub der Werkzeugblöcke 306 von entgegengesetzten Seiten auf festgelegte Tiefen zum Schneiden mehrerer konzentrischer Rillen 200 und Bilden mehrerer Spitzen 206. Aufrauen eines Teils der ersten und/oder zweiten Bremsfläche 108, 110. Aufrauen eines ausgewählten Bereichs der ersten und/oder zweiten Bremsfläche 108, 110. Gleichzeitiges Pressen konzentrischer Rillen in die erste Bremsfläche 108 und die zweite Bremsfläche 110. Gleichzeitiges Betätigen eines ersten und zweiten Werkzeugs 300 zum Aufrauen der ersten und der zweiten Bremsfläche 108, 110 zum Bilden mehrerer konzentrischer Rillen 200 auf der ersten und zweiten Bremsfläche 108, 110. Gleichzeitiges Betätigen eines ersten und zweiten Werkzeugs 300 zum Aufrauen der ersten und der zweiten Bremsfläche 108, 110 zum Bilden mehrerer konzentrischer Rillen 200 auf der ersten und der zweiten Bremsfläche 108, 110, während das erste und das zweite Werkzeug 300 während des Betätigungsschritts stationär sind. Zurückziehen eines oder mehrerer Werkzeugblöcke 306 zu einer festgelegten Stelle. Verformen der mehreren konzentrischen Rillen 200 auf der ersten und/oder zweiten Bremsfläche 108, 110 zur Bildung mehrerer verformter konzentrischer Rillen 200. Zuführen von Wischleisten von entgegengesetzten Seiten zu festgelegten Stellen zur Verformung der mehreren Rillen 200. Zuführen einer Wischleiste zu einer festgelegten Stelle zur Verformung der mehreren Rillen 200. Aufbringen einer Beschichtung auf die konzentrischen Rillen 200 der ersten und/oder zweiten Bremsfläche 108, 110. Ausspannen der Scheibe 100. Entladen der Scheibe 100.
Die doppelseitige Aufrauung wird in 7 gezeigt. Die Scheibe 100 wird auf einen Dorn 404 geladen, wie oben beschrieben wurde. Ein Werkzeugblock 306 wird gegen die erste Bremsfläche 108 gepresst und ein zweiter Werkzeugblock 306 wird gegen die zweite Bremsfläche 110 gepresst. Beide Werkzeugblöcke 306 werden gleichzeitig axial zugeführt und zurückgezogen. Einer der Vorteile des Verfahrens zum doppelseitigen Aufrauen liegt in der reduzierten Anzahl von Schritten, wenn beide Seiten einer Scheibe 100 aufzurauen sind.
Der Aufrauungsprozess kann wiederholt werden, das Werkzeug 300 kann zum Beispiel von der ursprünglichen Aufrauposition versetzt werden. Der Aufrauprozess kann wiederholt werden, um den vorherigen Satz von Rillen 200 auf der ersten Bremsfläche 108 zu überlappen. Der Aufrauprozess kann auch durchgeführt werden, indem Rillen 200 halber Breite geschnitten werden und das Werkzeug 300 später radial versetzt wird, um die andere Hälfte der Rillen 200 zu schneiden, um Kosteneinsparungen zu erhöhen.
Wie oben besprochen wurde, kann das Rillenmuster verformt werden, um einen Überstand 216 zu erzeugen. Der Überstand 216 ist dazu ausgeführt, eine anschließend aufgebrachte Beschichtung festzuhalten. Der Überstand 216 ist in den 3B und 3C dargestellt. Die Spitzenlänge nach der Verformung 218 und die Rillentiefe nach der Verformung 220 werden in 3C dargestellt. Der Überstand 216 kann durch Pressen auf die Oberseiten der Rillenspitzen 206 gebildet werden. Zum Verformen der Rillen 200 zu einer gewünschten Form kann mit einer sich zurück bewegenden Spindel ein Durchzug erfolgen, um eine Schwalbenschwanzform an den Rillen 200 auszubilden. Vorzugsweise kann die Durchzugstiefe 5 bis 50 µm, vorzugsweise 10 bis 30 µm, betragen. Eine optionale Verformung von dem Wischer kann 3 µm, vorzugsweise 6 µm betragen. Als Alternative können die Spitzen 206 unter Verwendung einer Verformungsschneide 500 mit Schneidzähnen 501, die gegen einen positiven Anschlag aktiviert wird, abgeflacht werden. 8 zeigt eine schematische Ansicht der Verformungsschneide 500 mit den Schneidzähnen 501.
Nunmehr auf 9 Bezug nehmend, werden die Adhäsionstestergebnisse für den mechanischen Aufrauprozess der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu anderen Aufrauprozessen offenbart. Wie zu sehen ist, führt der mechanische Ford-Aufrauprozess (MRP – mechanical roughening process) zu einer besseren Oberflächenhaftung als andere mechanische Oberflächenprozesse, wie zum Beispiel Sandstrahlen, der Honsel-Prozess und Hochdruckwasserstrahl. Mechanisches Aufrauen, wie hier offenbart, liefert somit eine höhere Haftfestigkeit zwischen der Scheibenfläche und der thermisch gespritzten Oberflächenschicht.
Es wurden oben zwar Ausführungsbeispiele beschrieben, jedoch sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Bremsscheibe, umfassend: eine Außenfläche; eine erste und eine zweite Bremsfläche, die sich gegenüberliegen und jeweils durch die Außenfläche begrenzt werden, um einen ersten und einen zweiten Bremsflächenrand, die sich gegenüberliegen, zu bilden; und mehrere konzentrische Rillen, die an der ersten Bremsfläche enthalten sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, wobei jede der mehreren konzentrischen Rillen einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren konzentrischen Rillen eine erste und eine zweite konzentrische Rille umfassen.
Bremsscheibe nach Anspruch 3, wobei die erste Rille näher an dem ersten Bremsflächenrand liegt als die zweite Rille und die erste Rille einen größeren im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist als die zweite Rille.
Bremsscheibe nach Anspruch 3, wobei die erste und die zweite Rille nebeneinanderliegen und eine sich dazwischen erstreckende Spitze bilden.
Bremsscheibe nach Anspruch 5, wobei eine Breite jeder Spitze 100 bis 200 µm beträgt.
Bremsscheibe nach Anspruch 5, wobei die erste und die zweite Rille jeweils eine Rillentiefe und eine Talbreite enthalten.
Bremsscheibe nach Anspruch 7, wobei die Rillentiefe der ersten sowie der zweiten Rille 50 bis 100 µm beträgt.
Bremsscheibe nach Anspruch 7, wobei die Talbreite der ersten sowie der zweiten Rille 200 bis 300 µm beträgt.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die mehreren konzentrischen Rillen an einem Teil der ersten Bremsfläche enthalten sind.
Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, außerdem umfassend mehrere konzentrische Rillen, die in der zweiten Bremsfläche enthalten sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 11, wobei die mehreren konzentrischen Rillen an der zweiten Bremsfläche eine erste und eine zweite konzentrische Rille enthalten, und die erste Rille näher an dem ersten Bremsflächenrand liegt als die zweite Rille und die erste Rille einen größeren im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist als die zweite Rille.
Verfahren, umfassend: während des Drehens einer Bremsscheibe mit einer ersten und einer zweiten Bremsfläche, die sich gegenüberliegen, Betätigen eines Werkzeugs zum Aufrauen der ersten Bremsfläche der Bremsscheibe unter Bildung mehrerer konzentrischer Rillen in der ersten Bremsfläche der Bremsscheibe.
Verfahren nach Anspruch 13, außerdem umfassend: gleichzeitiges Betätigen eines ersten und eines zweiten Werkzeugs zum Aufrauen der ersten und der zweiten Bremsfläche der Bremsscheibe unter Bildung mehrerer konzentrischer Rillen in der ersten und der zweiten Bremsfläche.
Verfahren nach Anspruch 13, außerdem umfassend: gleichzeitiges Betätigen eines ersten und eines zweiten Werkzeugs zum Aufrauen der ersten und der zweiten Bremsfläche der Bremsscheibe unter Bildung mehrerer konzentrischer Rillen an der ersten und der zweiten Bremsfläche, wobei das erste und das zweite Werkzeug während eines Betätigungsschritts stationär sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, außerdem umfassend Verformen der mehreren konzentrischen Rillen an der ersten Bremsfläche unter Bildung mehrerer verformter konzentrischer Rillen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, außerdem umfassend Aufbringen einer Beschichtung auf die konzentrischen Rillen der ersten Bremsfläche.
Schneidwerkzeug, umfassend: einen Körper mit einer Schneidfläche; und eine oder mehrere Reihen von Schneidelementen, die von der Schneidfläche nach außen ragen, wobei jedes Schneidelement jeder Reihe ein oder mehrere Rillenschneidelemente und ein oder mehrere Spitzenbildungselemente enthält, wobei jedes Rillenschneidelement einen oder mehrere Rillenschneidzähne enthält und jedes Spitzenbildungselement eine Schneidfläche aufweist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 18, wobei Rillenschneidzähne in einer ersten Reihe im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 18 oder 19, wobei zusätzliche Rillenschneidzähne in einer zweiten Reihe gleichmäßig voneinander beabstandet sind, wobei die zweite Reihe parallel zu einer ersten Reihe verläuft und die Rillenschneidzähne in der zweiten Reihe auf die Spitzenbildungselemente der ersten Reihe ausgerichtet sind.