DE2706597B2

DE2706597B2 - Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe

Info

Publication number: DE2706597B2
Application number: DE2706597A
Authority: DE
Inventors: Hideki Kawagoe Saitama Nakaji; Hiromu Sayama Saitama Okunishi; Hideaki Kawagoe Saitama Sato; Hiroyuki Sayama Saitama Suwa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1976-02-17
Filing date: 1977-02-16
Publication date: 1981-08-27
Also published as: FR2341782A1; DE2706597A1; DE2759471C2; IT1086665B; DE2759471B2; GB1567078A; US4166521A; DE2706597C3; FR2341782B1

Description

a) zunächst entsprechend der Stahlzusammensetzung gemäß dem jeweiligen Eisen-C'irom- Kohlenstoff-Diagramm auf eine oberhalb des Umwandlungspunktes Ai liegende, dem Phasenbereich für Ferrit und Austenit oder Ferrit, Austenit und Zementit gemäß der entsprechenden Temperatur von 850 bis 910⁰C erhitzt;

b) daraufhin in eine Formpresse eingespannt, verformt und

c) gleichzeitig unter Formzwang in der Presse in an sich bekannter Weise abgeschreckt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer auf eine Rockwell-C-Härte von 30 bis 45 gehärteten Bremsscheibe für Scheibenbremsen aus rostfreiem Stahl mit mindestens 10% Chrom.

Scheibenbremsen sollen eine hohe Standfestigkeit bei hohen Geschwindigkeiten und bei hoher Belastung aufweisen, so daß sie nicht nur vorteilhaft bei Automobilen, sondern auch bei Motorrädern eingesetzt werden können.

Bei der Verwendung bei Motorrädern ragt die Bremsscheibe zum Unterschied gegenüber dem Einsatz bei Automobilen seitlich aus dem Rad heraus. Eine solche Bremsscheibe muß daher nicht nur die verschiedenen optimalen Eigenschaften einer Bremsscheibe für Scheibenbremsen sowie gute Bremsgefühl-Vermittlung und geringe Geräuschentwicklung besitzen, sondern auch eine hohe Korrosionsfestigkeit und ein gutes Aussehen sind wesentlich.

Es wird daher rostfreier Stahl, der korrosionsfest ist und gut aussieht, als Material für solche Bremsscheiben verwendet. Bei Beurteilung der Eigenschaften solcher rostfreier Stähle für Bremsscheiben ist zu beachten, daß ζ. B. das Bremsgefühl vom Reibungskoeffizienten der Materialoberfläche abhängt, d. h. von der Härte und der Bearbeitungsfeinheit der Oberfläche. Wenn die Härte zu groß ist, wird womöglich ein Gleiten eintreten. Bei niedrigem Härtegrad kann ein Fressen eintreten. Die Gefahr von Quietschgeräuschen steigt mit der Erhöhung des Härtegrades. Wenn also rostfreier Stahl als Material für Bremsscheiben verwendet werden soll, müssen Bremsgefühl, Abnutzung und Neigung zur Geräuschbildung berücksichtigt werden.

Bei Bremsscheiben aus solchem rostfreien Stahl und bei ihrer Herstellung hängt ihre Leistungsfähigkeit also von dem Härtegrad des Materials ab. Der rostfreie Stahl wird daher im allgemeinen zunächst auf 1050—1150°C erhitzt und anschließend abgeschreckt, um ein Material mit einem Rockwell-C-Härtegrad von etwa 50 bis 53 zu erhalten. Anschließend wird es bei 65O°C angelassen, um eine kontrollierte Herabsetzung des Härtegrades

auf etwa 30 bis 40 Rockwell-C-Härtegrade, d. h. eine Bremsscheibe mit einer gewünschten Härte zu erhalten. Insbesondere die Ringfläche, auf der die Bremsklötze gleiten, wird so behandelt, damit sie vorzugsweise einen Härtegrad von 32 bis 36 Rockwell-C-Härtegrade aufweist, wobei die Lebensdauer der Herstellungswerkzeuge und die Bearbeitbarkeit des Scheibenmaterials berücksichtigt wird.

Auf diese Weise wird durch die obige Wärmebehandlung bei der Herstellung von Bremsscheiben zunächst ein Material mit austenitischem Gefüge erzeugt, das nach einer bestimmten Dauer der Erwärmung abgeschreckt wird, so daß sich ein Martensit-Gefüge ergibt, das anschließend angelassen wird, um das Martensitgefüge in ein Carbid-Sorbit-Gefüge umzuwandeln.

Bei diesem bekannten Herstellungsverfahren für Bremsscheiben treten durch das Abschrecken und nachfolgende Anlassen des rostfreien Stahls Nachteile auf, die nicht nur darin zu sehen sind, daß eine Vielzahl von Wärmebehandlungsschritten notwendig ist, sondern auch, daß — s>elbst wenn der Abschreckvorgang unter Einspannung des Werkstücks durchgeführt wird, um die Genauigkeit zu erhöhen und Verziehungen zu vermeiden — beim nachfolgenden Anlassen Spannungen im Werkstück entstehen, so daß sich die Scheibe verzieht. Weder die erforderliche Planheit der Oberfläche im Bereich der Bremsklötze, noch die Parallelität der Ringflächen zueinander ist daher gesichert. Weiterhin können solche Spannungen, insbesondere wenn die Fremsringfläche und die Nabe der Scheibe aus einem Stück gefertigt werden, sich auf das ganze Bauteil auswirken und seine Präzision beeinträchtigen. Es wird daher nach dem Schmiede- bzw. Preßvorgang eine spanabhebende Bearbeitung erforderlich, d.h. die Fertigung der Bremsscheiben wird umständlich und kompliziert; Einrichtungen für die mechanische Bearbeitung sind erforderlich. Personal für solche Arbeiten muß bereitgestellt werden, die Fertigungsschritte werden vermehrt, Werkzeug- und andere Probleme müssen gelöst werden, und die Kosten solcher Bremsscheiben sind notwendigerweise hoch. Darüber hinaus muß beim Halbfabrikat das Material, das durch die spanabhebende Bearbeitung entfernt werden soll, berücksichtigt werden. Es ist hierbei nachteilig, daß ein Überschoß an Material aufgewendet und somit dickeres Material zunächst bearbeitet werden muß. Hierbei ist es schwierig, die gewünschten Härtegrade bei dem geringen Spielraum bei der Anlaßtemperatur von 650—750° C zu erreichen. Es ergeben sich dabei auch Probleme bei der Temperatursteuerung und anderen Teilen des Fertigungsablaufs.

Darüber hinaus ergeben sich Schwierigkeiten, die Parallelität der beiden Ringflächen des äußeren Scheibenteils, auf denen die Bremsklötze gleiten sollen, herzustellen insbesondere dann, wenn die Scheibe insgesamt durch einen Preßvorgang hergestellt wird, weil eine Rückfederungsneigung im gebogenen Teil der Scheibe erzeugt wird. Um solche Schaden zu beseitigen, ist nicht nur die oben erwähnte spanabhebende Bearbeitung nötig, sondern es ist auch sehr schwierig, genaue Ringflächen zu erzeugen, wenn die beiden Ringflächen nicht schon beim Preßvorgang sehr genau parallel zueinander hergestellt werden, so daß sich unebene Kontaktflächen zwischen der Scheibe und den Flächen der Bremsklötze ergeben. Als Ergebnis entstehen Schaden dadurch, daß die Oberflächen der Ringflächen der Bremsscheibe, die die Bremsflächen bilden und die Oberflächen der Bremsklötze nicht satt

aneinander anliegen, so daß sich begrenzte Verschleißzonen bilden. Hierdurch wird die Wirkung der Bremse verringert, so daß sich Probleme aus der verringerten Bremsleistung und einer verringerten Lebensdauer der Bremse ergeben.

Härteverfahren bei der Herstellung von Bremstrommeln sind an sich bekannt. Dabei wird der i'iefestigungsflansch einer solchen Bremstrommel zwischen den Gesenkteilen einer Presse eingespannt und zum Abschrecken wird die Preßvorrichtung mit der Bremstrommel zusammen in ein Abschreckbad eingetaucht (US-PS 16 74470 und 17 48 290). Die Bremsflächen der Trommel werden dabei nicht eingespannt, sondern nur durch radial verschiebbare Stützkörper abgestützt. Am äußeren Umfang sind die Stützkörper mit axialen Nuten versehen, um der Kühlflüssigkeit den Zutritt zur Bremsoberfläche zu ermöglichen. Der eingespannte Befestigungsflansch wird durch die Gesenkteile, die keine Kühleinrichtung aufweisen, vor dem Kontakt mit der Kühlflüssigkeit geschützt, so daß dieser Teil weniger iiuensiv gehärtet wird.

Gekühlte Preßformen werden zur Härtung von Teilen mit hoher Fertigungsgenauigkeit verwendet, um eine kontrollierte Abschreckung durchzuführen, so daß die genauen Fertigmaße erhalten bleiben (US-PS 23 96 940). Die Härtevorrichtung wird nicht zur Formung des Werkstücks herangezogen, sondern das anderweitig fertig bearbeitete Stück wird lediglich zur Härtung in die Vorrichtung eingebracht. Die Vorrichtung weist Preßbacken mit den Fertigmaßen des Werkstücks auf, die von einer Kühlflüssigkeit durchflossen werden können. Dieses Herstellungsverfahren erfordert mehrere verschiedene Arbeitsgänge an verschiedenen Vorrichtungen bzw. Werkzeugmaschinen. Es ist umständlich und kostspielig.

In den Aufsätzen über »Umwandlungs-, Härtungsund Anlaßvorgänge in Stählen mit Gehalten von 1 % C und bis zu 12% Cr« (Archiv für das Eisenhüttenwesen, 8. Jahrg., H. 11, Mai 1955, S. 499-506) und »Zum Umwandlungsverhalten martensitischer nichtrostender Chromstähle mit 13% Cr sowie 0,15; 0,20 und 0,40% C« (DEW-Technische Berichte, 10. Band, 1970, H. 2, S. 102—107) wird das Grundsätzliche des Umwandlungsverhaltens solcher Stähle behandelt. Daraus geht hervor, daß chromhaltige Stähle mit mehr als 10% Cr durch Abschreckung aus ca. 1000⁰C ein Härtemaximum ergeben und sowohl bei Abschreckung aus einer niedrigeren als auch einer höheren Temperatur niedrigere etwa gleichgroße Härtegrade erzielbar sind. Bei einer Abschreckung aus einer niedrigeren Temperatur als die dem austenitischen Bereich entsprechende liegen austenitische Kristalle nur in ungenügendem Umfang vor. Es mußte daher angenommen werden, daß eine Abschreckung aus einem solchen niedrigeren Temperaturbereich keine brauchbaren Bremsscheiben ergeben können.

Bei der Herstellung von korrosionsfesten Gegenständen z. B. Bestecken aus Eisen-Chrom-Legierungeii mit 8-20% Cr wird das Material auf 1150- 1250°C erhitzt und in Preßwerkzeugen Verformt. Die gewünschte Abkühlung wird dadurch erreicht, daß das Preßwerkzeug die Wärme aufnimtrM. Di^ Einhaltung genauer Fertigungstoleranzen und die Allsschaltung von Restspannungen wird hier nicht erreicht und ist auch nicht erforderlich.

Der Erfindung liegt dahe^h die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Bremsscheiben der eingangs genannten Art zu schaffen nach dem eine Bremsscheibe mit optimalen Eigenschaften in einer Formpresse in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Patentanspruches gelöst.

Dadurch, daß das Material auf eine Temperatur von nur 850—910°C erhitzt und dann in der Formpresse geformt und abgeschreckt wird, ergibt sich durch die unvollständige Abschreckung die gewünschte optimale Resthärte von 30—45 der Härteskala C für Rockwell-Härtegrade. Durch die Einspannung der wesentlichen Flächen der Scheibe während des Abschreckvorganges ergibt sich ein Werkstück mit ebenen und zueinander parallelen Flächen von höchster Maßgenauigkeit.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Bremsscheiben, bei dem die Bremsscheibe in einer Hitze mit unvollständiger Abschreckung, wie oben angegeben, geformt wird, erhält man eine Bremsscheibe mit hoher Genauigkeit und von hoher Qualität. Dies wird durch einen einfachen, zweckmäßigen Arbeitsschritt erreicht, so daß später keine spanabhebende Bearbeitung mehr erforderlich ist Ein einfaches Überschleifen genügt Auch ist nur ein Minimum an Arbeitsaufwand erforderlich, da das Produkt sich nicht verformt und keine nachteiligen Spannungen aufweist, wie dies beim Anlassen nach dem bekannten Verfahren auftritt. Dadurch daß der Anlaßvorgang eingespart wird, wird die Wärmebehandlung vereinfacht, die schwierige Steuerung und Einstellung der Anlaßtemperatur wird nicht benötigt, die Temperaturkontrolle ist einfach und leicht vorzunehmen, d. h. die Wärmebehandlung ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren überaus einfach.

Es wird daher durch die vorliegende Erfindung eine einstückige Bremsscheibe mit günstigen Betriebseigenschaften und mit günstigen Korrosionseigenschaften bei gutem Ausseher, geschaffen.

Die fabrikmäßige Herstellung erfolgt in der Weise, daß der äußere und der zentrale Teil der Bremsscheibe vom Preßdruck festgehalten werden und der Zwischenteil gleichzeitig mit Stufen in den Übergangsbercichen zwischen dem äußeren Ringteil bzw. dem zentralen Teil und dem Zwischenteil durch einen Ziehvorgang geformt wird und das Material gleichzeitig abgeschreckt wird. Die im Grenzbereich zwischen dem Ringteil und dem zylindrischen Teil und im Grenzbereich zwischen dem zylindrischen und dem Nabenteil in der einstückigen Bremsscheibe vorgesehenen Stufen verhindern die Erzeugung von Rückfederungsneigungen und fördern eine Parallelität der Ringflächen und ihre plane Lage und verbessern somit die Funktionstüchtigkeit der erwähnten Bremsscheibe.

Bei der Anfertigung mittels des vorgeschlagenen Verfahrens können Bremsscheiben hoher Qualität in großen Stückzahlen billig erzeugt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im einzelnen anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Fe-Cr-C Zustandsdiagramm für ein rostfreies Stahlmaterial mit. einem Cr-Gehalt von 12% Cr-C;

F i g. 2 ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen der Abschrecktemperatur und der Rockwell-Härte (Rockwell-Härte über der Temperatur in ⁰C) für ein rostfreies Stahlmaterial mit 12% Cr und 0,3% C;

F i g. 3 die Ansicht eines Vertikalschnittes durch eine Fe.ligungsvorrichtung, in der eine einstückige Bremsscheibe in einem ersten Arbeitsgang der Abschreck-

presse geformt wird;

Fig. 4 die gleiche Ansicht, in der der Abschreckvorgang zu erkennen ist;

F i g. 5 einen Schnitt durch eine einstückige Bremsscheibe;

F i g. b einen Vcrtikalschnitt durch eine Abschreckpresse, in der Ausgangsstellung zur Formung einer Ringscheibe für eine Ausführungsform, bei der Ringscheibe und Nabenieil gelrennt voneinander hergestellt und dann miteinander verbunden werden;

F i g. 7 einen Schnitt durch eine Scheibe, die in der Presse nach F i g. 6 hergestellt wurde.

Das für eine Bremsscheibe nach der Erfindung verwendete Material ist eine Platte aus rostfYeiem Stahlmaterial, das mindestens 10% Cr enthält und die eine vorbeslimmte Oberflächengüte und Stärke aufweist. Der Cr-Gehalt ist auf mehr als 10% festgelegt, weil bei einem Cr-Gehalt unter 10% eine Korrosionsfestigkeit, wie sie für eine Bremsscheibe erforderlich ist, nicht erreicht wird. Außerdem wird das Aussehen des Materials, das unverkleidet bleibt, durch den Cr-Gehalt verbessert.

Dieses Material wird erhitzt und dann solange auf einem Temperaturniveau gehalten, das durch die für eine Bremsscheibe erforderliche Härte bestimmt wird und die oberhalb des Umwandlungspunktes Ai im Fe-Cr-C Zustandsdiagramm der F i g. 1 liegt, bis die Verfurmungs- und Stanzschritte wie Abscheren, Ziehen und Bohren bei in die Presse eingespannter Scheibe durchgeführt sind. Gleichzeitig wird das Material eingespannt gehalten und abgeschreckt, so daß der vorbestimmte Härtegrad erreicht wird.

Das heißt, wenn das oben erwähnte Material bei niedrigeren ais den üblichen Abschreckungstemperaturen abgeschreckt wird, d. h. im Bereich des Umwandlungspunktes Ai der Zone λ+γ (Ferrit und Austenit) und *+)' + Cm (Ferrit+ Austenit +Cementit) des Fe-Cr-C Diagramms, so erhält man ein Mischgefüge aus Martensit + Ferrit + Cementit oder Ferrit+ Martensit.

Man erhält daher insbesondere die oben erwähnte vorbestimmte Härte von 30 bis 45 Rockwell-Härtegradcn (Härteskala C), wie sie für Bremsscheiben geeignet ist. durch den Anteil von Austenit zum Zeitpunkt der Erhitzung d. h. durch die Kontrolle der Erhitzungstemperatur ohne späteres Anlassen.

Die erwähnte Abschreckung wird als unvollständige Abschreckung bezeichnet. Es wird eine Platte aus rostfreiem Martensitstahlmaterial, das zumindest 10% Cr enthält, mittels einer Presse verformt, gezogen und gebohrt und gleichzeitig unvollständig abgeschreckt wie bei dem oben erwähnten Material oder es wird unvollständig in einer Abschreckpresse abgeschreckt, um ein Produkt mit einer Rockwell-Härte von 30 bis 45 (HRC) zu erhalten, wie es für Bremsscheiben optimal ist.

Wie dargelegt wird das Material in einer Presse verformt und abgeschreckt oder das verformte Produkt wird nur abgeschreckt um direkt die vorgegebene Härte einer Bremsscheibe zu erreichen, und es ist daher ein Anlaßarbeitsgang ^ nicht mehr erforderlich. Es werden daher keine Spannungen im Werkstück erzeugt so daß seine Präzision unter den vorbestimmten Bedingungen aufrechterhalten bleibt.

Fig.2 zeigt die Beziehungen zwischen der Abschrecktemperatur und den Härtegraden (nach Härteskala C) in einem rostfreien Stahl mit einem Gehalt von 12% Cr und 03% C Wie daraus hervorgeht ist der Härtegrad um so höher, je höher die Abschrecktemperatnr ist. Wie das Diagramm zeigt ergibt sich für einen

rostfreien Stahl mit 12% Cr und 0,3% C, der üblicherweise bei 920 —980°C abgeschreckt wird, eine Rockwell-Härte von 46 bis 56 Härtegraden (Härteskala C), die für Bremsscheiben weil zu hart, nicht wünschenswert ist. Um eine für Bremsscheiben geeignete Härte zu erhalten, muß daher ein solches Werkstück angelassen werden, wie es oben erläutert wurde.

Aus den Temperaturen oberhalb des Umwandlungspunktes Ai im oben erwähnten Fe-Cr-C Zustandsdiagramm wird daher ein Temperaturbereich durch die erforderlichen Härtegrade festgelegt. Wenn nämlich das Material bei einer Temperatur von 850 —910⁰C abgeschreckt wird, die also niedriger ist als die übliche Abschrecktemperatur, so wird eine Härte von 30 — 45 Rockweii-Härtegraden (HRC) erzielt. Diese Härtegrade werden durch einen einzigen Abschreckprozeß in der erwähnten einslückigen Scheibe oder einem ähnlichen Werkstück erreicht. Die Herstellungsarbeitsgänge werden also weitgehend vereinfacht und es werden Bremsscheiben erzeugt, die eine optimale Oberflächenhärte aufweisen und die ein bei Scheibenbremsen erforderliches Bremsgefühl vermitteln und die eine hohe Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit und ein gutes Aussehen besitzen.

Außerdem ergibt sich durch die unvollständige Abschreckung unter Einspannung in der Presse eine Bremsscheibe mit hoher Genauigkeit in der Parallelität der völlig planen Bremsflächen zueinander, die lediglich einer Nachbearbeitung durch Schleifen bedarf.

Die F i g. 3 bis 5 zeigen die Herstellung einer Bremsscheibe des einstückigen Typs.

Eine Presse ist mit Kühlwasserkanälen 21 und 51 im oberen Preßstempel 20 bzw. dem unteren Preßstempe! 50 ausgerüstet. Die beiden Preßstempel 20 und 50 sind ringförmig ausgebildet. Der obere Preßstempel 20 ist beweglich angeordnet. Ausnehmungen 22 und 52, durch die das Material in einem Ziehvorgang verformt wird, sind symmetrisch zueinander als konkave bzw. konvexe Ausnehmung im mittleren Teil der einander zugewandten Verformungsoberflächen der Preßstempel 20 und 50 angeordnet. Die untere Ringfläche des äußeren Teils des oberen Preßstempels 20 ist als ringförmige ebene Fläche 23 ausgebildet. Ein beweglicher Aufnahmeblock 54 mit oberer ebener Fläche 53 steht der Fläche 23 gegenüber. Der Block 54 ist vertikal verschiebbar in einer ringförmigen Vertiefung 55, die in der Außenzone des unteren Preßstempels 50 angeordnet ist. Er stützt sich mit seiner unteren Fläche auf Bolzen 56 ab, die vertikal durch den Preßstempel 50 hindurchgeführt und mit einer Mehrzahl von Puffereinheiten verbunden sind. Die oben erwähnten Kühlwasserkanäle 51 sind in diesem Aufnahmeblock 54 angeordnet Die äußere Begrenzung des Aufnahmeblockes 54 und die äußere Begrenzung der Fläche 23 des erwähnten oberen Stempels 20 fluchten miteinander. Ein fest angeordnetes, ringförmiges Kanten-Schneidglied 57 ist um den äußeren Bereich des Blocks 54 angeordnet.

Innerhalb des Bocks 54 des unteren Preßstempels 50 ist der feste Teil des Preßstempels durch eine kegelförmige Fläche 58, die nach außen und unten verläuft abgeschrägt. Der zentrale Teil, der von der kegelförmigen Fläche 58 umgeben wird, ist als zentrale ebene Räche ausgebildet.

Eine nach unten offene zylinderförmige Ausnehmung 25 ist im Zentrum des oberen Preßstempels 20 vorgesehen. Ein Bohrwerkzeug 30 besteht aus einem Stanzstempel 31, um eine Bohrung zur Aufnahme einer

Welle zu erzeugen und aus Stanzstempeln 32, um Bohrungen zur Befestigung einer Nabe zu erzeugen. Sie sind zentral in der Ausnehmung 25 angeordnet. Ein gleitend bewegbarer, ringförmiger Preßblock 33 zur Verformung des Werkstückes ist mit Kühlwasserkanälen 21 versehen und ist innerhalb der Ausnehmung 25 angeordnet und umgibt die Stanzstempel 31 und 32. Die obere Fläche dieses Blocks 33 liegt an Stangen 34 an, die durch Öldruckzylinder beaufschlagt werden. Sie ragen durch den äußeren Teil des oberen Preßstempels 20 in die Ausnehmung 25 hinein. Auf der unteren Fläche des Blocks 33 ist eine konzentrische, ringförmige Stufe 35 vorgesehen, deren Durchmesser größer als der Durchmesser der zentralen Fläche 59 auf dem unteren Preßstempel 50 ist. Eine weitere ringförmige, konzentrische Stufe 36 ist an der Endkan'.c eines nach unten, außen geneigten, konkaven Zieh- und Formteils 22 vorgesehen, das am öffnungsende der zylinderförmigen Öffnung 25 innerhalb der ebenen Fläche 23 angeordnet ist.

In dem zentralen Teil des unteren Preßstempels 50 sind entsprechende Bohrungen 60 und 61 vorgesehen, in die die Stanzstempel 31 und 32 eintreten können.

Bei der Herstellung von einstückigen Bremsscheiben mittels der oben beschriebenen Presse wird das erwähnte martensitische rostfreie Stahlplattenmaterial W, das mehr als 10% Cr enthält, auf eine Temperatur höher als die erwähnte Temperatur für die unvollständige Abschreckung erwärmt und mit dieser Temperatur zwischen den oberen und unteren Preßstempel 20 bzw. 50 eingeführt. Der obere Preßstempel 20 wird abgesenkt, um den zentralen Teil des Materials W zwischen der unteren Fläche des Blocks 33 und der zentralen Fläche 59 des unteren Preßstempels 50 festzuhalten. Der äußere Teil des Materials Wwird dann zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen 23 und 53 der äußeren Bereiche der beiden Preßstempel 20 und 50 gehalten. Durch das Absenken des oberen Preßstempels 20 wird zunächst nur der Teil des Materials W, der innerhalb der Stufe an der unteren Fläche des Blocks 33 anliegt, durch die Stufe 35 mehr als die anderen Bereiche des Materials unter Druck gesetzt, so daß im Material eine Stufe gebildet wird. Der obere Preßstempel wird weiter abgesenkt, während die Randzonen des Materials IV zwischen den ebenen Flächen 23 und 53 festgehalten werden. Dabei wird der Aufnahmeblock 54 des unteren Pre3stempels 50 entgegen dem Druck der Bolzen 56 nach unten gedruckt, so daß das Material Wdurch die Schneidkante des Schneidringes 57 durchgetrennt wird. Hierdurch wird das Fertigmaß der äußeren Abmessung des Materials ^festgelegt.

Außerdem wird das Material Win seinem Zwischenbereich durch die Abwärtsbewegung des oberen Preßstempels 20 durch einen Ziehvorgang verformt, während es in seinem Außenbereich, wie erläutert, festgehalten wird. Es wird dabei die Stufe 36 am Innenrand der Fläche 23 im Zusammenwirken mit der geneigten Fläche 52 plastisch verformt während es durch die oben erwähnte Stufe 35 sicher und unverrückbar festgehalten wird.

Zusammen mit der Abwärtsbewegung des oberen Preßstempels 20 bewegen sich auch die Stanzstempel 31 und 32 nach unten ond stanzen die öffnungen für die Achse und für die Befestigung der Nabe im zentralen Teil des Materials Waus.

Das so beschnittene, ausgestanzte und geformte Material W wird in seiner eingespannten Lage dadurch abgeschreckt, daß Kühlwasser durch die Kühlwasserkanäle 21 und 51 geleitet wird, wodurch sich ein fertig geformtes Produkt mit der gewünschten Oberflächenhärte ergibt. Dies ist in F i g. 4 gezeigt.

Anschließend wird das Werkstück in der Weise mechanisch bearbeitet, daß die beiden Ringflächen der Scheibe geschliffen werden und die Anschlußfläche für die Nabe angestrichen wird.

Eine so hergestellte Bremsscheibe B kann auch noch

ίο mit Erleichterungs- bzw. Dekorationsdurchbrüchen Bs versehen werden, wozu zusätzliche Stanzstempel in der Presse angeordnet werden können (s. F i g. 5). Wenn diese Bremsscheibe B, wie oben erläutert, in der Presse geformt und abgeschreckt wird und bei der schrittwei-

i^r> sen Verformung dauernd eingespannt gehalten wird, wird die Parallelität und Ebenheit der vorderen und rückwärtigen Flächen Bi und Bi des ringförmigen Teiles B\ der Bremsscheibe hergestellt und mit höchster Genauigkeit aufrechterhalten. Außerdem wird die Parallelität und Ebenheit erreicht, ohne daß eine mechanische Bearbeitung erforderlich wird, da ein Anlassen nicht vorgesehen ist. Da außerdem die vordere und rückwärtige Seite B₁ und Bg des zentralen Teiles Bb zur Befestigung der Nabe ebenfalls in eingespanntem

2") Zustand geformt werden, kann ihre Parallelität zu den Flächen des Ringteiles Bi nahezu exakt erhalten bleiben. Beim Ziehen bzw. Formen des obigen zylindrischen Teiles Ba werden die Anschlußbereiche des ringförmigen Teiles B\ und des Teiles Sb zur Befestigung der Nabe

«ι von den Stufen 36 und 35 des oberen Preßstempels 20 erfaßt und gehalten, so daß das Material sich nicht aus seiner eingespannten Lage heraus verschieben kann und die öffnungen für die Achse ft und die zur Befestigung der Nabe Bio genau und nicht deformiert hergestellt

ji werden.

In den Übergangsbereichen beider Oberflächen des zylindrischen Teiles Bt, zu den vorderen und rückwärtigen Flächen B₂ und Bi, die die Gleitflächen für die Bremsklötze auf dem ringförmigen Teil der Bremsscheibe B bilden, und zu den vorderen bzw. rückwärtigen Flächen B₁ und B₈ des Anschlußteiles Bb für die Nabe sind Stufen Bn, Bm und Bn, Bu in der Achsrichtung und senkrecht zu den Flächen Bi, B₃ und B₇, Bt vorgesehen. Diese Stufen Bn, B^ und Bi* Bu verlaufen kreisförmig und konzentrisch zu den Ringflächen S₂ bzw. Bt, und werden bei der Preßformung der Scheibe mit eingepreßt. Die Stufen Sn, Si2 und Bi₃, S_M sind gleichgerichtet senkrecht zu den ebenen Flächen Bi, B₃ und Bi, Se in die vorderen und rückwärtigen Oberflächen der genannten Übergangsbereiche angeordnet. Die Höhen der Stufen sind unterschiedlich und abhängig von der Art und der Stärke des Materials, sie sind jedoch von verhältnismäßig geringer Tiefe. Das bedeutet, die Höhe der Stufen S, i, Bi₂ und B_n, Bh ist so bemessen, daß eine plastische Verformung der Materialstruktur der Oberflächen in diesem Bereich erreicht wird, und zwar eine Verformung der Struktur, die über die Elastizitätsgrenze hinausgeht, jedoch eine ausreichende Kontinuität im Kern der Struktur aufrechterhält so daß eine für

μ die Aufgabe als Bremsscheibe ausreichende Festigkeit erhalten bleibt

Wenn die oben erwähnten Stufen B_n, Bn und Si₃, Bm geformt werden, wird eine effektive plastische Verformung der Oberflächenstruktur in jeder der betroffenen Bereiche der Scheibe B vorgenommen. Die Rückfederungsneigong in den Obergangsbereichen zwischen den ringförmigen Flächen B\ und ft und dem kegelförmigen zylindrischen Teil St, die durch einen Ziehvorgang

to

geformt wird, wird durch die eingeformten Stufen beseitigt und eine Rückfederung tritt nicht mehr auf, wenn die Preßstempel 20 und 50 voneinander getrennt werden. Die Parallellität und die Ebenheit der vorderen und rückwärtigen Oberflächen Bi und ß₃ des ringförmi- ^r> gen Scheibenteils und der Flächen Bj und ßs des Befestigungsteils Ek für die Nabe bleiben mit hoher Genauigkeit erhalten.

Es ergibt sich eine Bremsscheibe mit genauer Parallelität und Ebenheit der Bremsflächen mit den oben erwähnten Vorzügen. Die Präzision der Scheibe wird insbesondere durch die Stufen zusammen mit dem oben beschriebenen Material und durch die Heißverformung und unvollständige Abschreckung in eingespanntem Zustand gesichert.

Die Stufen können auch in anderer Ausbildung z. B. als Eindrehungen bzw. Vertiefungen vorgesehen werden. Diese werden ebenfalls in einem Arbeitsgang mit dem Härten eingeformt.

Die Fig.3 bis 5 zeigen Ausführungsbeispiele von einstückig hergestellten Bremsscheiben. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 und 4 wird der Rand des Materials während der Verformung abgetrennt, aber ein Material, das schon vorher auf die genaue Außenabmessung vorbearbeitet ist, kann verwendet werden. Das Material kann außerdem auch schon auf die Form der Bremsscheibe vorgeformt werden und dann in der beschriebenen Weise erhitzt, gestanzt und abgeschreckt werden. Die Bremsscheibe und ihr Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung schließen Bremsscheiben, die in dieser abgewandelten Form hergestellt werden, ein.

Wie oben beschrieben, sind Kühlwasserführungen in den Preßstempeln vorgesehen. Jedoch kann auch eine Abschreckung durch Besprühen mit Wasser von außen angewendet werden.

Die vorliegende Erfindung umschließt auch eine Bremsscheibe, deren Nabenbefestigungsteil und Bremsflächenteil voneinander getrennt hergestellt werden und dann zu einem Stück zusammengebaut werden, wobei die Verbindung durch Niete oder dergleichen hergestellt wird und das hierfür vorgesehene Herstellungsverfahren, wie es in den F i g. 6 und 7 gezeigt ist.

Die Fig.6 zeigt eine Abschreckpresse hierfür mit beweglichem oberen Preßstempel 120, der in seinem Mantelbereich Kühlwasserführungen 121 besitzt. Die Preßfläche 123 ist im äußeren Bereich eben und ein Stanzstempel 131 zum Ausstanzen des Loches für die Achse und Stanzstempel 132 zum Ausstanden von Löchern für die Nieten zur Befestigung der Nabe sind im zentralen Teil des Preßstempels vorgesehen. Der untere Preßstempel 150 ist fest angeordnet und, in gleicher Weise wie der obere Preßstempel 120, mit Kühlwasserführungen 151 und einer Eindrehung mit einer Formgebungsfläche 153 versehen, in die ein Scheibenmaterial Wso hineinpaßt, daß es halb versenkt ist. Außerdem sind Bohrungen 160 und 161 zur Aufnahme der Stanzstempel 131 und 132 vorgesehen.

Ein solches martensitisches, rostfreies Stahlplattenmaterial W, das, wie oben angegeben, mehr als 10% Cr enthält, wird zu einer Scheibenform mit vorbestimmtem äußeren Durchmesser zugeschnitten, es wird auf eine Temperatur für die unvollständige Abschreckung erhitzt, und wird dann zwischen die Preßflächen des oberen 120 und unteren Preßstempels 150, wie in F i g. 6 gezeigt, eingelegt. Der obere Preßstempel 120 wird soweit abgesenkt, daß er die Scheibe festhält und den äußeren Ringteil der Scheibe unter Preßdruck setzt. Die Stanzstempel 131 und 132 werden dabei abgesenkt, um die entsprechenden Bohrungen auszustanzen. Während das Material eingespannt bleibt, wird Kühlwasser durch die Kühlwasserführungen 121 und 151 geführt, um das Material unvollständig abzuschrecken. Der abgeschreckte ringförmige Scheibenteii B₃₀ (F i g. 7) enthält eine Bohrung ß₃i zur Aufnahme der Achse im zentralen Teil der Scheibe und Bohrungen S₃₂ um den Bauteil ß₄₀ für die Befestigung der Nabe am äußeren Umfang der Bohrung ß₃, für die Achse zu befestigen. Unabhängig von dem ringförmigen Scheibenteil B₃O wird das Bauteil HtO für die Befestigung der Nabe vorbereitet, der einen Flansch ß₄i, einen zylindrischen kegelförmigen Teil B_n, einen Nabenfestigungsteil B₄₃, eine Bohrung Bu zur Aufnahme der Achse, Nabenbefestigungslöcher ß₄₅ und Bohrungen für Befestigungsnieten B₄₆ im erwähnten Flansch ßti aufweist. Der Bauteil S₄₀ zur Befestigung der Nabe wird auf den ringförmigen Scheibenteil ß₃₀ gelegt und Nieten B_x. werden durch die Bohrungen .846 und ß₃2 gesteckt und vernietet, um die beiden Teile ß₃o und ß₄o zu einem Stück zu verbinden (s. F i g. 7). Die vorliegende Erfindung umfaßt auch das Herstellungsverfahren für die aus Teilen zusammengesetzte Bremsscheibe.

Nach diesem Ausführungsbeispiel wird das Material so vorbereitet, daß sein äußerer Durchmesser in die Ausdrehung im unteren Preßstempel paßt und wird dann festgehalten, gestanzt, druckverformt und unvollständig abgeschreckt. Es kann jedoch gleichzeitig in der Presse auf den äußeren Fertigdurchmesser zugeschnitten werden. Da das Material nach diesem Beispiel nicht durch einen Ziehvorgang verformt wird, können die äußere Fertigmasse, die Bohrungen zur Aufnahme der Achse und zur Befestigung des Bauteils zur Befestigung der Nabe auch getrennt im voraus hergestellt werden und die Erwärmung, der Preßvorgang und die unvollständige Abschreckung können anschließend vorgenommen werden. Die vorliegende Erfindung soll diese Ausführungsweise einschließen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung einer auf eine Rockwell-C-Härte von 30 bis 45 gehärteten ein- oder zweistückigen Bremsscheibe für Scheibenbremsen aus einem rostfreien martensitischen Stahl mit mindestens 10% Chrom, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Bremsscheibe bestimmte vorgefertigte Stahlscheibe zur Erzielung eines aus Martensit und Ferrit oder Martensit, Ferrit und Zementit bestehenden Mischgefüges