DE112010001218B4

DE112010001218B4 - Verfahren zum Vorspannen von Luft-Scheibenbremssätteln und Bremssattelvorspannvorrichtung

Info

Publication number: DE112010001218B4
Application number: DE112010001218.0T
Authority: DE
Inventors: Richard Lee Jr. LANTZ; Ronald S. Plantan
Original assignee: Bendix Spicer Foundation Brake LLC
Current assignee: Bendix Spicer Foundation Brake LLC
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2030-03-10
Also published as: AU2010226151A1; US8573371B2; CA2964552C; CA2964552A1; CA2753816C; US8423191B2; WO2010107612A1; DE112010001218T5; MX2011009834A; MX360073B; US20100236875A1; US8161614B2; CA2753816A1; US20110303496A1; US20110307091A1; AU2010226151B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) für eine Scheibenbremse, wobei das Verfahren die folgenden Vorgänge umfasst:Bilden eines Bremssattelgehäuses aus Gusseisen; undAnlegen einer Vorspannlast an das Bremssattelgehäuse,wobei die Vorspannlast hoch genug ist, um eine örtlich begrenzte plastische Verformung im gusseisernen Bremssattelgehäuse zu bewirken, und unter einer Last ist, die hoch genug ist, um einen Defekt des gusseisernen Bremssattels (100) durch Rissbildung zu verursachen,dadurch gekennzeichnet, dasswährend der Lastanlegung die Vorspannlast in derselben Weise an den gusseisernen Bremssattel (100) angelegt wird, wie eine Bremslast an den Bremssattel (100) angelegt wird, wenn in Betrieb in einem Fahrzeug.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Bremsen, die zum Beispiel auf Achsen von kommerziellen Lastkraftwagen und Anhängern verwendet werden, und insbesondere die Herstellung von Bremssätteln, die bei solchen Bremsen verwendet werden.
Luft-Scheibenbremsen sind in Europa in erster Linie infolge ihrer Leistungsvorteile gegenüber herkömmlichen Trommelbremsen weit verbreitet. Diese Hochleistungsbremsen haben sich jedoch in den USA bei kommerziellen Fahrzeugen nicht allgemein durchgesetzt. Ein Hindernis für eine großflächige Übernahme von Scheibenbremsen in den USA sind die - im Vergleich zu den in Europa verwendeten - verhältnismäßig kleinen Radfelgen, die bei kommerziellen Fahrzeugen in den US verwendet werden, und die allgemeine Abneigung der US-Fahrzeugbetreiber, die Kosten für eine Umstellung auf größere Radfelgen auf sich zu nehmen, zumindest solange es keine gesetzliche Auflage dafür gibt.
Der Verein der US-Automobilingenieure arbeitet daran, eine Empfehlung für eine Standardaufmachung von Bremsen für kommerzielle Fahrzeuge zur industrieweiten Verwendung festzulegen, aber diese Bemühungen dauern nun schon mindestens acht Jahre an, ohne dass es zum Erlass eines formellen Standards oder einer formellen Empfehlung gekommen wäre, und es ist auch nicht zu erwarten, dass in naher Zukunft einer als gesetzliche Auflage verabschiedet wird (wobei der Erlass einer Regierungsauflage als Notwendigkeit angesehen wird, um die Besitzer kommerzieller Fahrzeuge von den aktuellen US-Standardrädern abzubringen). Demgemäß müssen in Anbetracht der konkreten Gegebenheiten in Bezug auf das aktuelle Umfeld in Sachen Räder und Bremsen von kommerziellen Fahrzeugen, wenn Luft-Scheibenbremsen in den USA in naher Zukunft in großem Maßstab verwendet werden sollen, Konstruktionen von Luft-Scheibenbremsen wie solche, die in Europa verwendet werden, umgearbeitet werden, um in die begrenzte Freiraumhüllkurve der bestehenden Standardgrößen von US-Radfelgen hineinzupassen.
Für solche Umarbeiten wurden verschiedene Ansätze in Betracht gezogen, wie beispielsweise das Verwenden von anderen Materialien als das übliche Gusseisen, Verwenden von Bremsscheiben mit kleinerem Durchmesser und derartiges Konstruieren der Bremssättel, dass sie in der radialen Richtung dünner sind, um in eine Radfelge hineinzupassen. Das gemeinsame Thema all dieser Alternativen ist der Versuch, die radiale Höhe des Bremssattels zu verringern, indem typischerweise Material von dem Abschnitt des Bremssattels entfernt wird, der den Außenradius der Bremsscheibe überbrückt (d.h. den Abschnitt des Bremssattels zwischen der Bremsenbetätigungsseite und der Reaktionsseite des Bremssattels). Keine dieser Lösungen hat jedoch eine Konstruktion ohne unerwünschte Kompromisse geliefert, wie beispielsweise unerschwingliche Kosten (zum Beispiel infolge der Verwendung von teureren Materialien mit höherer Festigkeit) oder unzureichende Festigkeit und/oder Ermüdungslebensdauer infolge unannehmbar dünner Bremssattelquerschnitte.
Technische Berechnungen und Tests haben gezeigt, dass es, wenn ein Bremssattel während der Bremsenbetätigung belastet wird, in den Bereichen des Bremssattels und in der Nähe davon Regionen von sehr hoher Spannung gibt, welche über den Außenradius der Bremsscheibe hinausreichen. Die Berechnungen haben bewiesen, dass, wenn die Gusseisenmenge in der quer zur Scheibe verlaufenden Region eines Bremssattels verringert wird, um einen ausreichenden Radfelgen-Hüllkurvenfreiraum zu erhalten, die Spannungsniveaus bei gusseisernen Bremssätteln, die unter Verwendung herkömmlicher Herstellungsverfahren erzeugt wurden, so hoch sind, dass die Ermüdungslebensdauer des Bremssattels signifikant verkürzt wird, und zwar bis zu dem Punkt, dass keine angemessene Ermüdungslebensdauer des Bremssattels gewährleistet werden kann.
Typische Ansätze zum Verlängern der Ermüdungslebensdauer umfassen ein Vermehren der Menge Material, das in der hochbelasteten Region vorhanden ist; Modifizieren der Geometrie der Komponente, um Spannungen weiter zu verteilen und zu verringern; Übergehen zu teureren Materialien mit höherer Festigkeit, wie beispielsweise Stahllegierungen, und verschiedene Oberflächenbehandlungen.
US-Patent Nr. 5,841,033 ( US 5 841 033 A ) zeigt ein Verfahren zum Verbessern der Ermüdungsleistung bei Stahlkomponenten (einem wesentlich duktileren Material als Gusseisen, das spröde ist und keine übermäßige Biegung verzeiht). In diesem Verfahren wird eine Druckkraft auf spezifische Punkte entlang der Oberfläche der Komponenten ausgeübt, um die Komponenten in örtlich begrenzten Bereichen vorzuspannen. Diese Vorspannung wird nicht auf die gesamte Oberfläche der Komponenten oder auf innere Regionen angewendet.
US-Patent Nr. 4,248,191 ( US 4 248 191 A ) zeigt ein Vorspannverfahren zur Verwendung beim Minimieren der Möglichkeit von Brüchen bei Zylinderköpfen von Motoren. In diesem Verfahren werden in einer Region zwischen Ventilsitzen im Zylinderkopf Ringe hinzugefügt. Diese zusätzlichen Ringe sind dazu bestimmt, Druckkräfte in der Region zwischen den Sitzen auszuüben und dadurch das Auftreten von Zugspannungen im gusseisernen Zylinderkopf zu verhindern (d.h. wenn Zugkräfte an den Zylinderkopf ausgeübt werden, sollen die Druckkräfte des Vorspannrings so hoch sein, dass die ausgeübten Zugkräfte die Druckkräfte der Ringe nie überwinden).
US-Patent Nr. 5,193,375 ( US 5 193 375 A ) zeigt ein Verfahren zum Verlängern der Lebensdauer einer gusseisernen Bremstrommel durch Kugelbestrahlen der Oberfläche der Bremstrommel, um Restspannungen in der Oberfläche der Bremstrommel freizusetzen.
Die US-Patentanmeldung Nr. US 2008/0 081 208 A1 zeigt ein Element mit einer strukturierten Oberfläche (d.h. einem Abdruck), welches verwendet wird, um eine Oberflächenspannung auf eine Komponente anzuwenden, die aus duktilen Materialien hergestellt ist, wie beispielsweise einer Edelstahllegierung auf Nickelbasis.
Die international Patentveröffentlichung WO 2004/078 275 A1 zeigt einen Aluminium- oder Stahlkopf eines Golfschlägers mit einer vorbestimmten Vorspannung, die auf die Oberfläche der Schlagfläche des Schlägerkopfs angewendet wird, um eine federähnliche Wirkung zu erzielen. Aus der US 3,285,372 A ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bremssattels bekannt, bei dem zur Einbringung von Druckspannungen Außen- oder Oberseiten des Bremssattels kugelgestrahlt werden. Die DE 692 09 215 T2 offenbart Gusseisen als Material für Bauteile einer Bremse.
Keine dieser Bezugsquellen lehrt jedoch einen Ansatz zum Verbessern der Ermüdungslebensdauer, der auf das Verhindern eines Defekts eines Bremssattels, zum Beispiel durch die Erzeugung von Ermüdungsrissen, angewendet werden kann, wobei das höchstbelastete Material im Bremssattel nicht unbedingt an der Oberfläche des Bremssattels angeordnet ist. Außerdem lehrt keine der Bezugsquellen einen Ansatz, der mit gusseisernen Bremssätteln kompatibel ist (wobei der vorstehende Ansatz des Ringes zur Verstärkung eines gusseisernen Zylinderkopfs für einen gusseisernen Bremssattel nicht relevant ist, da in den höchstbelasteten Regionen eines Bremssattels kein Raum für die Hinzufügung eines Verstärkungsrings vorhanden ist).
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen gusseisernen Bremssattel mit einer verbesserten Ermüdungslebensdauer und einen Prozess und Prozesseinrichtungen zum Vorspannen eines gusseisernen Bremssattels zur Bereitstellung einer verbesserten Ermüdungslebensdauer bereit.
Es ist allgemein bekannt, dass die Ermüdungslebensdauer von duktilen Materialien durch Verschieben des Bereichs von auf das Material wirkender Spannung in eine Region mit niedrigeren Spitzenspannungen verlängert werden kann. 1 zeigt eine beispielhafte Darstellung dieser Wirkung in einem modifizierten Goodman-Diagramm dar. Dieses Diagramm zeigt die Beziehung zwischen mittlerer Spannungsgröße, Spannungsbereichsamplitude und der Anzahl von Zyklen bis zu einem Ermüdungsdefekt für ein beispielhaftes Material. Ein erstes Belastungsbeispiel A wird wiederholt zwischen einem Mindestspannungsniveaus Smin (in diesem Beispiel null Spannung) und einem Höchstspannungsniveau Smax belastet. Die Mittelbereichsspannung, die mit diesem Spannungsbereich S_r (wobei S_r die Differenz zwischen Smax und Smin ist) assoziiert ist, wird verwendet, um eine grafische Darstellung des Spannungsbereichs von Beispiel A auf der y-Achse anzuordnen. In diesem Beispiel ordnet die Eintragung des Spannungsbereichs von Beispiel A bei seiner entsprechenden Mittelbereichsspannung das Mindestspannungsniveau von Beispiel A auf einer Linie an, die einer Ermüdungslebensdauer von 10⁴ Zyklen entspricht.
Ein zweites Belastungsbeispiel B zeigt den Vorteil des Vorspannens einer Komponente mit Druckspannung. In diesem Beispiel ist die Größe des Spannungsbereichs S_r gleich wie in Beispiel A. Die Anwendung einer Druckvorspannung auf das Material verschob jedoch den Spannungsbereich effektiv in Richtung der Kompressionsregion, was zu einer niedrigeren Mittelbereichsspannung zwischen den Extremen von Smax und Smin führt. Wenn das Beispiel B im modifizierten Goodman-Diagramm bei der niedrigeren Mittelbereichsspannung eingetragen wird, schneidet demgemäß der Wert S_min von Beispiel B die Zykluslinien der Ermüdungslebensdauer bei einer Ermüdungslebensdauer von 10⁶ Zyklen. Dies bedeutet eine beträchtliche Verlängerung der Ermüdungslebensdauer gegenüber der Konstruktion von Beispiel A, obwohl das Material von Beispiel B eine Belastung über den gleichen großen Spannungsbereich wie in Beispiel A aushalten muss.
2a, 2b und 2c stellen eine beispielhafte Darstellung der Spannungsverteilung in einem Objekt mit einer einfachen Geometrie bereit, um die Wirkungen des Vorspannens weiter zu veranschaulichen. 2a veranschaulicht einen Block 10 zu drei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, der im elastischen Bereich belastet und entlastet wird. Anfänglich ist die Kraft, die an der Mitte 20 der linken Seite des Blocks 10 ausgeübt wird, bei null, und die entsprechende Spannung über die Dicke des Blocks 10 bei Linie A-A, die unter dem Block 10 dargestellt ist, ist null. Zu einem späteren Zeitpunkt wird eine Kraft A im elastischen Bereich ausgeübt, und die Kraft A wird durch zwei gegenüberliegende Punkte 30 auf der rechten Seite des Blocks 10 abgefangen, was dazu führt, dass der Block 10 in Biegung versetzt wird. Demnach ist der Block 10 bei Punkt 20 in Kompression, wie in der Spannungslinie unter dem Block dargestellt. Infolge der Biegelast nimmt die Spannung bis zu einem Zugspannungszustand auf der rechten Seite des Blocks 10 linear zu. Nachdem die Kraft A (die noch immer innerhalb des elastischen Bereichs des Materials ist) entfernt ist, kehrt die Spannung über den Querschnitt des Blocks bei Linie A-A durch den Block 10 schließlich zu null zurück.
2b veranschaulicht die Wirkung auf Block 10 von der Ausübung einer Kraft, die hoch genug ist, um das Blockmaterial vorzuspannen. In der ersten Darstellung in 2b ist der Block 10 bei null Spannung über seinen Querschnitt bei Linie A-A, wie dies in 2a der Fall war. In diesem Fall wird jedoch nun eine Kraft B ausgeübt, wobei die Kraft B höher als die Kraft A des elastischen Bereichs ist, derart dass die Kraft B eine plastische Ausdehnung des Blockmaterials auf der rechten Seite von Block 10 bewirkt, wie bei der Spannungslinie unter dem Block angezeigt. Diese plastische Ausdehnung, d.h. eine seitliche Verschiebung der Materialansprechkurve in einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm (eine allgemein bekannte Erscheinung, welche bei Dehnungen in der Größenordnung von einigen wenigen Prozent Ausdehnung in Materialien wie beispielsweise Gusseisen auftritt), äußert sich häufig in Form einer stark örtlich begrenzten plastischen Verformung, kann aber auch auf eine verteilte Art und Weise erfolgen, zum Beispiel an einer Mehrzahl von lokalen Punkten von Spannungskonzentration.
Wie bei 2a ist das Material auf der linken Seite des Querschnitts A-A in Kompression und nimmt die Spannung in den zugbelastbaren Bereich in Richtung der rechten Seite des Blocks 10 zu. Da jedoch die Kraft B hoch genug war, um einen Abschnitt des Blocks 10 plastisch zu verformen (aber nicht so hoch, um die Bruchspannung des Materials zu überschreiten), wird die Spannungsverteilung nichtlinear, sobald die Streckgrenze innerhalb des Blockmaterials erreicht ist, und nimmt bei einer niedrigeren Rate in der plastisch verformten Region auf der rechten Seite von Block 10 zu. Sobald dann die Kraft B entfernt wird und die ausgeübte Kraft wieder null wird, versucht das Material, das nur elastisch verformt ist (d.h. das Material, das die plastisch verformte Region umgibt), zu seiner Ausgangsform zurückzukehren. Folglich übt das elastisch verformte Material, das in seine Ausgangsposition zurückzukehren versucht, einen Kompressionsdruck auf das plastisch verformte Material aus. Diese Wirkung ist bei der Spannungsverteilung im Querschnitt A-A veranschaulicht, welche nicht mehr linear ist, sondern stattdessen zeigt, dass das Material auf der rechten Seite des Blocks 10 unter einer Druckrestspannung ist.
Der Vorteil der bei der Belastung in 2b realisierten Druckrestspannung ist in 2c dargestellt. In dieser Figur weist der vorgespannte Block 10 anfänglich die Restspannungsverteilung auf, die erzeugt wurde, als die Kraft B in 2b vom Block 10 entfernt wurde. Wenn nun eine Kraft im elastischen Bereich auf Block 10 ausgeübt wird, ist die Spannung auf der linken Seite des Block bei Querschnitt A-A eine Druckspannung, wie zuvor. Aber statt dass die Spannung über den Block linear zunimmt, wie beim nicht vorgespannten Block in 2a, wird die Spannung von der ausgeübten Kraft mit der Restspannungsverteilung über den Block 10 summiert. Folglich gibt es eine neue Herabsetzung des Spannungsniveaus auf der rechten Seite des Blocks 10. Nachdem die Kraft im elastischen Bereich entfernt ist, kehrt die Restspannungsverteilung zur vorgespannten Verteilung zurück. Während das Vorspannen des Blocks 10 nicht zu einer Verringerung der Größe des Bereichs von Spannung führt, die an einem bestimmten Punkt innerhalb des Blocks 10 wahrgenommen wird, führt das Vorspannen demnach zu einer Abnahme der Höchstspannung, die durch den Block wahrgenommen wird, was wiederum die Anzahl von Zyklen erhöht, die der Block 10 vor einem Ermüdungsdefekt durchlaufen kann.
Obwohl das Vorspannen von duktilen Materialien bekannt ist, wurde früher angenommen, dass Vorspannen keine durchführbare Option für gusseiserne Bremssättel wäre, zum Teil weil Gusseisen nur einen Bruchteil der Duktilität von Materialien wie beispielsweise Stahl aufweist und zum Teil weil die höchstbelasteten Abschnitte von Bremssätteln kommerzieller Fahrzeuge typischerweise innerhalb des Inneren der Bremssattelstruktur sind, wo herkömmliche Oberflächenverformungsansätze zum Vorspannen nicht angewendet werden können und/oder keine signifikante Wirkung haben. Insbesondere der Mangel an Duktilität von Gusseisen ist ein Problem, da Gusseisen typischerweise keine signifikante Verformung unter Zugspannung aushalten kann, bevor sich Risse bilden, wenn plastische Ausdehnungsgrenzen überschritten werden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung für diese und andere Probleme des Standes der Technik durch Bereitstellen eines gusseisernen Bremssattels bereit, welcher kompakt genug ist, um in die Radfelgenhüllkurve von US-Radfelgen hineinzupassen, während er außerdem eine wesentlich verbesserte Ermüdungslebensdauer aufweist. Die vorliegende Erfindung stellt außerdem einen entsprechenden Prozess zur Erzeugung des Bremssattels durch Anlegen von Lasten auf hochkontrollierte Weise bereit, um die innere Struktur des Materials des Bremssattels zu verändern. Die Erfindung erfüllt ferner die Aufgabe, einen Bremssatteländerungsprozess bereitzustellen, der sowohl kostengünstig als auch für verhältnismäßig ungelernte Arbeitskräfte und/oder Roboter in einer Produktionsumgebung einfach durchzuführen ist.
In einer Ausführungsform ist ein gusseiserner Bremssattel mit einem Abschnitt ausgeführt, der dünner als üblich ist und der den Spalt über einer Bremsscheibe zwischen den Bremsenbetätigungselement- und Reaktionsseiten des Bremssattels überbrückt. Beim Vorspannprozess der vorliegenden Erfindung wird der gusseiserne Bremssattel dann auf hochkontrollierte Weise einer Vorspannungsbelastung ausgesetzt, um die Materialstruktur des Bremssattels in der/den höchstbelasteten Region(en) des Bremssattels zu verändern. Vorzugsweise wird die Last an den Bremssattel in der gleichen Weise wie während der Verwendung der Bremse bei der Betätigung einer in ein Fahrzeug eingebauten Bremse angelegt, z.B. werden die Abschnitte des Bremssattels, welche entlang einer Bremsscheibe sind, während einer Bremsenbetätigung auf die gleiche Weise wie bei der Erzeugung von Reaktionskräften während einer Bremsenbetätigung auseinander gestoßen. Sobald die Last auf ein vorbestimmtes Niveau erhöht ist, wird die Last für einen vorbestimmten Zeitraum aufrechterhalten, und dann wird die Last auf kontrollierte Weise verringert. Die Vorspannungsbelastungszyklen können einmal oder mehrmals wiederholt werden.
Die im erfinderischen Vorspannprozess angelegte Last wird hoch genug eingestellt, um eine elastische Verformung des Großteils des Bremssattels zu bewirken, und ferner hoch genug, um außerdem zu bewirken, dass ein sehr begrenztes Ausmaß an plastischer Verformung in den höchstbelasteten Regionen des Bremssattels eintritt (d.h. die Streckgrenze in diesen höchstbelasteten Regionen überschritten wird, was zu einer plastischen Ausdehnung des Bremssattelmaterials führt). Die Last muss hoch genug eingestellt werden, um die gewünschte plastische Ausdehnung zu bewirken, sie muss aber auch derart kontrolliert werden, dass die Last weder zu hoch noch für einen so langen Zeitraum angelegt wird, dass die Struktur des Bremssattels zu versagen beginnt, zum Beispiel durch Überschreiten der plastischen Ausdehnungsgrenze (d.h. der Bruchfestigkeit, bei welcher es sich um den Punkt handelt, an dem die plastische Ausdehnung aufhört und ein Defekt des Materials beginnt) - ein Punkt, der häufig (aber nicht immer) von der Entwicklung von Rissen im Material begleitet wird.
Wenn sich der höchstbelastete Abschnitt des Bremssattels plastisch verformt, wird das Gusseisenmaterial im Bereich des verformten Abschnitts effektiv „gestreckt“. Wenn die Last entfernt wird, beginnt das elastisch verformte Gusseisenmaterial, welches das plastisch verformte Material umgibt, in seine Ausgangsform zurückzukehren. Da sich das Material, das nur elastisch verformt wurde, in seine Ausgangsform zurück zusammenzieht, übt es eine Druckkraft auf den „gestreckten“ plastisch verformten Abschnitt aus. Sobald die Vorspannlast völlig entfernt ist, kehrt die Spannung im Bremssattel außer in der plastisch verformten Region, welche jetzt (im unbelasteten Zustand) mit einer Druckspannung vom umgebenden Material vorgespannt wird, zu null zurück.
Die Entwicklung von Druckkräften um den plastisch verformten Abschnitt des gusseisernen Bremssattels herum verschiebt den Lastbereich S_r des plastisch verformten Abschnitts des Bremssattels demnach zu einer niedrigeren Mittelbereichsspannung in einem Goodman-Diagramm, ähnlich der Verschiebung im Diagramm von 1 von Beispiel A zu Beispiel B. Demnach erfährt der höchstbelastete Abschnitt des gusseisernen Bremssattels infolge des erfinderischen Vorspannprozesses niedrigere Spitzenspannungen und niedrigere Mittelbereichsspannungen, und die Ermüdungslebensdauer des Bremssattels wird in einigen Fällen um zwei oder mehr Größenordnungen verlängert. Da außerdem dieser Prozess nicht auf Oberflächenbehandlungen beruht, kann er Material kompressiv vorspannen, wo auch immer sich die höchstbelastete(n) Region(en) befinden mag/mögen, einschließlich innerhalb der inneren Struktur des gusseisernen Bremssattels.
Der erfinderische Prozess zum Vorspannen von gusseisernen Bremssätteln vermeidet demnach die Kompromisslösungen des Standes der Technik. Zum Beispiel besteht weder eine Notwendigkeit für die Verwendung von kostspieligen Materialien mit höherer Festigkeit, um die erforderliche betriebliche Ermüdungslebensdauer bereitzustellen (und die damit verbundene Erhöhung der Herstellungskosten sowie die Schwierigkeiten bei der Materialverarbeitung, die mit der Verwendung solcher Materialien verbunden sind, wie beispielsweise teureres Werkzeug, das zum Umgang mit dem Material höherer Festigkeit erforderlich ist), noch besteht eine Notwendigkeit, kleinere Bremsscheiben zu verwenden, wodurch die Wärmekapazität, die Bremskraft sowie das Lebensdauerleistung von Bremsklötzen und -scheiben der Scheibenbremse reduziert werden.
Der erfinderische Vorspannprozess stellt außerdem zusätzliche Vorteile bereit, die ein Verringern der Wirkung von Spannungserhöhern sowie ein Verringern der Wirkungen von Sandgussdefekten auf die Festigkeit des Bremssattels umfassen (für Durchschnittsfachleute ist zu erkennen, dass Gussdefekte beim Serienproduktionssandguss häufig auftreten, und dass dadurch, dass bewirkt wird, dass das Material, welches solche Defekte umgibt, Druckkräfte auf die Defekte ausübt, der durch die Defekte wahrgenommene Lastbereich nach unten verschoben wird, wodurch die Wirkung der Defekte auf die Ermüdungslebensdauer wirksam verringert wird). Demgemäß versieht die vorliegende Erfindung US-Betreiber von kommerziellen Fahrzeugen mit Scheibenbremsen, welche in die stark eingeschränkte US-Radfelgenhüllkurve hineinpassen, dennoch leichtgewichtig und kostengünstig sind sowie eine verbesserte Betriebslebensdauer haben.
Andere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist ein modifiziertes Goodman-Diagramm, das die Wirkung des Verschiebens eines Lastbereichs und einer Mittelbereichsspannung auf die Ermüdungslebensdauer eines Materials veranschaulicht.
2a, 2b und 2c veranschaulichen die Wirkungen des Vorspannens auf die Spannungsverteilung bei einem geometrisch einfachen Objekt.
3a, 3b und 3c veranschaulichen einen Bremssattel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Lasten, die während einer Bremsenbetätigung angelegt werden.
4 ist Flussdiagramm eines Vorspannprozesses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Flussdiagramm von Vorgängen innerhalb eines der Vorspannungsanwendungsschritte von 4.
6a und 6b sind grafische Darstellungen von Vorspannungsbelastungs- und zugehörigen Prozesskontrollgrenzen für einen Vorspannprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 stellt eine Schrägansicht einer Vorspannvorrichtung zum Durchführen einer Vorspannung eines gusseisernen Bremssattels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
8 stellt eine Schrägansicht der Vorspannvorrichtung von 7 mit einem gusseisernen Bremssattel in Position zur Anwendung einer Vorspannung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
3a, 3b und 3c stellen eine Ausführungsform eines Bremssattels 100 dar, auf welchen ein Vorspannprozess angewendet wird. Da die grundlegende Konstruktion und Funktionsweise solcher Bremssättel den Durchschnittsfachleuten allgemein bekannt ist, wurde in den Figuren der Großteil der Komponenten einer Scheibenbremse der Klarheit halber weggelassen.
3a ist eine Schrägansicht von oben eines Bremssattels 100, welcher eine Bremsenbetätigungselementseite 110, eine Reaktionskraftseite 120 und Scheibenüberbrückungsabschnitte 130 umfasst, welche die Bremsenbetätigungselementseite 110 und die Reaktionsseite 120 über dem Außenradius einer Bremsscheibe (nicht dargestellt) verbinden. Wie in 3b zu erkennen ist, welche eine Schnittansicht der Bremsenbetätigungselementseite 110 des Bremssattels 100 gesehen von der Reaktionsseite ist, gehören die Überbrückungsanschnitte 130 direkt über der Scheibe zu den dünnsten Abschnitten des Bremssattels. Folglich gehören diese dünnen Abschnitte 130 zu den höchstbelasteten Abschnitten des Bremssattels, wenn eine Bremsenbetätigungskraft ausgeübt wird.
In dieser Ausführungsform des Bremssattel wird eine Bremskraft von einem Bremsenbetätigungselement (nicht dargestellt) ausgeübt, der an der hinteren Fläche 140 der Bremsenbetätigungselementseite 110 des Bremssattels 100 befestigt ist. Das Betätigungselement übt eine Bremsenbetätigungskraft auf einen Hebel (nicht dargestellt) aus, um Bremsklotzbetätigungskolben (nicht dargestellt) in Richtung der Bremsscheibe vorzurücken. Wenn der Hebel die Bremskraft auf die Bremsklotzbetätigungskolben überträgt, wird eine Reaktionskraft erzeugt, welcher durch Hebellagersitze 150 begegnet wird, die in der Rückfläche der Bremsenbetätigungselementseite des Bremssattels ausgebildet sind. Die Reaktionskraft spannt die Bremsenbetätigungselementseite 110 und somit den gesamten Bremssattel 100 seitlich von der Bremsscheibe weg vor. Der Reaktionskraft wird durch die Reaktionsseite 120 des Bremssattels 100 entgegengewirkt, wenn die Bremsklötze auf der Reaktionsseite des Bremssattels (nicht dargestellt) mit der Bremsscheibe auf ihren Vorderseiten in Kontakt kommen und (über Zwischenkomponenten) gegen eine Klotzanschlagfläche in der Reaktionsseite 120 des Bremssattels drücken.
Wie in 3c dargestellt, führt in dieser Ausführungsform die Erzeugung von Reaktionskräften infolge einer Bremsenbetätigung zur Erzeugung einer gleichen und einer entgegengesetzten Reaktionskraft an den Hebellagersitzen 150 der Bremsenbetätigungselementseite 110 und der Klotzanschlagfläche 160 der Reaktionsseite 120. Diese gleichen und entgegengesetzten Kräfte werden zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Bremssattels 100 durch Überbrückungsabschnitte 130 übertragen. Da der Bremssattel 100 asymmetrisch ist und die Bremsenbetätigungsreaktionskräfte in Bremssattelregionen ausgeübt werden, die radial deutlich unter den Überbrückungsabschnitten 130 sind, müssen diese dünnen Abschnitte neben den durch die Reaktionskräfte angelegten Lasten auch eine hohen Biegebelastung aushalten, wenn die Bremsenbetätigungselementseite 110 und die Reaktionsseite 120 versuchen, sich durch Drehen um die Enden der Überbrückungsabschnitte 130 zu trennen. Wie für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich ist, sind die Überbrückungsabschnitte 130 aufgrund der Reaktionszugkraftbelastung und der hohen Biegelasten die Regionen des Bremssattels, welche typischerweise die höchsten Belastung während einer Bremsenbetätigung erfahren.
4 ist Flussdiagramm eines Vorspannverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beginnt bei Schritt 210, bei welchem ein vorzuspannendes Teil, in diesem Fall ein gusseiserner Bremssattel, in eine Vorspanneinrichtung (die Vorspanneinrichtung wird im Folgenden genauer beschrieben) geladen wird. Der Bremssattel kann teilweise zusammengebaut sein, um den Vorspannvorgang zu erleichtern. Zum Beispiel kann der Bremssattel Lastaufnahmeflächen installiert aufweisen, wie beispielsweise Hebellagereinsätze, Nadellager, einen geschmierten Bremsenbetätigungshebel, und eine Kraftübertragungskomponente(n) (wie beispielsweise Bremsenbetätigungskolben oder einen einfachen Block), welche ein Spalt zwischen dem Hebel und der Fläche einer Lastübertragungskomponente überspannt, welche die Vorspannlast vom Hebel auf die Reaktionsseite des Bremssattels überträgt.
Bei Schritt 220 wird der Bremssattel zum Beispiel durch eine eindeutige Seriennummer, die von einem Strichcode oder einem RFI-Etikett (Hochfrequenzidentifikationsetikett) abgelesen wird, identifiziert, und es wird bestimmt, ob der Bremssattel früher einer Vorspannung unterzogen wurde. Wenn das Teil früher vorgespannt wurde, wird das Teil in Schritt 225 entsprechend zur anschließenden Kennzeichnung und Handhabung als nachgearbeitetes Teil identifiziert.
Bei Schritt 230 wird das Teil in einer Weise, die im Folgenden genauer erörtert wird, einer Vorspannung unterzogen. In dieser Ausführungsform wird die Vorspannkraft ausgeübt, indem der Bremssattel in einer Weise belastet wird, die der tatsächlichen Belastung bei einer Bremsenbetätigung im Verkehr ähnelt. Konkret legt eine Lastanlegungsschubstange der Vorspanneinrichtung die Vorspannlast an den Bremsenbetätigungselementhebel des Bremssattels gemäß einem vorbestimmten Belastungsplan (in dieser Ausführungsform eine linear zunehmende Last, wobei die Belastung jedoch nicht auf einen linearen Plan beschränkt ist) an. Die Vorspannlast wird durch den Hebel auf die Hebelaufnahmeflächen auf der Bremsenbetätigungselementseite des Bremssattels und durch die Spaltüberbrückungskomponenten auf die Klotzanschlagfläche übertragen. Während des Anlegens der Vorspannlast werden die Last, Lastrate, Belastungsdauer und Teilebiegung überwacht, um zu bestimmen, ob der Vorspannprozess korrekt angewendet wurde (die Überwachung wird im Folgenden genauer erörtert).
Nach dem Anlegen der Vorspannlast in Schritt 230 wird in Schritt 240 ein Teil, das der Vorspannung mit allen Prozessparametern innerhalb der Spezifikation unterzogen wurde, als ein erfolgreich vorgespanntes Teil identifiziert, werden entsprechende Teiledatensätze aktualisiert und kann das Teil gekennzeichnet werden, um anzulegen, dass es erfolgreich vorgespannt wurde. Die gesammelten Daten können Seriennummerninformationen für das Teil sowie Prozessdaten umfassen, wie beispielsweise die Höchst- und Mindestkraft während des Belastungszyklus (oder der Belastungszyklen, wenn mehr als ein Lastzyklus durchgeführt wird), die maximale Teilebiegung während des Zyklus oder der Zyklen sowie die Anfangs- und Endmessungen der Biegung des unbelasteten Teils. Nach der Beendigung von Schritt 240 wird das Teil in Schritt 250 aus der Einrichtung zur weiteren Handhabung im Produktionsprozess entfernt, und der Prozess erreicht sein Ende 260.
Der Prozess des Anlegens der Vorspannlast in Schritt 230 umfasst eine Anzahl von Vorgängen, die im Flussdiagramm veranschaulicht sind, das in 5 dargestellt ist. 5 wird mithilfe von 6a und 6b erläutert, die entsprechende Grafiken von Vorspannungsbelastungs- und Prozessgrenzen darstellen. Am Beginn von Schritt 230 beginnt in Teilschritt 300 die Lastanlegungsschubstange, die Vorspannlast anzulegen. Der Beginn des Anlegens der Vorspannlast ist in 6a zum Zeitpunkt tl dargestellt. Aufgrund der Beschaffenheit von Gusseisen muss die Vorspannlast 600 auf eine sehr sorgfältig kontrollierte Weise angelegt werden, und sie muss innerhalb strikter Prozessgrenzen 610, 620 gehalten werden. Parameter, welche überwacht werden können, umfassen die erforderliche Last, die erforderliche Rate, mit der die Last zunimmt, die erforderliche Biegung des Teils als Reaktion auf die angelegte Last (ein Hinweis darauf, ob sich das Teil als Reaktion auf die Last in der erwarteten Art und Weise verhält oder ob es sich zum Beispiel in einem unerwartet hohen Ausmaß verbiegt, was anzeigt, dass das Teilematerial versagt hat).
In der in 6a dargestellten Ausführungsform wird ein gusseiserner Bremssattel, der in Betrieb voraussichtlich eine Last von 170 kN erfährt, anfänglich durch eine Last vorgespannt, die über einen Zeitraum von 5 Sekunden von 0 auf 255 kN (d.h. über den elastischen Bereich des Teils hinaus, aber unter der Bruchlast) steigt. Für einen Durchschnittsfachmann ist zu erkennen, dass die Vorspannlast in Abhängigkeit von solchen Variablen wie der Gusseisenmetallurgie des Bremssattels und der Bremssattelgeometrie (einschließlich zum Beispiel der Dicke und der Breite der Abschnitte zwischen der Bremsenbetätigungselementseite und der Reaktionsseite des Bremssattels) so ausgewählt werden muss, dass sie dem jeweiligen Teil entspricht, das vorgespannt wird. Obwohl zum Beispiel erwartet werden kann, dass die zuvor angegebene Vorspannungsbelastung für einen großen Luft-Scheibenbremssattel, wie beispielsweise den Luft-Scheibenbremssattel Modell ADB22X™ 22" von Bendix Spicer Foundation Brake, LLC, Elyria, Ohio, geeignet ist, kann erwartet werden, dass niedrigere Vorspannlasten für kleinere Bremssättel geeignet sind. Demnach kann erwartet werden, dass die Vorspannspitzenlast für typische Bremssättel von kommerziellen Fahrzeugen in Abhängigkeit von der Konstruktion des jeweiligen vorzuspannenden Bremssattels zwischen ungefähr 120 kN und 400 kN schwankt.
Bei Teilschritt 310 wird bestimmt, ob alle der Prozessgrenzen während der Lasterhöhung in Teilschritt 300 eingehalten wurden, was ein Bestimmen dessen umfasst, ob die Lasterhöhungsraten- und Teilebiegungsgrenzen überschritten wurden. Wenn die Prozessspezifikationen nicht erfüllt wurden, dann wird das Teil in Teilschritt 320 als fehlerhaft gekennzeichnet.
Wenn in Teilschritt 310 bestimmt wurde, dass die Prozessgrenzen während der Erhöhung der Belastung eingehalten wurden, dann wird in Teilschritt 330 die Vorspannungsbelastung von 255 kN für einen vorbestimmten Zeitraum, in dieser Ausführungsform 5 Sekunden, aufrechterhalten. Am Ende des Teilschritts 330 des Aufrechterhaltens der Last, Zeitpunkt t3, erfolgt in Teilschritt 340 eine andere Bestimmung im Hinblick darauf, ob alle der Prozessgrenzen während des Teilschritts des Aufrechterhaltens der Last eingehalten wurden. Wenn die Prozessspezifikationen nicht erfüllt wurden, dann geht der Prozess des Teilprozesses zu Teilschritt 320 über, um das Teil als fehlerhaft zu kennzeichnen.
Wenn die Prozessgrenzen während des Teilschritts des Aufrechterhaltens der Last eingehalten wurden, dann wird in Teilschritt 350 die Vorspannlast zwischen Zeitpunkt t3 und Zeitpunkt t4, in dieser Ausführungsform über einen Zeitraum von 2 Sekunden, auf null herabgesetzt. Am Ende des Teilschritts 350 des Herabsetzens der Last (zum Zeitpunkt t3) wird in Teilschritt 360 erneut bestimmt, ob alle der Prozessgrenzen während des Teilschritts des Herabsetzens der Last eingehalten wurden. Wenn die Prozessspezifikationen nicht erfüllt wurden, dann wird das Teil in Teilschritt 320 als fehlerhaft gekennzeichnet.
Wie in 6b dargestellt, kann der Vorspannprozess der vorliegenden Erfindung mehr als ein Anlegen einer Vorspannlast an das Teil umfassen, um die gewünschte Änderung der Materialstruktur des Teils zu erreichen. Wie in 6b dargestellt, kann die Anzahl von Wiederholungen nur zwei mit einem vorbestimmten Intervall zwischen den Belastungen (in dieser Ausführungsform 2 Sekunden) betragen. Alternativ können mehr Wiederholungen, wie beispielsweise fünf Belastungszyklen, eingesetzt werden, um die erwünschte Verlängerung der Ermüdungslebensdauer zu erhalten. Falls mehrere Belastungszyklen durchgeführt werden sollen, umfasst der Belastungsschritt 230 einen Teilschritt 370, in welchem bestimmt wird, ob die Ausübung der Vorspannkraft wiederholt werden soll. Wenn ja, kehrt der Prozess zum Prozess des Erhöhens der Belastung in Teilschritt 300 zurück. Wenn nicht, fährt der Prozess mit dem Datenaufzeichnungsschritt 240 fort.
Für einen Durchschnittsfachmann ist zu erkennen, dass die Betriebsparameter, die in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben werden, nötigenfalls so geändert werden können, dass sie dem vorzuspannenden Teil entsprechen. Um zum Beispiel einen gewünschten Betrag einer Verlängerung der Ermüdungslebensdauer für eine bestimmte Anwendung zu erhalten, kann der Bediener die Rate der Erhöhung und/oder Senkung der Belastung, die Dauer des Zeitraums, in welchem die Last auf einem konstanten Wert gehalten wird, die Länge der Zeit zwischen Belastungszyklen und/oder die maximale Vorspannlast ändern. Neben dem Ändern von Parametern zum Vorspannen von verschiedenen Teilen können ferner auch Parameter zwischen verschiedenen Lastzyklen, die auf dasselbe Teil angewendet werden, geändert werden. Eine Verbesserung der Ermüdungslebensdauer kann ferner durch Durchführen des Vorspannvorgangs bei verschiedenen Temperaturen und/oder die Anwendung einer Wärmebehandlung nach dem Vorspannprozess, zum Beispiel Erwärmen des vorgespannten, gusseisernen Bremssattels für einen Zeitraum von 60 Minuten auf 375 °F, gefördert werden. Die Länge der Zeit, während der die Vorspannlast aufrechterhalten wird, kann auch so eingestellt werden, dass sie unter der Zeitdauer bleibt, die erforderlich ist, damit das Bremssattelmaterial die Kriecherscheinungen aufweist und die prozentuale Mindestausdehnung des Materials überschreitet (wobei es sich bei den Kriecherscheinungen um die Ausdehnung eines Materials über eine Zeit handelt, in der das Material in einem gespannten Zustand gehalten wird).
Die vorstehende Ausführungsform des Vorspannprozesses kann auf einer Einrichtung ausgeführt werden, welche eine Prozessrückführungsregelung im geschlossenen Kreis der ausgeübten Vorspannkraft einsetzt. Die Vorspannkraft kann auf etliche Arten und Weisen ausgeübt werden, zum Beispiel durch ein hydraulisches Betätigungselement, wie in der beispielhaften Ausführungsform solch einer Vorspanneinrichtung dargestellt, die in 7 veranschaulicht ist. In dieser Ausführungsform umfasst eine Einrichtung 700 einen Einrichtungsrahmen 710, welcher eine Halterung für ein hydraulisches Betätigungselement 720, Bremssattelpositionierblöcke 730 und einen Kraftübertragungsblock 740 bereitstellt. Der Kraftübertragungsblock 740 wird auf Ständern (hier Bolzen 745) auf den Bremssattelpositionierblöcken 720 in einer vorbestimmten Höhe über dem hydraulischen Betätigungselement 720 getragen. Der Kraftübertragungsblock 740 ist so ausgelegt, dass er den Innenraum zwischen den gegenüberliegenden Seiten des gusseisernen Bremssattels füllt (wie in 8 dargestellt) ausfüllt, und kann mit einer Lastzelle zum Überwachen und, falls gewünscht, Steuern der während des Vorspannprozesses an den Bremssattel angelegten Last über eine Rückführung im geschlossenen Kreis ausgestattet sein.
Am oberen Ende des hydraulischen Betätigungselements 720 überträgt eine Bremsenbetätigungselement-Schubstangenspitze 750 die durch das hydraulische Betätigungselement erzeugte Kraft auf einen Bremsenbetätigungshebel innerhalb des gusseisernen Bremssattels (in 7 der Klarheit halber nicht dargestellt). Die Einrichtung 700 umfasst auch eine untere Bremssattelbiegungserkennungssonde 760 und eine obere Bremssattelbiegungssonde 770, welche verwendet werden können, um die Biegung des gusseisernen Bremssattels während des Vorspannprozesses zu überwachen, und welche ferner verwendet werden können, um Biegungsrückführung zur Regelung im geschlossenen Kreis der Kraftausübung während eines Vorspannprozesses bereitzustellen.
8 stellt eine Schrägansicht der Vorspannvorrichtung von 7 mit einem gusseisernen Bremssattel 780 in Position zur Anwendung von Vorspannung dar. Die Bremsenbetätigungselementseite 782 des Bremssattels wird auf einer Tragplatte 790 getragen, die durch eine Bremssattelzuführmaschine (nicht dargestellt), in diesem Fall eine Handhabungsmaschine mit robotisierter Ausrüstung, getragen wird. Die Bremsenbetätigungselementseite 782 ist mit einem Bremsenbetätigungselementhebel (nicht dargestellt innerhalb des Bremssattels), der auf die herkömmliche Weise angeordnet ist, und zugehörigen Kraftübertragungskomponenten (auch nicht dargestellt innerhalb des Bremssattels) versehen, welche die Distanz von der Innenrückwand der Bremsenbetätigungselementseite 782 des Bremssattels zur unteren Fläche des Kraftübertragungsblocks 740 überspannen. In einer bevorzugten Ausführungsform können diese zugehörigen Kraftübertragungskomponenten zum Beispiel die üblichen betrieblichen Bremsklotzbetätigungsmechanismen des Bremssattels sein, welche in einem teilweise zusammengebauten Bremssattel positioniert wurden.
Wenn der gusseiserne Bremssattel 780 in Position zum Vorspannen ist, passt der Kraftübertragungsblock 740 zwischen die Bremsenbetätigungselementseite 782 und die Reaktionsseite 784 des Bremssattels sowie zwischen die Bremssattelbrückenabschnitte 786, welche die gegenüberliegenden Seiten des Bremssattels verbinden. Wenn die Vorspannkraft (auch als Vorspannlast bezeichnet) vom hydraulischen Betätigungselement 720 durch die Bremsenbetätigungselement-Schubstangenspitze 750 auf den Bremssattelhebel ausgeübt wird, wird die Vorspannkraft ausgeübt: (i) durch den Hebel als eine Reaktionskraft gegen die Innenrückwand der Bremsenbetätigungselementseite und als eine Bremsenbetätigungskraft durch die zugehörigen Kraftübertragungskomponenten des Hebels gegen die untere Fläche des Kraftübertragungsblocks 740 und (ii) über die obere Fläche des Kraftübertragungsblocks 740 auf eine Reaktionsfläche der Reaktionsseite 784 des Bremssattels. Die Vorspannkraft spannt daher die Bremsenbetätigungselementseite 782 während des Vorspannprozesses in einer Weise von der Reaktionsseite 784 weg vor, die der Anwendung von Bremsenbetätigung und Reaktionskräften während einer Bremsenbetätigung im Betrieb ähnelt, wenn die Bremsen eines Fahrzeugs betätigt werden.
Der Vorspannprozess in dieser Ausführungsform wird durch eine Steuereinheit 790 gesteuert, die in 7 schematisch veranschaulicht ist. Die Steuereinheit 790 empfängt Sensorinformationen über einen Eingang 792 und gibt Steuersignale, welche die Betätigung des hydraulischen Betätigungselements 720 steuern, über einen Ausgang 794 aus. Zum Beispiel ist während des Vorspannprozesses die untere Biegungssonde 760 (in 8 nicht dargestellt) mit der Bremsenbetätigungselementseite 782 in Kontakt, und die obere Biegungssonde 770 ist mit der Reaktionsseite 784 des Bremssattels in Kontakt. Diese Sensoren ermöglichen eine Überwachung des Ausmaßes an Biegung des gusseisernen Bremssattels, das aus der angelegten Vorspannlast resultiert. Demnach kann die Steuereinheit 790 neben dem Steuern der Ausübung der Vorspannkraft auf den gusseisernen Bremssattel 780 gemäß einem vorprogrammierten Vorspannungsbelastungsplan (wie beispielsweise dem in 6a dargestellten Belastungsplan) auch eine Rückführungsregelung im geschlossenen Kreis basierend auf den Sensoreingaben anwenden, um die Vorspannungsbelastung zu ändern und dadurch sicherzustellen, dass der Vorspannprozess innerhalb seiner hochkontrollierten Grenzen bleibt. Zum Beispiel kann das Anlegen der Vorspannlast gesteuert werden, um die Bremssattelbiegung zu erhalten, die eine gewünschte Bremssattelbiegung entsprechend dem spezifizierten Vorspannungsbelastungsplan ist. Außerdem kann des Ausmaß an Bremssattelbiegung derart überwacht werden, dass zum Beispiel im Falle der Verwendung der Vorspanneinrichtung von 7 an einem Luft-Scheibenbremssattel Modell ADB22X™ 22" von Bendix die Biegung so gesteuert wird, dass sie auf 2,9 mm begrenzt ist, um ein unerwünschtes Überschreiten der Bruchfestigkeit seines gusseisernen Materials zu vermeiden.
Die vorstehende Offenbarung wurde lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dargelegt und soll diese nicht einschränken. Zum Beispiel ist die Erfindung nicht auf einen einstückigen Bremssattel beschränkt. Vielmehr kann das Vorspannen auf einen mehrteiligen Bremssattel angewendet werden, wie beispielsweise einen zweiteiligen Bremssattel, der durch Zusammenschrauben von zwei gegenüberliegenden Hälften des Bremssattels gebildet ist. Ähnlich kann statt des Anordnens eines ganzen Bremssattelgehäuses in einer Vorspannmaschine und des Anlegens der Vorspannlast an das ganze Bremssattelgehäuse die Vorspannung an einzelne Bremssattelbauteile oder -Bauteiluntergruppen angelegt werden, welche später zu einem vollständigen Bremssattel zusammengebaut werden. Zum Beispiel wäre im Falle eines Bremssattels, welcher aus separaten Bremsenbetätigungsseiten-, Reaktionsseiten- und Scheibenüberspannungs („Arm“)-Teilen gebildet ist, das Anwenden von Vorspannung nur auf die hochbelasteten Scheibenüberspannungsteile vor dem späteren Einbau dieser Teile in einen vollständigen Bremssattel innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. Da sich Fachleute solche Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen, die den Geist und das Wesentliche der Erfindung umfassen, vorstellen können, sollte die Erfindung dahingehend ausgelegt werden, dass sie alles innerhalb des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche und der Äquivalente davon umfasst.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) für eine Scheibenbremse, wobei das Verfahren die folgenden Vorgänge umfasst: Bilden eines Bremssattelgehäuses aus Gusseisen; und Anlegen einer Vorspannlast an das Bremssattelgehäuse, wobei die Vorspannlast hoch genug ist, um eine örtlich begrenzte plastische Verformung im gusseisernen Bremssattelgehäuse zu bewirken, und unter einer Last ist, die hoch genug ist, um einen Defekt des gusseisernen Bremssattels (100) durch Rissbildung zu verursachen, dadurch gekennzeichnet, dass während der Lastanlegung die Vorspannlast in derselben Weise an den gusseisernen Bremssattel (100) angelegt wird, wie eine Bremslast an den Bremssattel (100) angelegt wird, wenn in Betrieb in einem Fahrzeug.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 1, wobei der Bremssattel (100) ein mehrteiliger Bremssattel (100) ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 1, wobei die Vorspannlast über einen vorbestimmten Zeitraum aufrechterhalten wird, der ausreicht, um ein Eintreten von örtlich begrenzter plastischer Verformung zu ermöglichen.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 3, wobei die Vorspannlast über einen vorbestimmten Zeitraum aufrechterhalten wird, welcher eine Länge von Zeit, die mit dem Erreichen einer vorbestimmten maximal zulässigen prozentualen Ausdehnung infolge von Materialkriechen unter der Vorspannungslast verbunden ist, nicht überschreitet.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 4, wobei die Vorspannlast nach Ablauf des vorbestimmten Zeitraums entfernt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 5, ferner umfassend den folgenden Vorgang: Anordnen des Bremssattelgehäuses in einer Vorspanneinrichtung (700), um die Vorspannlast anzulegen.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren nach jeder von einer Lastanlegung, Lastaufrechterhaltung und Lastentfernung ferner die folgenden Vorgänge umfasst: Bestimmen, ob eine vorbestimmte Prozessspezifikation für mindestens eines von angelegter Last, Lasterhöhungsrate, Lastdauer, Lastverringerungsrate und Biegungsausmaß des gusseisernen Bremssattelgehäuses überschritten wird; und Verwerfen eines Bremssattelgehäuses, wenn mindestens eine vorbestimmte Prozessspezifikation überschritten wird.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 7, wobei die Vorspannlast gemäß einem vorbestimmten Vorspannungsbelastungsplan auf eine kontrollierte Weise erhöht wird, und während der Lastentfernung die Vorspannlast gemäß einem vorbestimmten Vorspannungsentlastungsplan auf eine kontrollierte Weise verringert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 8, wobei der Lastanlegungsvorgang mehr als einmal durchgeführt wird, bevor das gusseiserne Bremssattelgehäuse aus der Vorspanneinrichtung entfernt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 8, wobei der vorbestimmte Vorspannungsbelastungsplan eine lineare Erhöhung der Last von einem unbelasteten Zustand bis zu einer vorbestimmten maximalen Vorspannlast ist, und der vorbestimmte Vorspannungsentlastungsplan eine lineare Verringerung der Last von der vorbestimmten maximalen Vorspannlast bis zu einem unbelasteten Zustand ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 10, wobei die angelegte Vorspannlast von 0 auf 120 kN bis 400 kN erhöht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 10, wobei die angelegte Vorspannlast von 0 auf 250 kN bis 300 kN erhöht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 10, wobei die angelegte Vorspannlast von 0 auf ungefähr 255 kN erhöht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 10, wobei die angelegte Vorspannlast als Reaktion auf eine gemessene Biegung des Bremssattelgehäuses gesteuert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) nach Anspruch 14, wobei die gemessene Biegung des Bremssattelgehäuses 2,9 mm nicht überschreitet.
Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels (100) für eine Scheibenbremse, wobei das Verfahren die folgenden Vorgänge umfasst: Bilden eines Bremssattelgehäuses aus Gusseisen; und Anlegen einer Vorspannlast an das Bremssattelgehäuse, wobei die Vorspannlast hoch genug ist, um Spannungsniveaus im gusseisernen Bremssattelgehäuse zu bewirken, die hoch genug sind, um eine plastische Ausdehnung im Gusseisen zu bewirken, und unter einer Last sind, die hoch genug ist, um einen Defekt des gusseisernen Bremssattels (100) durch Überschreiten einer Bruchfestigkeit des Gusseisens zu verursachen, dadurch gekennzeichnet, dass während der Lastanlegung die Vorspannlast an den gusseisernen Bremssattel (100) in derselben Weise angelegt wird, wie eine Bremslast an den Bremssattel (100) angelegt wird, wenn in Betrieb in einem Fahrzeug.
Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungslebensdauer eines gusseisernen Bremssattels (100) durch Vorspannen, wobei das Verfahren die folgenden Vorgänge umfasst: Einsetzen eines Gehäuses des gusseisernen Bremssattels (100) in eine Vorspanneinrichtung (700); Anlegen einer Vorspannlast an das gusseiserne Bremssattelgehäuse, wobei die Vorspannlast hoch genug ist, um eine örtlich begrenzte plastische Verformung im gusseisernen Bremssattelgehäuse zu bewirken, und unter einer Last ist, die hoch genug ist, um einen Defekt des gusseisernen Bremssattels durch Rissbildung zu verursachen; Aufrechterhalten der Vorspannlast einen vorbestimmten Zeitraum, der ausreicht, um ein Eintreten von örtlich begrenzter plastischer Verformung zu ermöglichen; Entfernen der Vorspannlast; und Entfernen des gusseisernen Bremssattelgehäuses aus der Vorspanneinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass während der Lastanlegung die Vorspannlast an den gusseisernen Bremssattel in derselben Weise angelegt wird, wie eine Bremslast an den Bremssattel (100) angelegt wird, wenn in Betrieb in einem Fahrzeug.
Verfahren zum Vorspannen eines gusseiserner Bremssattels (100) nach Anspruch 17, ferner umfassend den folgenden Vorgang: Bestimmen nach jeder von der Lastanlegung, Lastaufrechterhaltung und Lastentfernung, ob eine vorbestimmte Prozessspezifikation für mindestens eines von angelegter Last, Lasterhöhungsrate, Lastdauer, Lastverringerungsrate und Biegungsausmaß des gusseisernen Bremssattelgehäuses überschritten wird.
Verfahren zum Vorspannen eines gusseiserner Bremssattels (100) nach Anspruch 17, wobei die Vorspannlast gemäß einem vorbestimmten Vorspannungsbelastungsplan auf eine kontrollierte Weise erhöht wird, und während der Lastentfernung die Vorspannlast gemäß einem vorbestimmten Vorspannungsentlastungsplan auf eine kontrollierte Weise verringert wird.
Verfahren zum Vorspannen eines gusseiserner Bremssattels (100) nach Anspruch 19, wobei der vorbestimmte Vorspannungsbelastungsplan eine lineare Erhöhung der Last von einem unbelasteten Zustand bis zu einer vorbestimmten maximalen Vorspannlast ist, und der vorbestimmte Vorspannungsentlastungsplan eine lineare Verringerung der Last von der vorbestimmten maximalen Vorspannlast bis zu einem unbelasteten Zustand ist.
Verfahren zum Vorspannen eines gusseiserner Bremssattels (100) nach Anspruch 20, wobei, wenn eine vorbestimmte Prozessspezifikation während mindestens einem der Lastanlegungs-, Lastaufrechterhaltungs- und Lastentfernungsschritte überschritten wird, der gusseiserne Bremssattel (100) verworfen wird.
Verfahren zum Vorspannen eines gusseiserner Bremssattels (100) nach Anspruch 21, wobei die Lastanlegungs-, Lastaufrechterhaltungs- und Lastentfernungsschritte mehr als einmal ausgeführt werden, bevor der gusseiserne Bremssattel (100) aus der Vorspanneinrichtung (700) entfernt wird.
Scheibenbremsenkomponente, umfassend: ein gusseisernes Bremssattelgehäuse, wobei das gusseiserne Bremssattelgehäuse mindestens eine plastisch verformte Region umfasst, wobei die mindestens eine plastisch verformte Region ausgebildet ist durch Anlegen einer Vorspannlast an das gusseiserne Bremssattelgehäuse in derselben Weise, wie eine Bremslast an den Bremssattel (100) angelegt wird, wenn in Betrieb in einem Fahrzeug, wobei die Vorspannlast hoch genug ist, um eine örtlich begrenzte plastische Verformung im gusseisernen Bremssattelgehäuse zu bewirken, und unter einer Last ist, die hoch genug ist, um einen Defekt des gusseisernen Bremssattels (100) durch Rissbildung zu verursachen.
Scheibenbremsenkomponente nach Anspruch 23, wobei die Vorspannlast für einen vorbestimmten Zeitraum aufrecht erhalten wurde, der ausreicht, um das Eintreten der örtlich begrenzten plastischen Verformung zu ermöglichen, und die Vorspannlast gemäß einem vorbestimmten Vorspannungsentlastungsplan auf eine kontrollierte Weise entfernt wurde.
Bremssattelvorspannvorrichtung, umfassend: eine Einrichtung zur Aufnahme eines gusseisernen Bremssattels (100) zum Vorspannen; ein Vorspannungskraftbetätigungselement, das so ausgelegt ist, dass es ein Vorspannlast an den gusseisernen Bremssattel (100) anlegt; ein Kraftübertragungsmodul zum Übertragen einer Vorspannlast von einer Bremsenbetätigungselementseite (110) des gusseisernen Bremssattels (100) auf eine Reaktionsseite (120) des gusseisernen Bremssattels (100); mindestens einen Sensor zum Erkennen mindestens eines Vorspannungssteuerparameters zur Rückführungsregelung der Vorspannlastanlegung; eine Steuereinheit (790), wobei die Steuereinheit so programmiert ist, dass sie Informationen über erkannte Vorspannungssteuerparameter von dem mindestens einen Sensor empfängt und das Vorspannkraftbetätigungselement so steuert, dass es die Vorspannkraft innerhalb eines im Voraus gewünschten Vorspannlaststeuerbereichs hält.
Bremssattelvorspannvorrichtung nach Anspruch 25, wobei der mindestens eine Sensor mindestens einen von einem Bremssattelbiegungssensor und einen Vorspannlastsensor umfasst.
Bremssattelvorspannvorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Steuereinheit (790) ferner so programmiert ist, dass sie die Ausübung der Vorspannkraft gemäß einem vorbestimmten Vorspannungsbelastungsplan steuert, wobei der Vorspannungsbelastungsplan die folgenden Schritte umfasst: Anlegen der Vorspannlast an den gusseisernen Bremssattel (100), wobei die Vorspannlast hoch genug ist, um eine örtlich begrenzte plastische Verformung im gusseisernen Bremssattelgehäuse zu bewirken, und unter einer Last ist, die hoch genug ist, um einen Defekt des gusseisernen Bremssattels (100) durch Rissbildung zu verursachen; Aufrechterhalten der Vorspannlast einen vorbestimmten Zeitraum, der ausreicht, um das Eintreten der örtlich begrenzten plastischen Verformung zu ermöglichen; und Entfernen der Vorspannlast.
Computerprodukt, umfassend ein computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten Codesegmenten zum Bewirken, dass eine Bremssattelvorspannvorrichtung einen gusseisernen Bremssattel (100) gemäß einem Vorspannungsbelastungsplan vorspannt, wobei der Vorspannungsbelastungsplan die folgenden Vorgänge umfasst: Anlegen einer Vorspannlast an den gusseisernen Bremssattel (100), wobei die Vorspannlast hoch genug ist, um eine örtlich begrenzte plastische Verformung im gusseisernen Bremssattelgehäuse zu bewirken, und unter einer Last ist, die hoch genug ist, um einen Defekt des gusseisernen Bremssattels (100) durch Rissbildung zu verursachen; Aufrechterhalten der Vorspannlast einen vorbestimmten Zeitraum, der ausreicht, um das Eintreten der örtlich begrenzten plastischen Verformung zu ermöglichen; und Entfernen der Vorspannlast.
Computerprodukt nach Anspruch 28, wobei Codesegmente bewirken, dass die Bremssattelvorspannvorrichtung die Vorspannlast über einen vorbestimmten Zeitraum aufrechterhält, der ausreicht, um ein Eintreten von örtlich begrenzter plastischer Verformung zu ermöglichen.
Computerprodukt nach Anspruch 29, wobei Codesegmente bewirken, dass die Bremssattelvorspannvorrichtung die Vorspannlast nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums entfernt.
Computerprodukt nach Anspruch 30, wobei Codesegmente ferner die folgenden Vorgänge umfassen: Bestimmen, ob eine vorbestimmte Prozessspezifikation für mindestens eines von angelegter Last, Lasterhöhungsrate, Lastdauer, Lastverringerungsrate und Biegungsausmaß des gusseisernen Bremssattelgehäuses überschritten wird; und Verwerfen eines Bremssattelgehäuses, wenn mindestens eine vorbestimmte Prozessspezifikation überschritten wird.
Computerprodukt nach Anspruch 31, wobei Codesegmente bewirken, dass die Bremssattelvorspannvorrichtung die Vorspannlast während der Lastanlegung gemäß einem vorbestimmten Vorspannungsbelastungsplan auf eine kontrollierte Weise erhöht und die Vorspannlast während der Lastentfernung gemäß einem vorbestimmten Vorspannungsentlastungsplan auf eine kontrollierte Weise verringert.
Computerprodukt nach Anspruch 31, wobei Codesegmente bewirken, dass die Bremssattelvorspannvorrichtung die Lastanlegung mehr als einmal am gleichen gusseisernen Bremssattel (100) durchführt.
Computerprodukt nach Anspruch 32, wobei der vorbestimmte Vorspannungsbelastungsplan eine lineare Erhöhung der Last von einem unbelasteten Zustand bis zu einer vorbestimmten maximalen Vorspannlast ist, und der vorbestimmte Vorspannungsentlastungsplan eine lineare Verringerung der Last von der vorbestimmten maximalen Vorspannlast bis zu einem unbelasteten Zustand ist.
Computerprodukt nach Anspruch 34, wobei die angelegte Vorspannlast von 0 auf 120 kN bis 400 kN erhöht wird.
Computerprodukt nach Anspruch 34, wobei die angelegte Vorspannlast von 0 auf 250 kN bis 300 kN erhöht wird.
Computerprodukt nach Anspruch 34, wobei die angelegte Vorspannlast von 0 auf ungefähr 255 kN erhöht wird.
Steuereinheit (790) zum Steuern des Betriebs einer Bremssattelvorspannvorrichtung, wobei die Steuereinheit (790) Codesegmente darauf gespeichert aufweist, um zu bewirken, dass eine Bremssattelvorspannvorrichtung einen gusseisernen Bremssattel (100) gemäß einem Vorspannungsbelastungsplan vorspannt, wobei der Vorspannungsbelastungsplan die folgenden Vorgänge umfasst: Anlegen einer Vorspannlast an den gusseisernen Bremssattel (100), wobei die Vorspannlast hoch genug ist, um eine örtlich begrenzte plastische Verformung im gusseisernen Bremssattelgehäuse zu bewirken, und unter einer Last ist, die hoch genug ist, um einen Defekt des gusseisernen Bremssattels (100) durch Rissbildung zu verursachen; Aufrechterhalten der Vorspannlast einen vorbestimmten Zeitraum, der ausreicht, um das Eintreten der örtlich begrenzten plastischen Verformung zu ermöglichen; und Entfernen der Vorspannlast.
Scheibenbremsenbaugruppe, umfassend: eine Bremsscheibe; und einen gusseisernen Bremssattel (100), welcher beiderseits von der Bremsscheibe liegt, wenn in einer Betriebsposition, wobei ein Gehäuse des gusseisernen Bremssattels (100) mindestens eine plastisch verformte Region umfasst, wobei die mindestens eine plastisch verformte Region ausgebildet ist durch Anlegen einer Vorspannlast an das gusseiserne Bremssattelgehäuse in derselben Weise, wie eine Bremslast an den Bremssattel (100) angelegt wird, wenn in Betrieb in einem Fahrzeug, wobei die Vorspannlast hoch genug ist, um eine örtlich begrenzte plastische Verformung im gusseisernen Bremssattelgehäuse zu bewirken, und unter einer Last ist, die hoch genug ist, um einen Defekt des gusseisernen Bremssattels (100) durch Rissbildung zu verursachen.
Scheibenbremsenbaugruppe nach Anspruch 39, wobei die Vorspannlast für einen vorbestimmten Zeitraum aufrecht erhalten wurde, der ausreicht, um ein Eintreten von örtlich begrenzter plastischer Verformung zu ermöglichen, und die Vorspannlast gemäß einem vorbestimmten Vorspannungsentlastungsplan auf eine kontrollierte Weise entfernt wurde.