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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf einen aus graphithaltigem Gusseisen ausgebildeten Scheibenrotor zur Verwendung in z. B. einer Scheibenbremse eines Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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Ein herkömmliches, aus graphithaltigem Gusseisen ausgebildetes Bauteil ist aus z. B. Patentdokument 1 bekannt.
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Hier wird nach der Entfernung von Graphit von der Oberfläche mittels einer chemischen Reinigungstechnik, die Salzschmelzenlösungseintauchen verwendet, eine Salzbad-Nitrierbehandlung durchgeführt, um die Korrosionsbeständigkeit des aus graphithaltigem Gusseisen ausgebildeten Bauteils zu verbessern.
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Literaturliste
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Patentliteratur
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- Patentdokument 1: JP 46-38891 B (siehe 1)
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Wenn das im Patentdokument 1 offenbarte graphithaltige Gusseisenbauteil als Bestandteil einer Scheibenbremse eines Fahrzeugs oder dergleichen in einem Scheibenrotor eingesetzt wird, führt die Salzbad-Nitrierbehandlung jedoch zur Ausbildung einer porösen Schicht. Dann gelangt über Poren der porösen Schicht Wasser zum Graphit des Scheibenrotors, was tendenziell zu einer Rostentwicklung um den Graphit herum einlädt. Somit war die Korrosionsbeständigkeit nicht unbedingt zufriedenstellend.
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Daher hegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Scheibenrotor zur Verfügung zu stellen, der aus graphithaltigem Gusseisen ausgebildet ist und eine hohe Korrosionsbeständigkeit hat.
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Die Erfinder stellten fest, dass in einem aus graphithaltigem Gusseisen ausgebildeten Scheibenrotor eine Rostentwicklung bereitwillig an insbesondere Graphitabschnitten auftritt, die in der Gleitfläche des Scheibenrotors frei liegen, und sie entdeckten dann, dass zur Verhinderung dessen die Durchführung einer Graphitentfernungsbehandlung und einer Gasnitrocarburierungsbehandlung wirksam ist, womit sie zur Erfindung gelangten.
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Gemäß einem ersten kennzeichnenden Merkmal eines die Erfindung betreffenden Scheibenrotors ist ein aus graphithaltigem Gusseisen ausgebildeter Scheibenrotor vorgesehen, wobei nach der Entfernung von an eine Oberfläche des Scheibenrotors angrenzend vorhandenem Graphit mittels einer Graphitentfernungsbehandlung auf der Oberfläche mittels einer Gasnitrocarburierungsbehandlung nacheinander eine Nitridschicht und eine Oxinitridschicht aufgeschichtet werden.
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– Funktion und Wirkung –
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Mit der obigen Anordnung werden nach der Entfernung von an eine Oberfläche des Rotors angrenzend vorhandenem Graphit mittels einer Graphitentfernungsbehandlung auf der Oberfläche mittels einer Gasnitrocarburierungsbehandlung nacheinander eine Nitridschicht und eine Oxinitridschicht aufgeschichtet. Daher wird das Graphit in der Scheibenrotoroberfläche ausreichend von der Nitridschicht und der Oxinitridschicht bedeckt. Selbst wenn der Scheibenrotor Wasser ausgesetzt wird, wird dieses Wasser daher kaum das Graphit in der Oberfläche des Scheibenrotors erreichen, sodass eine Rostentwicklung verhindert werden kann und eine hohe Korrosionsbeständigkeit verliehen werden kann.
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Gemäß einem zweiten kennzeichnenden Merkmal eines die Erfindung betreffenden Scheibenrotors wird nach der Gasnitrocarburierungsbehandlung eine Oberflächenrauheit-Einstellbehandlung durchgeführt.
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– Funktion und Wirkung –
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Mit der obigen Anordnung kann die Oberflächenrauheit (der Reibungskoeffizient) des Scheibenrotors passend eingestellt werden und die Oberfläche kann außerdem mit einem bestimmten Grad an Glattheit versehen werden, wodurch auch die ästhetische Erscheinung des Scheibenrotors verbessert werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses eines Scheibenrotors, der ein erfindungsgemäßes Beispiel betrifft,
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2 ist ein Schliffbild (400fache Vergrößerung) des das Beispiel betreffenden Scheibenrotors,
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3 ist ein Schliffbild (1000fache Vergrößerung) des das Beispiel betreffenden Scheibenrotors,
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4 ist ein Schliffbild (400fache Vergrößerung) eines Scheibenrotors, der ein (unbehandeltes) Vergleichsbeispiel 1 betrifft,
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5 ist ein Schliffbild (1000fache Vergrößerung) des Scheibenrotors, der das (unbehandelte) Vergleichsbeispiel 1 betrifft,
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6 ist ein Schliffbild (400fache Vergrößerung) eines Scheibenrotors, der ein (allein einer Nitrocarburierungsbehandlung unterzogenes) Vergleichsbeispiel 2 betrifft,
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7 ist ein Schliffbild (1000fache Vergrößerung) des Scheibenrotors, der das (allein einer Nitrocarburierungsbehandlung unterzogene) Vergleichsbeispiel 2 betrifft,
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8 ist ein Schliffbild (400fache Vergrößerung) eines Scheibenrotors, der ein (einer Salzbad-Nitrierbehandlung unterzogenes) Vergleichsbeispiel 3 betrifft,
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9 ist ein Schliffbild (1000fache Vergrößerung) des Scheibenrotors, der das (einer Salzbad-Nitrierbehandlung unterzogene) Vergleichsbeispiel 3 betrifft,
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10 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Rostbildungsmechanismus auf einer Oberfläche eines herkömmlichen Scheibenrotors,
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11 ist ein Rasterelektronenmikroskopfoto (REM) eines Schnitts des herkömmlichen Scheibenrotors,
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12 ist eine grafische Darstellung, die Änderungen des Haftdrehmoments eines Reibelements an einem Scheibenrotor in einem realen Fahrzeug zeigt, und
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13 ist eine grafische Darstellung, die Änderungen des Geräuschpegels zeigt, wenn das Reibelement in dem realen Fahrzeug am Scheibenrotor haften bleibt.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Als Nächstes wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
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Ein die Erfindung betreffender Scheibenrotor ist ein kreisscheibenartiges Bauteil, das ein Element bildet, das in einer Scheibenbremse eines Fahrzeugs enthalten ist. Wenn die Scheibenbremse im Betrieb genutzt wird, um eine Bremskraft zu erzeugen, wird ein Bremsbelag, der ein Reibmaterial und eine Rückenplatte hat, gegen eine Seitenfläche gepresst.
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Der die Erfindung betreffende Scheibenrotor ist dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung von graphithaltigem Gusseisen ein Gussmaterial des Scheibenrotors hergestellt und dann durch eine maschinelle Bearbeitung in einer vorbestimmten Form ausgebildet wird, dass Graphit, das in der Umgebung der Oberfläche vorhanden ist, dann mittels einer Graphitentfernungsbehandlung entfernt wird und dass auf der sich ergebenden Oberfläche des Weiteren nacheinander mittels einer Gasnitrocarburierungsbehandlung eine Nitridschicht und eine Oxinitridschicht aufgeschichtet werden.
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Als das graphithaltige Gusseisen, das als das Material verwendet wird, kann gewöhnliches Gusseisen eingesetzt werden, das in der Herstellung eines herkömmlichen Scheibenrotors verwendet wird. Als einige nicht beschränkende Beispiele solchen Gusseisens können Gusseisen mit Lamellengraphit, Gusseisen mit Kugelgraphit usw. genannt werden.
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Was des Weiteren das Gießen und die maschinelle Bearbeitung betrifft, können diese entsprechend den bekannten Techniken durchgeführt werden, die bei der Herstellung des herkömmlichen Scheibenrotors durchgeführt werden.
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Die Graphitentfernungsbehandlung kann in Übereinstimmung mit einem chemischen Reinigungsverfahren durch Salzschmelzeeintauchen durchgeführt werden. Bei der Durchführung dessen wird jedoch bevorzugt, dass ein Temperaturzustand von 400°C bis 500°C und eine Behandlungsdauer von 1 Stunde bis 2 Stunden verwendet werden.
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Die Gasnitrocarburierungsbehandlung kann in Übereinstimmung mit der bekannten Gasnitrocarburierungstechnik durchgeführt werden. Bei der Durchführung dessen wird jedoch bevorzugt, dass ein Temperaturzustand von 550°C bis 650°C und eine Behandlungsdauer von 1 Stunde bis 3 Stunden verwendet werden.
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Mittels dieser Gasnitrocarburierungsbehandlung werden auf der Oberfläche des Scheibenrotors nacheinander eine Nitridschicht und eine Oxinitridschicht ausgebildet, die somit auf ihr aufgeschichtet sind. Dabei wird bevorzugt, dass die Nitridschicht eine Dicke im Bereich von 5 μm bis 25 μm und die Oxinitridschicht eine Dicke im Bereich von 1 μm bis 10 μm hat.
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Mit dem die Erfindung betreffenden Scheibenrotor kann nach der Gasnitrocarburierungsbehandlung, falls nötig, eine Oberflächenrauheit-Einstellbehandlung durchgeführt werden. Mittels dieser Oberflächenrauheit-Einstellbehandlung wird nach der Gasnitrocarburierungsbehandlung von der Oberfläche des Scheibenrotors Schlacke oder dergleichen entfernt, die für das nackte Auge unsichtbar ist, und außerdem wird, falls vorhanden, eine Unebenheit auf der Oberfläche zum Ausglätten um ein gewisses Maß ausgemittelt, sodass die Oberflächenrauheit (der Reibungskoeffizient) wie gewünscht eingestellt werden kann.
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Die Oberflächenrauheit-Einstellbehandlung kann in Übereinstimmung mit der bekannten Kugelstrahltechnik durchgeführt werden. Bei der Durchführung dessen wird jedoch bevorzugt, dass ein mittlerer Teilchendurchmesser von Glasperlen im Bereich von 50 μm bis 100 μm liegt und ein Spritzdruck im Bereich von 1 kg bis 4 kg Druck liegt und eine Spritzdauer auf 3 Minuten oder kürzer eingestellt wird.
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Des Weiteren wird auch bevorzugt, dass die Oberflächenhärte des Scheibenrotors nach den drei Schritten der Graphitentfernungsbehandlung, der Gasnitrocarburierungsbehandlung und der Oberflächenrauheit-Einstellbehandlung im Bereich von Hv 690 bis 1150 liegt.
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Beispiel
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Es wird nun ein Beispiel des erfindungsgemäßen Scheibenrotors erläutert.
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Ein erfindungsgemäßer Scheibenrotor wurde gemäß dem in 1 gezeigten Herstellungsablauf hergestellt.
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Als graphithaltiges Gusseisen wurde Gusseisen mit Lamellengraphit eingesetzt. Dann wurde durch Gießen ein Gussmaterial für den Scheibenrotor angefertigt. Und dieses Material wurde mittels maschineller Bearbeitung in eine vorbestimmte kreisscheibenartige Form gearbeitet. Dann wurde damit ein Vorreinigungsvorgang durchgeführt.
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Als Nächstes wurde als Graphitentfernungsbehandlung eine chemische Reinigungsbehandlung mittels Salzschmelzeeintauchen durchgeführt (Temperatur: 450 ± 10°C, Dauer: 60 ± 10 Minuten), um Graphit zu entfernen, das nahe an der Oberfläche vorhanden war. Des Weiteren wurden auf der Oberfläche mittels einer Gasnitrocarburierungsbehandlung (Temperatur: 580 ± 10°C, Dauer: 120 ± 5 Minuten, Gassorte: Gemisch, das Stickstoff als Basis enthielt, wobei Ammoniak oder Kohlendioxid hinzugegeben wurde) nacheinander eine Nitridschicht und eine Oxinitridschicht aufgeschichtet.
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Des Weiteren wurde zur Einstellung der Oberflächenrauheit als Oberflächenrauheit-Einstellbehandlung ein Kugelstrahlvorgang (Glaskugeln: mittlerer Teilchendurchmesser 75 μm, Spritzabstand: 200 mm, Spritzkraft: 2 kg Druck, Spritzdauer: 90 Sekunden) durchgeführt. Danach wurde zur Fertigstellung des Scheibenrotors ein Nachreinigungsvorgang durchgeführt.
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Des Weiteren wurden wie folgt verschiedene Vergleichsbeispiele hergestellt.
- (1) Vergleichsbeispiel 1 (unbehandelt): Als graphithaltiges Gusseisen wurde wie in dem obigen Beispiel Gusseisen mit Lamellengraphit eingesetzt. Dann wurde durch Gießen ein Gussmaterial für den Scheibenrotor angefertigt. Und dieses Material wurde mittels maschineller Bearbeitung in eine vorbestimmte kreisscheibenartige Form gearbeitet, und dann wurde ein Vorreinigungsvorgang durchgeführt. Allerdings wurden diesmal die nachfolgenden Vorgänge, d. h. die Graphitentfernungsbehandlung, die Gasnitrocarburierungsbehandlung und die Oberflächenrauheit-Einstellbehandlung nicht durchgeführt.
- (2) Vergleichsbeispiel 2 (nur Gasnitrocarburierungsbehandlung): Als graphithaltiges Gusseisen wurde wie in dem obigen Beispiel Gusseisen mit Lamellengraphit eingesetzt. Dann wurde durch Gießen ein Gussmaterial für den Scheibenrotor angefertigt. Und dieses Material wurde mittels maschineller Bearbeitung in eine vorbestimmte kreisscheibenartige Form gearbeitet, und dann wurde ein Vorreinigungsvorgang durchgeführt. Danach wurde nur die Gasnitrocarburierungsbehandlung durchgeführt.
- (3) Vergleichsbeispiel 3 (Salzbad-Nitrierbehandlung): Als graphithaltiges Gusseisen wurde wie in dem obigen Beispiel Gusseisen mit Lamellengraphit eingesetzt. Dann wurde durch Gießen ein Gussmaterial für den Scheibenrotor angefertigt. Und dieses Material wurde mittels maschineller Bearbeitung in eine vorbestimmte kreisscheibenartige Form gearbeitet, und dann wurde ein Vorreinigungsvorgang durchgeführt. Danach wurde die in der US 2008/0000550 A offenbarte Salzbad-Nitrierbehandlung durchgeführt.
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Die Schliffbilder von jeweils dem erfindungsgemäßen Beispiel und den Vergleichsbeispielen 1–3 sind in den
2–
9 gezeigt, und ihre jeweiligen Eigenschaften sind unten in Tabelle 1 angegeben. Was die in den
2–
9 angegebenen Bezugszeichen betrifft, so bezeichnet die Ziffer
1 ein Scheibenrotormaterial, die Ziffer
2 bezeichnet Graphit, die Ziffer
3 bezeichnet eine Oxinitridschicht, und die Ziffer
4 bezeichnet eine Nitridschicht. - Tabelle 1 –
| | Beispiel | Vergleichsbeispiel 1 | Vergleichsbeispiel 2 | Vergleichsbeispiel 3 |
| Zustand von Graphitbeschichtung auf der Oberfläche | ausreichend beschichtet | allgemein frei liegend | unvollständig beschichtet | unvollständig beschichtet |
| Vorhandensein von Graphit auf der Oberfläche | NEIN | JA | JA | JA |
| Vorhandensein von Oxinitridschicht (Schichtdicke) | JA
(etwa 5,0 μm) | NEIN | JA
(etwa 2,0 μm) | NEIN |
| Vorhandensein von Nitridschicht (Schichtdicke) | JA
(9,0–20,0 μm: Mittelwert 13,0 μm) | NEIN | JA
(6,0–13,0 μm: Mittelwert 7,0 μm) | JA
(6,0–12,0 μm: Mittelwert 7,5 μm) |
| Oberflächenrauheit | Hv 992 | Hv 150–240 | Hv 792 | Hv 662 |
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Wie in 2 und 3 gezeigt ist, blieb in dem erfindungsgemäßen Beispiel dank der Realisierung der Graphitentfernungsbehandlung und der Gasnitrocarburierungsbehandlung auf der Oberfläche des Scheibenrotormaterials kaum Graphit frei liegend zurück. Wie in den 6 bis 9 gezeigt ist, wurde jedoch bezüglich der Vergleichsbeispiele 2 und 3, bei denen allein eine Nitrierbehandlung ohne Realisierung der Graphitentfernungsbehandlung realisiert wurde, festgestellt, dass die Graphitbeschichtungen auf den Scheibenrotormaterialoberflächen unvollständig waren, was Bedenken wegen der Korrosionsbeständigkeit hervorruft.
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– Leistungsprüfung –
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Es wird nun der Mechanismus des Auftretens von ”Haftenbleiben” zwischen einem Scheibenrotor und einem Bremsbelag in einer Scheibenbremse erläutert.
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Wie in 10 dargestellt ist, wird, wenn das Reibmaterial des Bremsbelags bei Erzeugung einer Bremskraft von der Scheibenbremse aus gegen eine Seitenfläche des Scheibenrotors gedrückt wird, im Fall einer Rostentwicklung auf der Oberfläche des Scheibenrotors Abrieb, der den Rost enthält, in Lücken eintreten, die in der Reibmaterialoberfläche vorhanden sind. Wenn die Scheibenbremse dann in diesem Zustand mit Wasser beaufschlagt wird, wird dieses Wasser in dem Abrieb, der in den Lücken eingefangen ist, die in der Reibmaterialoberfläche vorhanden sind, aufgenommen und es wird vom Abrieb aus eine Rostentwicklung gefördert, so dass der Scheibenrotor und der Bremsbelag aneinander haften bleiben.
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Dabei wird, wie in 11 dargestellt ist, das in dem Abrieb aufgenommene Wasser durch auf der Scheibenrotoroberfläche frei liegendes Graphit ins Innere eindringen. Daher wird die Rostentwicklung insbesondere um das Graphit herum gefördert.
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Mit der Förderung einer Rostentwicklung auf der Oberfläche des Scheibenrotors kann daher leichter ein Haftenbleiben des Bremsbelags an dem Scheibenrotor auftreten. In einem realen Fahrzeug werden dann zum Zeitpunkt des Haftenbleibens ein Anstieg des Haftdrehmoments sowie ein Anstieg des Geräuschpegels auftreten.
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In dieser Leistungsprüfung wurden der Scheibenrotor gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel und der Scheibenrotor gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 dann jeweils an einer Scheibenbremse eines realen Fahrzeugs montiert. Dann wurden die Scheibenrotoren unter der folgenden Prüfumgebung, die tendenziell zur Rostentwicklung einlud, über einen Zeitraum von etwas weniger als einem Monat mittels Bestimmungen der Haftdrehmomente und Haftgeräuschpegel verglichen.
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– Prüfverfahren –
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Bei der ersten Beurteilung wurden die folgenden Schritte (1) bis (5) in dieser Reihenfolge durchgeführt, und bei der zweiten Beurteilung und den Beurteilungen danach wurden wiederholt die Schritte (6) bis (10) durchgeführt.
- (1) gegenseitiges Reiben
- (2) Wasserspritzen
- (3) ein paar Mal Bremsen
- (4) nach draußen Gehen
- (5) Haftdrehmoment und Geräuschpegel Bestimmen
- (6) gegenseitiges Reiben
- (7) Wasserspritzen
- (8) ein paar Mal Bremsen
- (9) nach draußen Gehen
- (10) Haftdrehmoment und Geräuschpegel Bestimmen
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Wie in 12 dargestellt ist, überschritt das Haftdrehmoment im Vergleichsbeispiel 1 nach Ablauf von etwa 9 Tagen nach dem Start der Prüfung 200 Nm. Es wird daher angenommen, dass leicht eine Rostentwicklung auftritt. Andererseits wurde in dem erfindungsgemäßen Beispiel auch nach Ablauf von 25 Tagen nach dem Start der Prüfung kein Anstieg des Haftdrehmoments beobachtet, was eine geringe Rostentwicklungswahrscheinlichkeit nahelegt.
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Wie in 13 dargestellt ist, wurde zudem im Vergleichsbeispiel 1 von unmittelbar nach dem Start der Prüfung an ein hoher Geräuschpegel festgestellt. Dagegen wurde bei dem erfindungsgemäßen Beispiel im Wesentlichen kein Anstieg des Geräusches beobachtet. Auch dies legt die hohe Rostentwicklungswahrscheinlichkeit im Vergleichsbeispiel 1 und eine geringe Rostentwicklungswahrscheinlichkeit im erfindungsgemäßen Beispiel nahe.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Der erfindungsgemäße Scheibenrotor ist bei einer Scheibenbremse von z. B. einem Fahrzeug anwendbar.
