DE102020122653A1 - Friction ring, wheel brake disc and method for their manufacture - Google Patents

Friction ring, wheel brake disc and method for their manufacture Download PDF

Info

Publication number
DE102020122653A1
DE102020122653A1 DE102020122653.5A DE102020122653A DE102020122653A1 DE 102020122653 A1 DE102020122653 A1 DE 102020122653A1 DE 102020122653 A DE102020122653 A DE 102020122653A DE 102020122653 A1 DE102020122653 A1 DE 102020122653A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
friction ring
hard material
friction
metal
wheel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020122653.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Michael Schubert
Simon Pötzinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority to DE102020122653.5A priority Critical patent/DE102020122653A1/en
Priority to CN202111008174.9A priority patent/CN114110060A/en
Publication of DE102020122653A1 publication Critical patent/DE102020122653A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/06Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C22C21/08Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/001Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
    • C22C32/0015Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
    • C22C32/0036Matrix based on Al, Mg, Be or alloys thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/02Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12Discs; Drums for disc brakes
    • F16D65/125Discs; Drums for disc brakes characterised by the material used for the disc body
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/78Features relating to cooling
    • F16D65/84Features relating to cooling for disc brakes
    • F16D65/847Features relating to cooling for disc brakes with open cooling system, e.g. cooled by air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/027Compositions based on metals or inorganic oxides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/04Attachment of linings
    • F16D69/0408Attachment of linings specially adapted for plane linings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/78Features relating to cooling
    • F16D2065/789External cooling ribs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/04Attachment of linings
    • F16D2069/0425Attachment methods or devices
    • F16D2069/0433Connecting elements not integral with the braking member, e.g. bolts, rivets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/0004Materials; Production methods therefor metallic
    • F16D2200/0026Non-ferro
    • F16D2200/003Light metals, e.g. aluminium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/0034Materials; Production methods therefor non-metallic
    • F16D2200/0039Ceramics
    • F16D2200/0043Ceramic base, e.g. metal oxides or ceramic binder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/0082Production methods therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2250/00Manufacturing; Assembly
    • F16D2250/0007Casting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

Ein Reibring (4, 5) für eine Radbremsscheibe (1), wobei der Reibring (4, 5) einen monolithisch gegossenen Metallblock mit einer Reibfläche (40) und einer rückseitigen Fläche (44) umfasst, wobei im Material des Metallblocks zumindest ein Hartstoff (43) angeordnet ist, wobei der Volumenanteil an Hartstoff (43) im Metall (42) von der rückseitigen Fläche (44) zur Reibfläche (40) hin stetig zunimmt; sowie eine Radbremsscheibe (1) und ein Verfahren zu deren Herstellung.A friction ring (4, 5) for a wheel brake disc (1), the friction ring (4, 5) comprising a monolithically cast metal block with a friction surface (40) and a rear surface (44), with at least one hard material ( 43) is arranged, the proportion by volume of hard material (43) in the metal (42) increasing steadily from the rear surface (44) to the friction surface (40); and a wheel brake disc (1) and a method for the production thereof.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reibring nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Radbremsscheibe und ein Verfahren zu deren Herstellung.The present invention relates to a friction ring according to the preamble of claim 1, as well as a wheel brake disc and a method for the production thereof.

Radbremsscheiben, wie sie beispielsweise bei Schienenfahrzeugen zum Einsatz kommen, sind nach dem Stand der Technik bekannt. In der DE 44 17 813 sind zwei Reibringe durch in radialer Richtung formschlüssig wirkende Gleitsteine zentriert, so dass die Zentrierung der Reibringe auch durch Erwärmung während des Bremsvorganges erhalten bleibt. Damit sich die Verformung der Reibringe auf Grund der thermischen Belastung nicht in eine konische Deformation der Reibringe auswirkt, sind typischerweise an den Reibringen Kühlrippen angebracht, über die sich die Reibringe an der Radscheibe des Schienenfahrzeugrades abstützen.Wheel brake discs, such as those used in rail vehicles, are known from the prior art. In the DE 44 17 813 two friction rings are centered by sliding blocks that act in a form-fitting manner in the radial direction, so that the centering of the friction rings is maintained even through heating during the braking process. So that the deformation of the friction rings due to the thermal load does not result in a conical deformation of the friction rings, cooling ribs are typically attached to the friction rings, via which the friction rings are supported on the wheel disk of the rail vehicle wheel.

Aus der DE 10 2007 020 891 A1 werden verschiedene Verfahren zur Herstellung eines hartstoffhaltigen Reibrings vorgestellt. Bekannt ist beispielsweise das Sprühkompaktieren, welches die Herstellung eines Bauteils oder eines Halbzeugs realisiert indem eine Metallschmelze durch eine Düse versprüht wird. Die Schmelzetröpfchen treffen dabei auf ein Substrat und erstarren zu einem kompakten Festkörper. Die Sprühkompaktierung ermöglicht somit Bereitstellung eines Reibrings in welchem viele Schmelzetropfen miteinander verbunden sind. Die miteinander verbundenen Schmelzetropfen sind vergleichbar mit einem schichtweisen Aufbau, wie es auch beim Schichtgießen vorkommt, wobei die Verteilung der Hartstoffpartikel im Werkstoff zwar je nach Verfahrensführung heterogen oder homogen sein kann aber ohne klare Konzentrationsverteilung der Hartstoffpartikel in eine vorgegebene Richtung.From the DE 10 2007 020 891 A1 different processes for the production of a friction ring containing hard material are presented. For example, spray compacting is known, which realizes the production of a component or a semi-finished product by spraying molten metal through a nozzle. The melt droplets hit a substrate and solidify into a compact solid. The spray compacting thus makes it possible to provide a friction ring in which many melt droplets are connected to one another. The interconnected melt drops are comparable to a layered structure, as also occurs in layer casting, whereby the distribution of the hard material particles in the material can be heterogeneous or homogeneous depending on the process, but without a clear concentration distribution of the hard material particles in a given direction.

Weiterhin sind zahlreiche Verfahren bekannt, in welchen eine Beschichtung auf die Oberfläche eines bereitgestellten Reibrings aufgebracht wird. So offenbart die EP 0 846 884 A2 eine Variante, in welcher zunächst ein Grundkörper mittels eines beliebigen Gussverfahrens bereitgestellt wird. Hier wird neben vielen anderen Verfahren auch das an sich bekannte Niederdruck-Gussverfahren offenbart, mittels welchem ein Grundkörper realisierbar ist. Durch zeitversetzten Eintrag zweier Schmelzen kann dabei ein Gradientengefüge gebildet werden, wobei Hartstoffpartikel in den bereits erstarrten Grundkörper, z.B. durch Diffusionseffekte, migrieren.Furthermore, numerous methods are known in which a coating is applied to the surface of a provided friction ring. So reveals the EP 0 846 884 A2 a variant in which a base body is first provided by means of any casting process. In addition to many other methods, the low-pressure casting method known per se, by means of which a base body can be realized, is also disclosed here. By introducing two melts at different times, a gradient structure can be formed, with hard material particles migrating into the already solidified base body, for example through diffusion effects.

Bei dieser Variante der Herstellung handelt es sich um ein sogenanntes Schichtguss-Verfahren mit welchem Gradientenstrukturen realisierbar sind. Es können theoretisch auch mehrere funktionale Schichten zeitlich versetzt übereinander gegossen werden. Dabei ist es allerdings so, dass zwischen der Oberfläche des jeweils bereits erstarrten oder zumindest abgekühlten Grundkörpers und der neu-aufgetragenen Schmelzschicht eine oder mehrere Phasengrenzen zwischen Metallphasen, ggf. auch unter Ausbildung von intermetallischen Phasen, entsteht, wobei die Hartstoffpartikel in den jeweiligen Phasen in gradieller Weise verteilt sind. Da die Materialeigenschaften je nach Hartstoffkonzentration, Erstarrungstemperatur, Auftragsgeschwindigkeit und Auftragsvolumen der Phasen stark variieren kann, ist eine sehr hohe Prozesskontrolle zur Herstellung von Reibringen mit annähernd gleichen Werkstoffeigenschaften notwendig.This manufacturing variant is a so-called layer casting method with which gradient structures can be realized. Theoretically, it is also possible to pour several functional layers on top of one another at different times. However, it is the case that one or more phase boundaries between metal phases, possibly also with the formation of intermetallic phases, arise between the surface of the base body that has already solidified or at least cooled down and the newly applied melt layer, with the hard material particles in the respective phases in are distributed gradually. Since the material properties can vary greatly depending on the hard material concentration, solidification temperature, application speed and application volume of the phases, very high process control is necessary for the production of friction rings with approximately the same material properties.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Radbremsscheibe zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet, wobei insbesondere eine Radbremsscheibe mit Reibringen mit annähernd gleichen Werkstoffeigenschaften bereitgestellt werden soll.The invention is therefore based on the object of creating a wheel brake disc which avoids the aforementioned disadvantages of the prior art, with the aim in particular of providing a wheel brake disc with friction rings with approximately the same material properties.

Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, die einen Reibring für eine Radbremsscheibe so zu gestalten, dass er als ein monolithisch gegossener Metallblock ausgebildet ist mit einer Reibfläche und einer rückseitigen Fläche. Dabei weist der Metallblock eine Metallmatrix, also ein Metall oder eine Metalllegierung, auf und einen darin gradiell-verteilten Hartstoff, derart, dass der Volumenanteil an Hartstoff im Metall von der rückseitigen Fläche zur Reibfläche hin stetig zunimmt, so dass der Hartstoff vorwiegend an der Stelle des Reibrings bereitgestellt wird, an welchem die Bremsreibung wirkt.The invention is based on the idea of designing a friction ring for a wheel brake disc in such a way that it is designed as a monolithically cast metal block with a friction surface and a rear surface. The metal block has a metal matrix, i.e. a metal or a metal alloy, and a hard material that is gradually distributed therein, such that the volume proportion of hard material in the metal increases steadily from the rear surface to the friction surface, so that the hard material predominantly at the point of the friction ring is provided, on which the braking friction acts.

Anders als bei Schichtguss-Verfahren handelt es sich um einen monolithischen Metallblock, wodurch thermische Spannungen und Wärmeleitunterschiede innerhalb des Materials entlang des Schnitts senkreicht zur Reibfläche lediglich gering sind.In contrast to layer casting processes, it is a monolithic metal block, which means that thermal stresses and differences in heat conduction within the material along the cut perpendicular to the friction surface are only low.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Radbremsscheibe sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the wheel brake disc according to the invention can be found in the dependent claims.

Der Volumenanteil an Hartstoff im Metall kann unstetig oder besonders bevorzugt konstant zunehmen.The proportion by volume of hard material in the metal can increase discontinuously or, particularly preferably, constantly.

Der Metallblock weist insbesondere keine Phasengrenze auf, er ist daher unbeschichtet und/oder ungeschichtet ausgebildet. Ein Film, wie z.B. ein Ölfilm zum Korrosionsschutz bei der Lagerung oder Lieferung kann allerdings vorgesehen sein. Insbesondere und besonders bevorzugt kann der gesamte Reibring aus dem Metallblock gebildet sein.In particular, the metal block has no phase boundary, it is therefore uncoated and/or unlayered. However, a film such as an oil film for protection against corrosion in storage or delivery may be provided. In particular and particularly preferably, the entire friction ring can be formed from the metal block.

Der Reibring kann vorzugsweise entlang der rückseitigen Fläche Kühlrippen und/oder Kühlnocken aufweisen.The friction ring can preferably have cooling ribs and/or cooling cams along the rear surface.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Dichte des Hartstoffs um zumindest 1 g/cm3 größer sein als die Dichte des Metalls, so dass ein schnelles Absinken des Hartstoffs in der Metallschmelze unter Gradientenausbildung aufgrund des hohen Dichteunterschieds möglich wird.In an advantageous embodiment of the present invention, the density of the hard material can be at least 1 g/cm 3 higher than the density of the metal, so that the hard material in the molten metal can sink quickly, forming gradients due to the high density difference.

Bevorzugt kann das Metall ein Leichtmetall oder eine Leichtmetall-Legierung mit einem Leichtmetall als Hauptbestandteil sein. Vorzugsweise ist das Leichtmetall Aluminium. Besonders bevorzugt ist die alumniumsbasierte Legierung mit Silizium und/oder Magnesium legiert.The metal can preferably be a light metal or a light metal alloy with a light metal as the main component. The light metal is preferably aluminum. The aluminium-based alloy is particularly preferably alloyed with silicon and/or magnesium.

Die Hartstoffpartikel können vorzugsweise als Korund, insbesondere als technisches Korund, ausgebildet sein.The hard material particles can preferably be in the form of corundum, in particular technical corundum.

Die Konzentration von Hartstoff, insbesondere von Hartstoffpartikeln, im Metall kann von der rückseitigen Fläche zur Reibfläche um zumindest 5 Vol.%, vorzugsweise um zumindest 10 Vol.%, besonders bevorzugt um 10 -18 Vol.% zunehmen. Typischerweise ist die Wärmeleitfähigkeit durch Hartstoff-Zuschläge verringert. Die geringe Konzentration an Hartstoffpartikeln im rückseitigen Bereich ermöglicht eine bessere Wärmeableitung, was zusätzlich noch durch Kühlrippen oder Kühlnoppen verstärkt werden kann.The concentration of hard material, in particular of hard material particles, in the metal can increase by at least 5% by volume, preferably by at least 10% by volume, particularly preferably by 10-18% by volume, from the rear surface to the friction surface. Typically, the thermal conductivity is reduced by hard material additives. The low concentration of hard material particles in the rear area enables better heat dissipation, which can also be reinforced by cooling fins or cooling knobs.

Die die Konzentration von Hartstoff, insbesondere Hartstoffpartikeln, im Metall kann von der rückseitigen Fläche zur Reibfläche um beispielsweise um zumindest 50 %, vorzugsweise um zumindest 65 Vol.%, besonders bevorzugt um 70 -95 Vol.% zunehmen.The concentration of hard material, in particular hard material particles, in the metal can increase from the rear surface to the friction surface by at least 50%, preferably by at least 65% by volume, particularly preferably by 70-95% by volume.

Ebenfalls erfindungsgemäß ist eine Radbremsscheibe für ein Rad eines Schienenfahrzeuges, wobei das Rad einen Radsteg aufweist, an dem sich erfindungsgemäße Reibringe abstützen, die mit Verbindungsmitteln am Radsteg befestigt sind.Also according to the invention is a wheel brake disc for a wheel of a rail vehicle, the wheel having a wheel web on which friction rings according to the invention are supported, which are fastened to the wheel web with connecting means.

Die Verbindungsmittel können vorteilhaft am jeweiligen Reibring angegossen sein, wobei die Verbindungsmittel besonders bevorzugt als mehrere, jeweils am Umfang der Reibringe angeordnete Federelemente ausgebildet sein können, wobei die Federelemente im montierten Zustand der Radbremsscheibe jeweils zwischen den Reibringen und dem Radsteg angeordnet sind.The connecting means can advantageously be cast onto the respective friction ring, with the connecting means being particularly preferably designed as a plurality of spring elements arranged on the circumference of the friction rings, with the spring elements being arranged between the friction rings and the wheel web when the wheel brake disc is in the installed state.

Die Anordnung von Federelementen ist allerdings lediglich eine von mehreren bevorzugten Ausführungsvarianten. In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann beispielsweise durch die Sedimentation in Richtung Reibfläche der Hartstoffanteil im Kontakt zum Radsteg so weit abgesenkt werden, dass eine thermisch bedingte radiale Scheibenausdehnung durch leichteres Gleiten insbesondere auch des Anschraubbereichs unterstützt wird. Somit können damit beispielsweise bei dieser Ausführungsvariante Federelemente entfallen.However, the arrangement of spring elements is only one of several preferred design variants. In a further embodiment of the invention, the proportion of hard material in contact with the wheel web can be reduced to such an extent, for example, by sedimentation in the direction of the friction surface, that thermally induced radial disc expansion is supported by easier sliding, in particular of the screw-on area. Thus, for example, spring elements can be omitted in this embodiment variant.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Radbremsscheibe umfasst zumindest die folgenden Schritte:

  1. A) Bereitstellen einer Metallschmelze;
  2. B) Vermischen der Metallschmelze mit Hartstoffpartikeln;
  3. C) Einbringen der Schmelze in eine Gussform zur Ausformung des Reibrings, wobei die Gussform derart ausgerichtet ist, dass die Oberfläche zur Ausformung der Reibfläche unten gegenüber den anderen Flächen bezogen auf das Schwerefeld der Erde ausgerichtet ist;
  4. D) Temperaturkontrolle derart, dass das Gussmaterial in der Gussform über ein vorbestimmtes Mindestzeitintervall, insbesondere bei konstanter Temperatur, in Schmelze gehalten wird;
  5. E) Erkalten der Schmelze unter Ausbildung des Reibrings, und
  6. F) Montage des Reibrings mit weiteren Bauteilen zu einer Radbremsscheibe.
A method according to the invention for producing a wheel brake disc according to the invention comprises at least the following steps:
  1. A) providing a molten metal;
  2. B) mixing the metal melt with hard material particles;
  3. C) introducing the melt into a mold for forming the friction ring, the mold being oriented such that the surface for forming the friction surface is oriented at the bottom with respect to the other surfaces with respect to the earth's gravitational field;
  4. D) Temperature control such that the cast material is kept in the mold over a predetermined minimum time interval, in particular at a constant temperature, in melt;
  5. E) cooling of the melt with formation of the friction ring, and
  6. F) Assembly of the friction ring with other components to form a wheel brake disc.

Insbesondere in Schritt E bzw. während oder im Anschluss an das Erkalten kann eine mechanische Endbearbeitung zur montierbaren Endform des Reibrings erfolgen. Dies kann u.a. ein Wuchten umfassen und/oder ein abrasives Bearbeiten.In particular, in step E or during or after cooling, mechanical finishing can be carried out to give the final form of the friction ring that can be assembled. This can include balancing and/or abrasive machining.

Das vorgenannte Verfahren ermöglicht insbesondere eine Herstellung des Reibrings mit einem Hartstoff in gradieller Verteilung in einem Verfahrensschritt ohne ein kompliziertes und verfahrenstechnisch aufwendiges Schichtgussverfahren mit Mehrfachauftrag.In particular, the aforementioned method enables production of the friction ring with a hard material in gradual distribution in one method step without a complicated layer-casting method with multiple application that is expensive in terms of process technology.

Vorteilhaft erfolgt das Einbringen der Schmelze nach Schritt C) in einem Niederdruck-Gießverfahren.Advantageously, the melt is introduced after step C) in a low-pressure casting process.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine Vorderansicht einer Radbremsscheibe aus dem Stand der Technik nach bei der die Reibringe verschraubt sind und zur Zentrierung Gleitsteine eingesetzt sind;
  • 2 eine Schnittdarstellung einer Radbremsscheibe aus dem Stand der Technik nach 1, bei der die Reibringe verschraubt sind und zur Zentrierung Gleitsteine eingesetzt sind;
  • 3 eine perspektivische Rückansicht eines weiteren Reibringes aus dem Stand der Technik mit eingesetzten bandförmigen Federelementen;
  • 4 eine schematische Ansicht eines Schnitts durch einen Reibring aus dem Stand der Technik; und
  • 5 eine schematische Ansicht eines Schnitts durch einen erfindungsgemäßen Reibring.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with the aid of the following figures. Show it:
  • 1 a front view of a wheel brake disc from the prior art in which the friction rings are screwed and sliding blocks are used for centering;
  • 2 a sectional view of a wheel brake disc from the prior art 1 , in which the friction rings are screwed on and sliding blocks are used for centering;
  • 3 a perspective rear view of another friction ring from the prior art with inserted band-shaped spring elements;
  • 4 a schematic view of a section through a friction ring from the prior art; and
  • 5 a schematic view of a section through a friction ring according to the invention.

In den 1 und 2 ist eine Variante für einen Aufbau einer an sich bekannten Radbremsscheibe 1 dargestellt, welche vorzugsweise bei Schienenfahrzeugen eingesetzt werden kann. Ein Rad 3 eines Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeuges, weist einen Radsteg 2 auf, an welchem symmetrisch zur Symmetrieachse des Radsteges 2 jeweils ein Reibring 4, 5 angeordnet ist. Der jeweilige Reibring 4, 5 verfügt über Rippen 6, mittels welchen sich der Reibring 4,5 auf dem Radsteg 2 abstützt. Die Reibringe 4, 5 sind in der Variante der 1 und 2 mit Schrauben ausgebildet, die als Dehnschrauben ausgeführt sind und mittels welcher der jeweilige Reibring 4 oder 5 im Zusammenspiel mit einer Mutter 8 mit dem Radsteg 2 verschraubt ist. Dabei verfügt die jeweilige Schraube über einen Schraubenkopf 7, welcher sich auf einer Hülse 8 abstützt, die über eine Senkung in den Reibring 5 eingelassen ist. Die korrespondierende Mutter 9 ist ebenso als Hülse gestaltet oder mit einer separaten Hülse kombiniert und ebenfalls in eine Senkung in den Reibring 4 eingelassen ist. Der Formschluss der Verbindung wird durch separate Gleitsteine 10 erzeugt.In the 1 and 2 a variant for a structure of a known wheel brake disc 1 is shown, which can preferably be used in rail vehicles. A wheel 3 of a vehicle, in particular a rail vehicle, has a wheel web 2 on which a friction ring 4 , 5 is arranged symmetrically to the axis of symmetry of the wheel web 2 . The respective friction ring 4, 5 has ribs 6, by means of which the friction ring 4.5 is supported on the wheel web 2. The friction rings 4, 5 are in the variant of 1 and 2 formed with screws, which are designed as expansion screws and by means of which the respective friction ring 4 or 5 is screwed together with a nut 8 with the wheel web 2. The respective screw has a screw head 7 which is supported on a sleeve 8 which is embedded in the friction ring 5 via a countersink. The corresponding nut 9 is also designed as a sleeve or is combined with a separate sleeve and is also embedded in a countersink in the friction ring 4 . The positive connection of the connection is generated by separate sliding blocks 10 .

Alternativ zur vorgenannten Festlegungsvariante einer Verschraubung ist in 3 eine Perspektivansicht eines Reibrings 4, 5 mit eingesetzten Federelementen 13 einer Radbremsscheibe 1 dargestellt. Der Reibring 4, 5 ist in dieser Ausführungsvariante radstegseitig Rippen und/oder Nocken 14, 15, 16, 17, 18, 19 mit unterschiedlicher Geometrie ausgebildet, die sich in Bezug auf den Radsteg in radialer Richtung erheben und im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufen. Die Rippen bzw. Nocken 14, 15, 16, 17, 18, 19 sind in zwei definierten, wiederkehrenden Mustern auf dem jeweiligen Reibring 4, 5 angeordnet. Die Muster sind jeweils durch die Anordnung eines lediglich optionalen Federelementes 13 voneinander getrennt. Die Geometrie der Rippen bzw. Nocken 14, 15, 16, 17, 18, 19 ist so gewählt, dass eine Verformung des Reibringes 4, 5 auf Grund der durch den Bremsvorgang eingebrachten Wärme in im Bezug auf das Rad 3 axialer Richtung vom Betrag her möglichst gleichmäßig erfolgt. Darüber hinaus ist die Geometrie der Rippen bzw. Nocken 14, 15, 16, 17, 18, 19 so gewählt, dass bei Drehung des Rades 3 eine möglichst ho- he Wärmeabfuhr durch Konvektion erfolgt. Die Rippen bzw. Nocken 14, 15, 16, 17, 18, 19 sind weiterhin grundsätzlich so gestaltet, dass sie nur an ihren jeweiligen beiden Enden 20 am Radsteg 2 anliegen, so dass der Wärmeeintrag von den Reibringen 4, 5 in den Radsteg 2 durch die geometrische Gestaltung der Rippen bzw. Nocken 14, 15, 16, 17, 18, 19 auf ein Minimum reduziert wird.As an alternative to the aforementioned specification variant of a screw connection, in 3 a perspective view of a friction ring 4, 5 with inserted spring elements 13 of a wheel brake disc 1 is shown. In this embodiment, the friction ring 4, 5 has ribs and/or cams 14, 15, 16, 17, 18, 19 on the wheel web side with different geometries, which rise in the radial direction with respect to the wheel web and essentially run in the axial direction. The ribs or cams 14, 15, 16, 17, 18, 19 are arranged in two defined, recurring patterns on the respective friction ring 4, 5. The patterns are each separated from one another by the arrangement of a spring element 13 which is only optional. The geometry of the ribs or cams 14, 15, 16, 17, 18, 19 is selected so that a deformation of the friction ring 4, 5 due to the heat introduced by the braking process in relation to the wheel 3 axial direction in terms of amount done as evenly as possible. In addition, the geometry of the ribs or cams 14, 15, 16, 17, 18, 19 is selected so that when the wheel 3 rotates, the greatest possible heat dissipation takes place by convection. The ribs or cams 14, 15, 16, 17, 18, 19 are also basically designed in such a way that they only rest on the wheel web 2 at their respective two ends 20, so that the heat input from the friction rings 4, 5 into the wheel web 2 is reduced to a minimum by the geometric design of the ribs or cams 14, 15, 16, 17, 18, 19.

Eine Bohrung 30, deren Symmetrieachse im in 3 gezeigtem Beispiel mit der Symmetrieachse des Federelementes 13 zusammenfällt, durchgreift im montierten Zustand der Reibringe 4, 5 jeweils eine Schraube (nicht dargestellt), mit denen die Reibringe 4, 5 am Radsteg 2 befestigt sind und die Primärverschraubung der Reibringe 4, 5 mit dem Radsteg 2 bildet. Dementsprechend weisen die Reibringe 4, 5 ebenfalls eine zur Bohrung 30 koaxiale Bohrung 31 auf. Das Federelement 13 ist über die Schenkel 28, 29 und entsprechende Bohrungen 32 mit geeigneten Verbindungselementen (nicht dargestellt) mit den Nocken 21, 22 verbunden.A bore 30 whose axis of symmetry is in 3 shown example coincides with the axis of symmetry of the spring element 13, when the friction rings 4, 5 are in the mounted state, a screw (not shown) passes through each of them, with which the friction rings 4, 5 are fastened to the wheel web 2 and the primary screw connection of the friction rings 4, 5 to the wheel web 2 forms. Accordingly, the friction rings 4 , 5 also have a bore 31 that is coaxial with the bore 30 . The spring element 13 is connected to the cams 21, 22 via the legs 28, 29 and corresponding bores 32 with suitable connecting elements (not shown).

Das Federelement 13 ist erfindungsgemäß so ausgeführt, dass alle auftretenden Relativbewegungen betragsmäßig im Bereich der elastischen Verformung der Federelemente 13 liegen. Dies führt dazu, dass die Primärverschraubung der Radbremsscheibe 1 keine Relativbewegung in Richtung parallel zum Radsteg 2 ausführen, was den Verschleiß am Radsteg 2 gänzlich verhindert. Weitere konstruktive Details der Variante der 3 können der WO 2014/019895 A1 entnommen werden.The spring element 13 is designed according to the invention in such a way that all relative movements that occur are in the range of the elastic deformation of the spring elements 13 in terms of absolute value. This means that the primary screw connection of the wheel brake disc 1 does not perform any relative movement in the direction parallel to the wheel web 2 , which completely prevents wear on the wheel web 2 . Other constructive details of the variant of 3 can the WO 2014/019895 A1 be removed.

Typischerweise können die vorbeschriebenen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt eingesetzten Reibringe 4, 5 durch verschiedene Gussverfahren realisiert werden. Als bevorzugter Werkstoff wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Leichtmetall, insbesondere ein aluminiumbasierter Werkstoff, eingesetzt, so dass die bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Reibrings als ein Leichtbau-Reibring ausgebildet ist.Typically, the friction rings 4, 5 described above and preferably used within the scope of the present invention can be realized by various casting methods. A light metal, in particular an aluminum-based material, is used as the preferred material within the scope of the present invention, so that the preferred variant of the friction ring according to the invention is designed as a lightweight friction ring.

Besonders bevorzugt kann es sich um ein AlSiMg-Material handeln, also um eine Legierung die hauptsächlich aus Aluminium besteht. Weitere Legierungselemente sind Silizium und Magnesium. Der vorgenannte aluminiumbasierte Werkstoff kann aus vorgemischten Matrix-Verbünden aus Metall und Hartstoffen Al/SiC- oder AI/AI203-Mischung abgegossen werden.It can particularly preferably be an AlSiMg material, that is to say an alloy which mainly consists of aluminum. Other alloying elements are silicon and magnesium. The aluminum-based material mentioned above can be cast from pre-mixed matrix composites made of metal and hard materials Al/SiC or Al/AI203 mixture.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dadurch bevorzugt ein gradient-gemischter Materialverbund aus duktilem Basiswerkstoff wie Aluminium und in einer Gradientenstruktur funktional günstig verteilten Hartstoffpartikeln erhalten. Eine Phasengrenze, wie bei den Schichtguss-Werkstoffen, ist dabei vorzugsweise nicht im Schnittbild erkennbar.In the context of the present invention, a gradient-mixed material composite made of ductile base material such as aluminum and hard material particles functionally favorably distributed in a gradient structure is thereby preferably obtained. A phase boundary, as in the layer cast materials, is preferably not recognizable in the sectional image.

Man nutzt hierfür den Dichteunterschied beispielsweise von Korund (AI203) als Hartstoffpartikel zu Aluminium. Dies wird u.a. dadurch erreicht, dass die Reibfläche im untersten Bereich der Gussform, bezogen auf das Schwerefeld der Erde, angeordnet ist.The difference in density, for example, between corundum (AI203) as hard material particles and aluminum is used for this purpose. This is achieved, among other things, by arranging the friction surface in the lowest area of the casting mold in relation to the earth's gravitational field.

Der Hauptvorteil für das fertige Produkt als Reibring ist, daß die reib- und verschleißtechnisch-relevanten Partikel in einer Zone konzentriert werden, wo man sie benötigt.The main advantage for the finished product as a friction ring is that the particles relevant to friction and wear are concentrated in a zone where they are needed.

Bevorzugt handelt es sich bei dem dem Gemisch der aluminiumbasierten Metallschmelze beigefügten Hartstoff um ein technisches Korund. Dieses kann in einem Volumenanteil von vorzugsweise mehr als 5 %, insbesondere 8-15 Vol.% enthalten sein. Die bevorzugte durchschnittliche Partikelgröße der Hartstoffpartikel beträgt zwischen 10-50 µm. Die Parikelgrößenbestimmung in diesem Bereich kann durch statische Bildanalyse (static image analysing) eines oder mehrerer Schnittbilder erfolgenThe hard material added to the mixture of aluminum-based molten metal is preferably a technical corundum. This can be contained in a volume proportion of preferably more than 5%, in particular 8-15% by volume. The preferred average particle size of the hard material particles is between 10-50 μm. The particle size determination in this area can be done by static image analysis (static image analyzing) of one or more cross-sectional images

Der angereicherte Basis-Verbundwerkstoff kann in einem Niederdruck-Gießverfahren durch Partikelumlagerung zu einem gradienten Material ausgebildet werden. Ein solches Gießverfahren ist an sich bekannt, jedoch nicht zur Ausbildung der erfindungsgemäß-beschriebenen Gradientenstruktur. Dabei wird eine Metallschmelze, wie Aluminium, meist mittels eines Steigrohrs von unten her in eine einem Formhohlraum aufgesetzte Gießform gedrückt. Dabei kann es sich um eine Kokille (Dauerform) handeln. Der notwendige Druck zum Hochdrücken bzw. zur Verlagerung der Schmelze kann durch einen Gasdruck erzeugt werden. Nach der Formfüllung bleibt auch während der Erstarrung der Gasdruck aufrechterhalten, um die Nachspeisung zum Ausgleich der Volumenschrumofung beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand zu ermöglichen. Dies setzt naturgemäß eine möglichst gerichtete Erstarrung von oben nach unten voraus und bedingt eine möglichst günstige Gussstückgestaltung oder Querschnittsabstufungen.The enriched base composite can be formed into a gradient material by particle rearrangement in a low pressure casting process. Such a casting process is known per se, but not for forming the gradient structure described according to the invention. Here, a metal melt, such as aluminum, is usually pressed from below by means of a riser pipe into a casting mold placed on top of a mold cavity. This can be a mold (permanent mold). The pressure required to push up or to shift the melt can be generated by gas pressure. After the mold has been filled, the gas pressure is also maintained during solidification in order to enable refilling to compensate for the shrinkage in volume during the transition from the liquid to the solid state. Naturally, this requires solidification that is as directed as possible from top to bottom and requires the most favorable possible casting design or cross-sectional gradations.

Im Reibbereich des Reibrings der in der Gußform unten liegt, konzentrieren sich die Hartstoffpartikel, insbesondere die Korundpartikel, dort mit vorteilhaftem Volumen-Anteil von mehr als 15%, vorzugsweise 18-25%.In the friction area of the friction ring, which is at the bottom in the casting mold, the hard material particles, in particular the corundum particles, are concentrated there with an advantageous volume proportion of more than 15%, preferably 18-25%.

Dabei weist das Korund eine Dichte von mehr als 3,75 g/cm3, vorzugsweise zwischen 3,8-4,2 g/cm3, insbesondere bei 4,05 g/cm3 (+/- 0,08 g/cm3) auf. Demgegenüber weist das Basismetall, z.B. eine Aluminiumschmelze, eine Dichte von weniger als 2,9 g/cm3, vorzugsweise zwischen 2,5 bis 2,85 g/cm3, insbesondere bei 2,7 g/cm3 (+/- 0,08 g/cm3) auf.The corundum has a density of more than 3.75 g/cm 3 , preferably between 3.8-4.2 g/cm 3 , in particular 4.05 g/cm 3 (+/− 0.08 g/cm 3 ) on. In contrast, the base metal, e.g. an aluminum melt, has a density of less than 2.9 g/cm 3 , preferably between 2.5 and 2.85 g/cm 3 , in particular at 2.7 g/cm 3 (+/- 0 .08 g/cm 3 ).

Weiterhin kann eine Bewegung der Gießform während des Erkaltens vorteilhaft sein, beispielsweise ein Schüttelmechanismus. Die Bewegung unterstützt die Sedimentation.Furthermore, a movement of the casting mold during cooling can be advantageous, for example a shaking mechanism. The movement supports the sedimentation.

Wie bereits zuvor genannt, nimmt die Konzentration an Hartstoffpartikeln 43 im Metall bzw. der Metalllegierung 42 im Schnitt des Reibrings 4, 5 von der Reibflächen 40 zu den Kühlkanälen 41 der rückseitigen Fläche 44 gradiell ab. Dies ist in 5 dargestellt. 4 stellt demgegenüber eine gleichmäßige Verteilung der Hartstoffpartikel 43' zwischen der Reibfläche 40' und der korrespondierenden rückseitigen Fläche 44' dar, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist.As already mentioned above, the concentration of hard material particles 43 in the metal or the metal alloy 42 in the section of the friction ring 4, 5 gradually decreases from the friction surface 40 to the cooling channels 41 of the rear surface 44. this is in 5 shown. 4 In contrast, FIG. 4 shows a uniform distribution of the hard material particles 43′ between the friction surface 40′ and the corresponding rear surface 44′, as is known from the prior art.

Besonders bevorzugt kann die Konzentration an Hartstoffpartikeln von der Reibfläche der Scheibe bis deren Kühlkanälen die Hartstoffkonzentration gleichmäßig abnehmen, beispielsweise um zumindest 5 Vol.%, vorzugsweise um zumindest 10 Vol.%, besonders bevorzugt um 10 -18 Vol.%.The concentration of hard material particles can particularly preferably decrease uniformly from the friction surface of the disc to its cooling channels, for example by at least 5% by volume, preferably by at least 10% by volume, particularly preferably by 10-18% by volume.

Die Gradientenverteilung des Hartstoffs kann zudem mittels einer Temperaturführung im Gießprozess verbessert werden. Hierbei wird durch die Temperaturkontrolle ein „In-Schmelze-halten“ und eine langsame Abkühlung ermöglicht, so dass eine verbesserte Verteilung durch das Absinken der Hartstoffpartikel erlangt wird.The gradient distribution of the hard material can also be improved by temperature control in the casting process. The temperature control enables "keeping in the melt" and slow cooling, so that an improved distribution is achieved through the sinking of the hard material particles.

Durch diese Verfahrensführung ist zudem eine reibtechnisch vorteilhafte Bremsscheibe realisierbar, die in den Herstellungsschritten nur jeweils geringen Aufwand erfordert. Dadurch wird ein Kostenaufwand verringert.In addition, a brake disc that is advantageous in terms of friction can be realized by this method, which requires only little effort in each of the production steps. This reduces costs.

Durch die Verwendung eines vergleichsweise preisgünstigen Ausgangsmaterials mit aus einem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung als ‚Mischsystem‘ mit Hartstoffpartikeln kann eine vergleichsweise leichte Verarbeitbarkeit mittels Gießen erreicht werden. Zugleich wird ein Reibring mit nachweislich guten Reibeigenschaften u. hoher Verschleißbeständigkeit geschaffen, welcher optimal in einer Radbremsscheibe eingesetzt werden kann. Aufgrund der Schaffung eines quasi übergangslosen, insbesondere monolithischen, Materials ohne Phasengrenzfläche kann zudem gute Wärmeleitfähigkeit der einzelnen Komponenten des Materialverbunds erreicht werden. Durch ein Niederdruck-Gießverfahren in fallweise nachgeheizter Kokille kann man den gradiellen Verlauf der Korundpartikel-Konzentration im Material deutlicher ausprägen.By using a comparatively inexpensive starting material made of aluminum or an aluminum alloy as a 'mixed system' with hard material particles, comparatively easy processing by means of casting can be achieved. At the same time, a friction ring with demonstrably good friction properties and high wear resistance is created, which can be optimally used in a wheel brake disc. Due to the creation of a virtually seamless, in particular monolithic, material without a phase interface, good thermal conductivity of the individual components of the material composite can also be achieved. The gradual development of the corundum particle concentration in the material can be more clearly defined by a low-pressure casting process in a mold that is occasionally reheated.

Der Gradient verläuft vorzugsweise als ein von der Reibseite nach oben (zur Kühlungsseite des Reibrings hin) gleichmäßig abnehmender Anteil. Sowohl Korund als auch SiC kann als Hartstoffpartikel genutzt werden. Allerdings hat Korund den Vorteil, dass dieser Hartpartikelwerkstoff im Vergleich zu dem auch häufig reibtechnisch eingesetzten SiC-Anteil einen stabil-hohen Schmelzpunkt aufweist. Somit erreicht man eine recht unkritische Temperaturführung des Prozesses, bei welchem Aluminium eine größere Zeit lang, beispielsweise zumindest 1h, in Schmelze gehalten wird. Weiterhin ist durch die tendenziell glatte Gußform für das Finish der Oberflächen mittels Zerspanung nur ein kleinerer Volumenabtrag zu erwarten als bislang, worin ein weiterer Vorteil liegt.The gradient preferably runs as a proportion that decreases uniformly from the friction side upwards (towards the cooling side of the friction ring). Both corundum and SiC can be used as hard material particles. However, corundum has the advantage part that this hard particle material has a consistently high melting point compared to the SiC component that is also frequently used for friction purposes. In this way, a relatively uncritical temperature control of the process is achieved, in which aluminum is kept in the melt for a longer period of time, for example at least 1 hour. Furthermore, due to the tendentially smooth mold for the finish of the surfaces by machining, only a smaller volume removal is to be expected than before, which is another advantage.

BezugszeichenlisteReference List

11
Radbremsscheibewheel brake disc
22
Radstegwheel dock
33
Radwheel
44
Reibringfriction ring
55
Reibring friction ring
77
Schraubenkopfscrew head
88th
Hülsesleeve
99
Muttermother
1010
Gleitstein sliding block
1313
Federelementspring element
1414
Ripperib
1515
Ripperib
1616
Ripperib
1717
Nockenpaarpair of cams
1818
Ripperib
1919
Nockenpaar pair of cams
2121
Nockecam
2222
Nocke cam
2828
Schenkelleg
2929
Schenkelleg
3030
Bohrungdrilling
3131
Bohrungdrilling
3232
Bohrung drilling
4040
Reibflächefriction surface
4141
Kühlkanälecooling channels
4242
Metall und/oder Metalllegierungmetal and/or metal alloy
4343
Hartstoffhard material
4444
rückseitige Fläche back surface
40'40'
Reibflächefriction surface
43'43'
Hartstoffhard material
44'44'
rückseitige Fläche back surface
5050
Vormischen (Aluminiumspäne + Hartstoffpartikel)Pre-mixing (aluminum chips + hard material particles)
101101
Bereitstellen einer Schmelzeproviding a melt
102102
Vermischen der Schmelzemixing of the melt
103103
Einbringen in GussformInsertion in mold
104104
Temperaturkontrolle / In Schmelze haltenTemperature Control / Keep in Melt
105105
Erkalten der Schmelzecooling of the melt
106106
Montage der RadbremsscheibeAssembly of the wheel brake disc

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 4417813 [0002]DE 4417813 [0002]
  • DE 102007020891 A1 [0003]DE 102007020891 A1 [0003]
  • EP 0846884 A2 [0004]EP 0846884 A2 [0004]
  • WO 2014/019895 A1 [0029]WO 2014/019895 A1 [0029]

Claims (11)

Reibring (4, 5) für eine Radbremsscheibe (1), wobei der Reibring (4, 5) einen monolithisch gegossenen Metallblock mit einer Reibfläche (40) und einer rückseitigen Fläche (44) umfasst, wobei im Material des Metallblocks zumindest ein Hartstoff (43) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil an Hartstoff (43) im Metall (42) von der rückseitigen Fläche (44) zur Reibfläche (40) hin stetig zunimmt.Friction ring (4, 5) for a wheel brake disc (1), wherein the friction ring (4, 5) comprises a monolithically cast metal block with a friction surface (40) and a rear surface (44), with at least one hard material (43 ) is arranged, characterized in that the volume proportion of hard material (43) in the metal (42) from the rear surface (44) to the friction surface (40) increases steadily. Reibring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil an Hartstoff (43), insbesondere an Hartstoffpartikeln, im Metall (42) konstant zunimmt.friction ring after claim 1 , characterized in that the proportion by volume of hard material (43), in particular hard material particles, in the metal (42) increases constantly. Reibring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallblock keine Phasengrenze aufweist, also unbeschichtet und/oder ungeschichtet, ausgebildet ist.friction ring after claim 1 or 2 , characterized in that the metal block has no phase boundary, so uncoated and / or unlayered, is formed. Reibring nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (4, 5) entlang der rückseitigen Fläche (44) Kühlrippen (41) und/oder Kühlnocken aufweist.Friction ring according to one of the preceding claims, characterized in that the friction ring (4, 5) has cooling ribs (41) and/or cooling cams along the rear surface (44). Reibring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Hartstoffs (43) um zumindest 1 g/cm3 größer ist als die Dichte des Metalls (42).Friction ring according to one of the preceding claims, characterized in that the density of the hard material (43) is at least 1 g/cm 3 greater than the density of the metal (42). Reibring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (42) ein Leichtmetall oder eine Leichtmetall-Legierung, vorzugsweise Aluminium oder eine aluminiumbasierte Legierung mit Aluminium als Hauptbestandteil, ist.Friction ring according to one of the preceding claims, characterized in that the metal (42) is a light metal or a light metal alloy, preferably aluminum or an aluminum-based alloy with aluminum as the main component. Reibring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aluminiumsbasierte Legierung mit Silizium und/oder Magnesium legiert ist.Friction ring according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminium-based alloy is alloyed with silicon and/or magnesium. Reibring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoff (43), insbesondere in der Ausbildung als Hartstoffpartikel, als Korund, insbesondere als technisches Korund, ausgebildet ist.Friction ring according to one of the preceding claims, characterized in that the hard material (43), in particular in the form of hard material particles, is in the form of corundum, in particular technical corundum. Reibring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Konzentration von Hartstoff (43), insbesondere in der Ausbildung als Hartstoffpartikel, im Metall (42) von der rückseitigen Fläche (44) zur Reibfläche (40) um beispielsweise um zumindest 5 Vol.%, vorzugsweise um zumindest 10 Vol.%, besonders bevorzugt um 10 -18 Vol.%, zunimmt.Friction ring according to one of the preceding claims, characterized in that the concentration of hard material (43), in particular in the form of hard material particles, in the metal (42) from the rear surface (44) to the friction surface (40) increases by at least 5 vol .%, Preferably by at least 10% by volume, particularly preferably by 10-18% by volume. Radbremsscheibe (1) für ein Rad (3) eines Schienenfahrzeuges, wobei das Rad (3) einen Radsteg (2) aufweist, an dem sich Reibringe (4, 5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche abstützen, die mit Verbindungsmitteln am Radsteg (2) befestigt sind.Wheel brake disc (1) for a wheel (3) of a rail vehicle, the wheel (3) having a wheel web (2) on which friction rings (4, 5) are supported according to one of the preceding claims, which are connected to connecting means on the wheel web (2) are attached. Verfahren zum Herstellen einer Radbremsscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere durch ein Niederdruck-Gießverfahren.Method for producing a wheel brake disc (1) according to one of the preceding claims, in particular by a low-pressure casting method.
DE102020122653.5A 2020-08-31 2020-08-31 Friction ring, wheel brake disc and method for their manufacture Pending DE102020122653A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020122653.5A DE102020122653A1 (en) 2020-08-31 2020-08-31 Friction ring, wheel brake disc and method for their manufacture
CN202111008174.9A CN114110060A (en) 2020-08-31 2021-08-31 Friction ring, wheel brake disc and method for producing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020122653.5A DE102020122653A1 (en) 2020-08-31 2020-08-31 Friction ring, wheel brake disc and method for their manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020122653A1 true DE102020122653A1 (en) 2022-03-24

Family

ID=80441265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020122653.5A Pending DE102020122653A1 (en) 2020-08-31 2020-08-31 Friction ring, wheel brake disc and method for their manufacture

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114110060A (en)
DE (1) DE102020122653A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4417813A1 (en) 1994-05-20 1995-11-23 Knorr Bremse Systeme Wheel brake disc for rail vehicles
EP0846884A2 (en) 1996-12-03 1998-06-10 Thyssen Guss Ag Method of manufacturing a brake disc, particularly a shaft or wheel disc for railway vehicles
DE102007020891A1 (en) 2007-05-04 2008-11-13 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Lined brake disc for rail- or commercial road vehicles, is formed as spray-compacted metal coating containing embedded ceramic particles
DE102010008202A1 (en) 2010-02-17 2011-08-18 Daimler AG, 70327 Method for manufacturing friction ring of composite brake disk of motor car, involves providing ultrasound for acting on melt during solidification for producing vertical particle density gradient in rigid friction ring
WO2014019895A1 (en) 2012-08-03 2014-02-06 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Wheel brake disc

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006035948A1 (en) * 2006-07-31 2008-02-07 SÖNTGEN, Thomas Brake disk for deceleration of rotating motion of e.g. shaft in train, has base electrolytically coated with wear resistant material, where material of coating is ductile metallic basic material, in which hard material particle is laid
WO2008070636A1 (en) * 2006-12-01 2008-06-12 Ftf, Llc Variable-density preforms
US20110315668A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Olsen Garrett T Erosion Resistant Hard Composite Materials
KR101551969B1 (en) * 2013-12-31 2015-09-09 현대자동차주식회사 Brake Disc Using Different Materials and Method for Manufacturing The Same
CN103939509B (en) * 2014-04-22 2018-04-17 浙江天乐新材料科技有限公司 A kind of Al/Sic and Cu/Sic composite materials friction pair for rail vehicle and preparation method thereof
DE102017200945B3 (en) * 2017-01-20 2018-05-09 Ford Global Technologies, Llc Method for producing hybrid lightweight brake discs

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4417813A1 (en) 1994-05-20 1995-11-23 Knorr Bremse Systeme Wheel brake disc for rail vehicles
EP0846884A2 (en) 1996-12-03 1998-06-10 Thyssen Guss Ag Method of manufacturing a brake disc, particularly a shaft or wheel disc for railway vehicles
DE102007020891A1 (en) 2007-05-04 2008-11-13 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Lined brake disc for rail- or commercial road vehicles, is formed as spray-compacted metal coating containing embedded ceramic particles
DE102010008202A1 (en) 2010-02-17 2011-08-18 Daimler AG, 70327 Method for manufacturing friction ring of composite brake disk of motor car, involves providing ultrasound for acting on melt during solidification for producing vertical particle density gradient in rigid friction ring
WO2014019895A1 (en) 2012-08-03 2014-02-06 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Wheel brake disc

Also Published As

Publication number Publication date
CN114110060A (en) 2022-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017200945B3 (en) Method for producing hybrid lightweight brake discs
EP0777830B1 (en) Disk brake calliper
EP2061078B1 (en) Cooling element
DE4322113A1 (en) Brake disc for disc brakes
DE102015221718B4 (en) Drum-in-hat brake disc for a vehicle and manufacturing method therefor
DE102009059806A1 (en) Composite brake disk comprises an internal pane interspersed with ventilation ducts and two friction rings firmly connected with the pane, where the friction rings consist of aluminum alloy reinforced with hard material particles
DE102011112176A1 (en) Method for producing a brake component
DE102011121292A1 (en) Producing brake discs made of aluminum-matrix composite alloy, comprises heating spray-formed base-aluminum-matrix composite alloy having specified amount of silicon carbide particle in matrix-forming aluminum alloy in fusion mold
DE102013009955B4 (en) Brake disc or brake drum with wear-resistant friction layer
DE102010008202B4 (en) Manufacturing method for a friction ring made of a composite material
EP2100051B1 (en) Brake disk for a disk brake
DE102009049875A1 (en) Brake disk has annular friction body which is made of aluminum material that is reinforced with hard particles, where common friction body is assembled by spray compacting
WO2013127896A1 (en) Brake disc for a motor vehicle
DE102020122653A1 (en) Friction ring, wheel brake disc and method for their manufacture
WO2007012373A1 (en) Method of producing a piston for an internal combustion engine and piston for an internal combustion engine
DE112018002874T5 (en) Composite part and method and tool for making the same
EP2140042B1 (en) Production of a partial fiber composite structure in a component using a laser remelting treatment
DE112010001446T5 (en) Cylinder liner of metal matrix composite material and method of making the same
WO2013041305A1 (en) Method for producing components from mmcs (metal matrix composites) using overspray powder
EP1741952A1 (en) Brake pad for rail and not rail-bound vehicles
DE102011119760B3 (en) Manufacturing friction rings with cooling channels using a spray compacting unit, comprises e.g. directing a spray stream of an aluminum alloy mixed with hard particles on the clamping surface by the support tube
DE102006051544A1 (en) Rolling bearing component useful in motor elements of motor vehicles, comprises a rolling solid surface and vibration damping core, which is produced in a metal spray-compacted method
EP1281459A2 (en) Process and device for thixo injection molding for making metal components
DE2166949C3 (en) Friction block for an electromagnetically operated brake or clutch
EP0706619B1 (en) Brake disc for disc brakes

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication