DE19953598A1 - Mechanische Bremsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Bei Bremsvorrichtungen mit drehbaren Bremskörpern (1) wird die Reibwirkung durch auf die Reibflächen (3) in Dünnschichttechnologie aufgebrachte Hartbeschichtungen (4) erheblich verbessert, zusätzlich wird der Verschleiß der Bremsbeläge (2) und des Bremskörpers (1) deutlich vermindert. Die Beschichtungen (4) können auf metallische Werkstoffe sowie Laminat- und Faserverbundwerkstoffe aufgebracht werden. Die Bremskörper (1) können scheiben- oder trommelförmig sein und in Fahrzeug- und Industriebremsanlagen eingesetzt werden.

Description

Mechanische Bremsvorrichtungen mit drehbaren Bremskör­ pern, die durch das Andrücken von Bremsbelägen verzögert wer­ den, sind als Fahrzeugbremsen und Industriebremsen weit ver­ breitet. Bei Fahrzeugen ist die Verzögerung über eine dosier­ te Bremskraft steuerbar. Bei Industriebremsen müssen sehr schnell hohe Bremskräfte aufgebaut werden, um in kurzer Zeit maximale Verzögerungen zu erreichen.

Bei beiden Anwendungen wird die gewünschte Verzögerung durch Reibung zwischen einem drehbaren Bremskörper und einem relativ zu diesem fixierten Bremsbelag erzielt. Die Verzögerung des Bremskörpers wird über eine Welle auf die ab­ zubremsende Masse übertragen. Als Bremskörper dienen Schei­ ben, an deren Radialflächen die Bremsbeläge angreifen, oder Bremstrommeln, an deren inneren oder äußeren Umfangsflächen die Bremsbeläge angreifen.

Bei der Gestaltung solcher Bremsen beeinflußt die Reibwirkung zwischen Bremsbelag und Bremskörper den Verschleiß der Bremskörper und Bremsbeläge an den Reibflächen sowie die Abmessungen der Bremsvorrichtung und die zusätzlich abzubremsenden Massen.

Besonders großen Einfluß auf diese Zielgrößen hat die Gestaltung der Wirkflächen der Bremsen, nämlich der Bremsflä­ che des Bremskörpers und der Bremsfläche des Bremsbelags.

Als Bremsbelag dienen organische und anorganische Sin­ terwerkstoffe, die auf Trägerplatten aufgenietet, aufgesin­ tert oder aufgeklebt sind.

Die drehbaren Bremskörper werden aus metallischen Werk­ stoffen wie Stahl, Grauguß und Aluminium oder aus Verbund­ werkstoffen hergestellt.

Auch beschichtete Bremskörper sind bekannt. Dabei werden auf metallische Grundkörper Metallschichten thermisch aufgespritzt und anschließend mechanisch (Drehen, Schleifen) bearbeitet. Auch verchromte und vernickelte Bremskörper wer­ den eingesetzt, um in erster Linie den Verschleiß herabsetzen und eine Korrosion der Bremsflächen zu verhindern. Aufwendige keramische und metallkeramische Überzüge in Verbindung mit keramischen Verkleidungen für aufwendige Bremskörper beschreibt FR-A 2717875.

Herkömmliche Beschichtungen von Bremskörpern erfordern jedoch hohen Fertigungsaufwand, aufwendige Nachbearbeitungen, sind an bestimmte Grundwerkstoffe gebunden, verschlechtern die Reibwirkung oder haben nur eine sehr begrenzte Standfe­ stigkeit.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, verbesserte Bremsvorrichtungen zu ermöglichen. Insbesondere kann eine weitere Aufgabe darin liegen, eine Beschichtung für Bremskörper darzustellen, die auf endbearbeitete Bremsflächen von Bremskörpern aus beliebigem Grundmaterial aufgebracht werden kann, die die Reibwirkung zwischen den beiden Reibflächen erhöht und den Verschleiß des Bremskörpers und des Bremsbelags reduziert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine dünne Hartschicht auf der Reibfläche des Bremskörpers gelöst. Härtegrade über 1000 HV (0,05/10) haben sich dabei als besonders vorteilhaft ergeben. Die verbesserte Reibwirkung läßt für gleiche Verzögerungen kleinere Bremskräfte zu. Damit können die Bremsvorrichtungen kleiner und leichter ausgelegt werden.

Nach Anspruch 2 wird insbesondere die Verschleißfestig­ keit der Hartschicht erhöht, wenn die Beschichtung einer kri­ tischen Last L_c < 40 N standhält, wobei die kritische Last L_c ein Maß für die Haftfestigkeit der Schicht auf dem Bremskör­ per ist.

Die Ansprüche 3 und 4 geben besonders vorteilhafte Beschichtungswerkstoffe an.

Nach Anspruch 5 und 6 wird die Beschichtung mit Dünn­ schichttechnologien aufgebracht. Diese "Sputterverfahren" erlauben besonders gleichmäßige und dichte Beschichtungen. So können kostengünstige metallische Werkstoffe wie Stahl, Grauguß und Aluminium aber auch Laminat- oder Faserverbundwerkstoffe beschichtet werden. Damit sind auch besonders leichte Bremskörper zu realisieren.

Typische Bremskörper sind nach Anspruch 7 als Brems­ scheibe oder als Bremstrommel ausgebildet.

Die Abbildung zeigt eine schematische Schnittdarstellung mit den Kernelementen einer Scheibenbremse.

Dargestellt ist der Ausschnitt einer Bremsscheibe 1, die in Pfeilrichtung B bewegt werden kann und deren radiale Reib­ flächen 3 mit einer Beschichtung 4 versehen sind. Die Be­ schichtungsstärke ist hier nicht maßstäblich dargestellt und beträgt beispielsweise 5 bis 6 µm.

Die Beschichtung 4 aus Titan-Aluminiummnitrid (TiAlN) kann durch reaktive Kathodenzerstäubung von Titan-Aluminium- Targets in einer Atmosphäre aus Argon und Stickstoff auf die in einem Plasmaätzprozeß gereinigte Bremsscheibe aufgebracht werden. Die Härte der Schicht beträgt dabei 3300 HV (0,05/10). Sie kann ein- oder mehrschichtig aufgebracht wer­ den. Die Haftfestigkeit einer solchen Schicht erlaubt kriti­ sche Lasten L_c < 40 N.

An den Reibflächen 3 greifen Bremsbeläge 2 an, die über Träger 5 mit Bremsbacken 6 verbunden sind. Schrauben 7 halten die Träger gemeinsam mit den Bremsbelägen 2 an den Brems­ backen 6, und Sicherungskeile 9 stellen zwischen den Brems­ backen 6 und den Trägern 5 über entsprechende Nuten einen Formschluß her, der die in Pfeilrichtung B wirkenden Scher­ kräfte auf die Bremsbacken 6 überträgt.

Die eigentliche Bremskraft, die senkrecht auf die Reib­ flächen 3 wirkt, wird von Achsen 8 über die Bremsbacken 6 und die Träger 5 mit den Bremsbelägen 2 auf die Reibflächen 3 aufgebracht und damit die Reibwirkung zwischen Bremskörper 1 und Bremsbelägen 2 bewirkt.

Die Achsen 8 sind Teil eines nicht dargestellten Brems­ mechanismus, in dem die Bremskräfte hydraulisch, mechanisch oder auf andere übliche Weise erzeugt werden.

Nicht dargestellt sind Trommelbremsen, bei denen die Bremskräfte über innere oder äußere beschichtete Umfangsflä­ chen einer Bremstrommel übertragen werden. Dabei sind die Bremsbeläge den Krümmungsradien der entsprechenden Trommel­ oberfläche angepaßt.

In einer ebenfalls nicht dargestellten Bandbremse kann der Bremsbelag auch ein die äußere Umfangsfläche einer Brems­ trommel teilweise umschlingendes Band sein, bei der die Bremswirkung durch Umschlingungsreibung zwischen dem Band und der äußeren beschichteten Umfangsfläche der Bremstrommel erzielt wird.

Claims (7)

1. Mechanische Bremsvorrichtung mit einem drehbaren Brems­ körper (1), auf den ein Bremsbelag (2) eine Kraft ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibfläche (3) des Bremskör­ pers (1) mit einer Beschichtung (4) versehen ist, die 0,3- 100 µm stark und deren Härte größer als 1000 HV (0,05/10) ist.

2. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (4) einer kritischen Last L_c größer als 40 N standhält.

3. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, wobei die Beschichtung (4) aus einem Nitrid, Carbid, Oxid, Silicid, Borid oder aus einer Kombination dieser Mate­ rialien besteht.

4. Bremsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Beschichtung (4) einen metallischen Anteil aus Aluminium, Titan, Wolfram, Chrom, Hafnium, Zirkon oder aus einer Kombination dieser Werkstoffe aufweist.

5. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, wobei die Beschichtung (4) in einem PVD (Physical Vapor Deposition)- oder CVD (Chemical Vapor Deposition)-Prozeß oder durch Plasmaspritzen aufgebracht ist.

6. Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Beschichtung (4) in einem PECVD (Plasma-Enhanced-Chemical-Vapor-Deposi­ tion)-Prozeß aufgebracht ist.

7. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, wobei der Bremskörper (1) eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel ist.