DE1284197B

DE1284197B - Bremsscheibe aus Leichtmetall mit einer verschleissfesten, die Bremsflaeche bildenden Schicht

Info

Publication number: DE1284197B
Application number: DE1966B0089965
Authority: DE
Inventors: Bechtloff; Dr-Ing Gert
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1966-11-23
Filing date: 1966-11-23
Publication date: 1968-11-28

Description

Es ist wünschenswert, Bremsscheiben statt aus Stahl aus Leichtmetall herzustellen, weil hierdurch das Schwungmoment verringert wird und man demgemäß kleinere Momente zum Verzögern der Bremsscheibe beim Bremsen und zum Beschleunigen der Bremsscheibe beim darauffolgenden Wiederanfahren aufzubringen braucht. Doch haben sich bisher den Bemühungen hierum erhebliche Schwierigkeiten entgegengestellt.
Das liegt einmal daran, daß sich eine Bremsscheibe beim Bremsen auf ihrem Mantel nicht gleichmäßig erwärmt, sondern nur in verhältnismäßig kleinen Zonen von z. B. 12 mm Breite höhere Temperaturen auftreten als im übrigen Teil der Mantelfläche. Das hat zur Folge, daß sich das Material in diesen Zonen stärker ausdehnt und daher einem stärkeren Druck durch den Bremsbelag ausgesetzt wird, was zu einer weiteren Erhitzung führt. Es können daher an einzelnen Stellen des Bremsscheibenmantels Temperaturen auftreten, die erheblich höher liegen als die Umwandlungstemperatur des Leichtmetalls, das als kalt ausgehärtete Legierung beim Überschreiten dieser Temperatur seine Härte verliert. Es können sogar örtliche Erhitzungen über die Schmelztemperatur des Aluminiums auftreten, so daß die Bremsscheibe unbrauchbar würde.
Außerdem würde eine Bremsscheibe aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung bei unmittelbarer Beaufschlagung durch den Bremsbelag einem zu starken Verschleiß unterworfen sein.
Man ist daher genötigt, eine aus Leichtmetall bestehende Bremsscheibe mit einer verschleißfesten, die Bremsfläche bildenden Schicht zu versehen. Wenn man aber eine solche Schicht, die z. B: aus Stahl oder Molybdän oder vorwiegend aus Stahl und zum restlichen Teil aus einem anderen Metall oder einer Metall-Legierung, z. B. Kupfer, Messing, Aluminium-Bronze, besteht, im normalen Metallspritzverfahren auf die Leichtmetallscheibe aufbringt, muß damit gerechnet werden, daß infolge der großen Unterschiede zwischen den spezifischen Wärmedehnungen des Schichtmaterials einerseits und des Leichtmetalls andererseits in der Spritzschicht Zugspannungen und in der Leichtmetall-Bremsscheibe Druckspannungen auftreten, so daß angesichts der hohen Temperaturen, die erfahrungsgemäß beim Bremsen an den Bremsscheiben auftreten, die Gefahr des Ablösens der Spritzschicht von der Leichtmetall-Bremsscheibe besteht. Auch können die hiermit verbundenen Beanspruchungen zu Dauerbrüchen führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu beheben. Das wird dadurch erreicht, daß bei einer Bremsscheibe aus Leichtmetall mit einer die Bremsfläche bildenden, aus Stahl oder Molybdän oder vorwiegend aus Stahl und zum restlichen Teil aus einem anderen Metall oder einer Metall-Legierung, z. B. Kupfer, Messing, Aluminium-Bronze, bestehenden, aufgespritzten Schicht die Grenzfläche zwischen der aufgespritzten Schicht und der Leichtmetall-Bremsscheibe durch in diese eingearbeitete Vertiefungen gegenüber der Bremsfläche im Verhältnis der Wärmeleitzahlen des Leichtmetalls und des aufgespritzten Werkstoffs vergrößert ist.
Die Erfindung bringt den Fortschritt, daß man brauchbare Leichtmetall-Bremsscheiben erhält, deren aufgespritzte Schicht nicht nur eine gute Reibpaarung mit dem Bremsbelag ergibt und einen hohen Widerstand gegen Verschleiß hat, sondern auch als Wärmepanzer verhindert, daß in der Bremsfläche auftretende Temperaturspitzen schädliche Erhitzungen in der Grenzfläche zwischen der aufgespritzten Schicht und der Leichtmetall-Bremsscheibe verursachen. Dabei wird eine Verklammerung des aufgespritzten Materials mit der durch die Vertiefungen vergrößerten Grenzfläche erzielt, ohne daß es zu einer nennenswerten Legierung an den Korngrenzen kommt. Es wird daher eine zuverlässige Haftung der aufgespritzten Schicht auf der Leichtmetall-Bremsscheibe unter Vermeidung von Anrissen und Dauerbrüchen gewährleistet.
F i g. 1 der Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen Teil einer Bremsscheibe in der Nähe ihres Umfanges als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
In die aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung bestehende Bremsscheibe l sind am Umfang Rillen 2 eingedreht, die ein mäanderartiges Profil ergeben. Die Tiefe b der Rillen 2 ist etwas kleiner als die Rillenbreite a, die gleich der halben Teilung t der Mäander-Linie ist.
In den Rillen 2 verklammert sich die z. B. durch Flammspritzen aufgebrachte Schicht 3, die vorwiegend aus Stahl oder Molybdän oder vorwiegend aus Stahl und zum restlichen Teil aus einem anderen Metall oder einer Metall-Legierung, z. B. Kupfer, Messing, Aluminium-Bronze, besteht. Die zwischen der Schicht 3 und der Leichtmetall-Bremsscheibe 1 befindliche Grenzfläche, die der Länge der mäanderartigen Profillinie entspricht, ist erheblich größer als die Bremsfläche am Umfang der Schicht 3. Diese beiden Flächen verhalten sich wie die Wärmeleitzahlen des die Bremsscheibe 1 bildenden Leichtmetalls und des in der Schicht 3 aufgespritzten Werkstoffs. Diese Verhältniszahl ist bei Anwendung von Aluminium und Stahl etwas größer als 2.
F i g. 2 der Zeichnung zeigt in starker Vergrößerung einen Querschnitt durch einen Teil des Randes einer entsprechenden Bremsscheibe. Mit 1 ist wieder die Leichtmetall-Bremsscheibe bezeichnet. Die aufgespritzte Schicht enthält überwiegend Stahlkörper 4 und dazwischen gemischte Körper 5 aus Kupfer, Messing oder Aluminium-Bronze. Die Nicht-Eisen-Bestandteile, insbesondere Messingkörper, bewirken dank einer gewissen plastischen Verformbarkeit, daß die Spritzschicht duktil ist und daher den durch Wärmespannungen verursachten Deformationen ohne Rißbildung nachkommen kann. Bestandteile aus Messing haben außerdem die günstige Eigenschaft, daß sie sich mit den Stahlkörpern der Spritzschicht verlöten.
Beispielsweise wird eine Schicht im Zweistoff-Flammspritzverfahren mit Stahldraht und Messingdraht auf die Leichtmetall-Bremsscheibe aufgebracht. Bei gleichen Vorschubgeschwindigkeiten werden Stahl und Messing mit gleichen Volumen verspritzt, so daß die Spritzschicht zur Hälfte aus Stahl- und aus Messingkörnern besteht. Man erhält dann ein Verhältnis zwischen den Wärmeleitzahlen der Spritzschicht und der Leichtmetall-Bremsscheibe von 2 bis 1,73. Dementsprechend wird die Grenzfläche zwischen der Spritzschicht und der Leichtmetall-Bremsscheibe durch entsprechende Vertiefungen, z. B. Rillen, gegenüber der Bremsfläche vergrößert.
Es wird aber angestrebt, Spritzschichten mit einem größeren Anteil an Stahl als an Buntmetall zu schaffen, z. B. von 70 % Stahl und 30 % Buntmetall. Das kann z. B. in der Weise geschehen, daß zunächst auf die Leichtmetall-Bremsscheibe eine dünne Schicht Stahl gespritzt wird, wobei eine gute Haftung erzielt wird, und daß anschließend gleichzeitig Stahl und Buntmetall aufgespritzt wird. Man kann auch nacheinander Schichten von Stahl und Buntmetall, d. h. von Kupfer, Messing, Bronze, übereinanderspritzen und so ein Gefüge von 70% Stahl und 30% Buntmetall erzielen.
Eine Spritzschicht aus Stahl und Buntmetall ist auch deshalb vorteilhaft, weil sie den Reibbelag der Bremse schont und trotzdem genügend verschleißfest ist. Denn durch die Buntmetallkörner werden die harten Stahlkörper weich umbettet. Die aufgespritzte Schicht hat bei normalen Bremsscheiben-Durchmessern zweckmäßig eine Dicke von 2 bis 4 mm.
Die Erfindung ist sowohl bei solchen Bremsscheiben anwendbar, die an ihrem Umfang von Backenbremsen beaufschlagt werden, als auch bei Scheiben von Scheibenbremsen, bei denen also Bremsbacken gegen die ebenen Seitenflächen der Scheibe gepreßt werden.

Claims

Patentanspruch: Bremsscheibe aus Leichtmetall mit einer die Bremsfläche bildenden, aus Stahl oder Molybdän oder vorwiegend aus Stahl und zum restlichen Teil aus einem anderen Metall oder einer Metalllegierung, z. B. Kupfer, Messing, Aluminium-Bronze, bestehenden, aufgespritzten Schicht, da -durch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche zwischen der aufgespritzten Schicht (3) und der Leichtmetall-Bremsscheibe(1) durch in diese eingearbeitete Vertiefungen (2) gegenüber der Bremsfläche im Verhältnis der Wärmeleitzahlen des Leichtmetalls und des aufgespritzten Werkstoffs vergrößert ist.