DE3516759A1

DE3516759A1 - Verfahren zur waermebehandlung einer bremsschuh-reibflaeche

Info

Publication number: DE3516759A1
Application number: DE19853516759
Authority: DE
Inventors: James Gerald Watervliet N.Y. Allen; Michael George Southfield Mich. Jacko; John Walter Waterford N.Y. Lokerson
Original assignee: Allied Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1984-06-08
Filing date: 1985-05-09
Publication date: 1985-12-12
Also published as: AU4244185A; JPS6110130A; CA1258560A

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung der Bremsschuh-Reibfläche mittels eines Lasers, um die Anfangsreibung zu erhöhen, wenn der Bremsschuh in Anlage gegen eine Bremstrommel oder einen Rotor gebracht wird.
Es ist aus der Praxis bekannt, daß eine Reibfläche, die mit einem heißen Eisen behandelt wurde, eine verbesserte Anfangsreibung hat. Der letzte Schritt bei der Herstellung eines derartigen Bremsschuhs besteht darin, daß die ganze Reibfläche in Anlage gegen eine erwärmte Fläche gebracht wird, bis die organischen Bestandteile des Bremsschuhs verkohlt sind. Leider kann aber die Verwendung eines hohen Betrages an thermischer Energie, die zur Wärmebehandlung der Oberfläche erforderlich ist, die Bestandteile unterhalb der Reibfläche auch beeinträchtigen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Folge von Lichtstrahlen hoher Energie (Laser) verwendet, um eine Reihe von Streifen an der Oberfläche der Reibfläche wahlweise zu erwärmen. Die Intensität der Lichtstrahlen (Laser) und die Bestrahlungsdauer können so gewählt sein, daß nur die Bestandteile an oder nahe der Oberfläche verkohlen, oxidieren oder eine andere chemische Reaktion erfahren. Nachdem ein Bremsschuh nach Maßgabe geschliffen worden ist, wird er auf eine Fördereinrichtung gelegt die ihn mit konstanter Geschwindigkeit am Kopf des Lasers vorbeiführt. Der Kopf des Lasers ist in waagrechter und senkrechter Richtung verstellbar, um den (die) resultierenden Lichtstrahl(en) auf der Oberfläche des Bremsschuhs auszurichten. Der (die) Lichtstrahl(en) erzeugen thermische Energie an der Oberfläche des Bremsschuhs, wodurch die organischen Bestandteile verkohlen und die metallischen Bestandteile oxidieren, um chemisch veränderte Streifen an der Reibfläche zu bilden. Die Bestandteile jedes Streifens haben einen Reibungskoeffizienten, der sich von demjenigen des restlichen unbehandelten Bremsschuhs unterscheidet. Bei Anbringen des Bremsschuhs an einem Schwungmassen-Bremsprüfstand zur Simulierung eines Fahrzeugs und Anlage gegen ein anderes Teil zur Bremsung, ist die Anfangsreibung annähernd gleich der otpimalen Betriebsreibung, da die Wärmebehandlung während der Herstellung eine Einlauf-Phase im wesentlichen beseitigt. Das Verfahren zur Herstellung eines Bremsschuhs gemäß der Erfindung ist vorteilhaft, da die Reibfläche mittels eines Laserstrahls wärmebehandelt werden kann, um wahlweise Streifen an der Oberfläche von Bereichen zu erzeugen, die im wesentlichen den optimalen Reibungskoffizienten zum Bremsen haben, ohne daß eine Einlauf-Phase erforderlich ist.
Dieses Verfahren zur Wärmebehandlung einer Reibfläche ist vorteilhaft, da der Laser verstellt werden kann, um Stoffe in bestimmten Bereichen der Reibfläche des Bremsschuhs wahlweise zu oxidieren und verkohlen oder puddeln, damit die Reibfläche vorkonditioniert wird, so daß die Anfangsreibung bei Anlage gegen ein anderes Teil im wesentlichen dem optimalen Reibungskoeffizienten des Bremsschuhs entspricht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Wärmebehandlung einer Bremsschuh-Reibfläche durch Erzeugen thermischer Energie mittels eines Laserstrahls zu schaffen, der ausreicht, organische Bestandteile zu verkohlen oder eine verwandte Reaktion hervorzurufen, wie z.B. eine Entkohlung oder Dehydrierung, und metallische Bestandteile an der Reibfläche zu oxidieren oder puddeln, um die Reibfläche vorzukonditionieren, so daß die Anfangsreibung verbessert wird.
Die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen gekennzeichnet. Nachfolgend wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung eines Wärmebehandlungsverfahrens gemäß der Erfindung; Fig. 2 ein mit dem in Fig. 1 dargestellten Laser-Verfahren hergestelltes Erzeugnis; Fig. 3 eine graphische Darstellung des durchschnittlichen Reibungskoeffizienten bei einer Verzögerung bei 50 kmh mit vörkonditionierten Bremsschuhen gemäß der Erfindung; Fig. 4 eine graphische Darstellung des durchschnittlichen Reibungskoeffizienten bei einer Verzögerung bei 100 kmh mit vorkonditionierten Bremsschuhen gemäß der Erfindung.
Die Bremsschuhe 10,10'...1ON in Fig. 1 wurden gemäß der in der US-PS 3 835 118 offenbarten Zusammensetzung hergestellt. Die sich ergebende Verbindung wurde als Schwammeisen-Bremsmaterial bezeichnet und weist folgende Bestandteile auf: Bestandteile Gew.-% Eisenpulver 2 Schwammeisenpartikel 38 Bariumsulfat 10 Stahlfaser 21 Gummipartikel 2 Graphit 17 Phenolharz 10 100 % Bisher war das Material nach Anbringen an der Bremsbelagträgerplatte 11 und Zurechtschleifen bereit zur Ausliegerung.
Bei am Fahrzeug befestigten Bremssdhuhen 10, 10'...1 von wurde festgetellt, daß es einige Zeit dauert, bis der gewünschte Reibungskoeffizient bei der Bremsung erreicht wird. Die Einlauf-Phase, die üblicherweise als Polieren bezeichnet wird, ist zeitraubend und kann die Gesamttauglichkeit eines speziellen Bremsbelags für ein Fahrzeug beeinträchtigen.
Erfindungsgemäß wird die Reibfläche 12 eines Bremsschuhs durch einen Brennvorgang mit einem Lichtstrahl hoher Energie (Laser) als zusätzlichem Schritt bei dessen Herstellung zum Bremsen vorkonditioniert.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Bremsschuh 10N 2 mit der Reibfläche 12N 2 nach oben schauend auf eine Fördereinrich-N tung 18 gelegt. Die stationären Führungsplatten 14,14'.. .14 positionieren die Bremsschuhe bezüglich des Laserkopfes, wenn der Förderer die Teile auf die Brennzone zu bewegt.
Der Förderer 18, der sich immer mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, bewegt jeden Bremsschuh 10,10'...10N an einem vom Laser 22 erzeugten Lichtstrahl hoher Energie vorbei. Der Laser 22 ist ein handelsüblicher Cd2 Laser mit der Bezeichnung Everlase der Firma Laser Inc., Sturbridge, Mass., einer Tochter der Firma Coherent Inc., Palo Alto, Kalifornien. Bei einem derartigen Laser kann die Ausgangswattleistung bis auf 800 W eingestellt werden. Zusätzlich kann die Trägereinrichtung 24 in waagrechter und senkrechter Richtung verstellt werden, um die Köpfe 26,28,30 bezüglich der Reibfläche 16 des Bremsschuhs 10 auszurichten. Die von den Köpfen 26,28,20 ausgesandten Lichtstrahlen sind identisch und erzeugen thermische Energie auf der Fläche 16, derart, daß die organischen Bestandteile wie z.B. die Gummipartikel und Phenolharz entweder verkohlen oder verdampfen und die metallischen Bestandteile wie z.B. Eisenpulver und Stahlfaser oxidieren oder teilweise schmelzen, um diskrete te Streifen 32,34,36 zu erzeugen. Bei Bewegung des Förderers 18 mit konstanter Geschwindigkeit ist die an der Fläche 16 erzeugte thermische Energie für jeden Streifen 32,34,36 gleich. Die Breite der Streifen 32,34,36 kann durch Änderung der optischen Elemente und/oder der Anordnung der Elemente des Kopfes 26,28,30 zueinander geändert werdn.
Nachdem der Bremsschuh 10N den Laser 22 passiert hat, werden die Bremsschuhe 20,20',20N mit ihren diskreten Streifen 32, 34,36 zu einer Verpackungsstation gefördert, wo die Bremsschuhe 20N in einen Behälter zur Auslieferung gegeben werden.
Um die verbesserte Anfangsreibung eines Bremsschuhs 20 zu belegen, wurde ein üblicher Bremsschuh 10 auf einem Trägheits-Dynamometer unter folgenden Bedingungen geprüft.
Der Dynamometer wurde auf eine entsprechende Geschwindigkeit von 50 kmh gebracht und mit einer Kraft beaufschlagt, um ihn mit einer Verzögerung von 1,95 m/s2, 5,85 m/s2 und 9,75 m/s2 abzubremsen. Diese Reihenfolge wurde wiederholt und der durchschnittliche Reibungskoeffizient für jede Bremsung über der Temperatur aufgetragen; hierbei ergaben sich die Kurven 40, 42 bzw. 44 in Fig. 3.
Ein neuer Bremsschuh 10 wurde auf einem Dynamometer angebracht, um einen Bremszustand bei einer Geschwindigkeit von 100 kmh und einer Verzögerung von ungefähr 1,95 m/s2, 5,85 m/s2 und 9,75 m/s2 zu simulieren. Diese Reihenfolge wurde wiederholt und der durchschnittliche Reibungskoeffizient für jede Bremsung über der Temperatur aufgetragen; es ergaben sich die Kurven 46,48 bzw. 50 in Fig. 4.
Ein erster vorkonditionierter Bremsschuh 20, der mit einem Laser 22 wärmebehandelt worden ist, um Oxidations- und Verkohlungsbereiche zu erzeugen, wurde auf den Dynamometer gegeben, und es wurden Bremsungen mit einer Verzögerung von 1,-95 m/s21 5,85 m/s2 und 9,75 m/s2 bei 50 kmh durchgeführt.
Dieselbe Reihenfolge der Bremsungen wurde wiederholt, und der Durchschnitt der beiden Versuche wurde über der Temperatur aufgetragen; es ergaben sich die Kurven 52, 54 bzw. 56 in Fig. 3.
Ein zweiter vorkonditionierter Bremsschuh 20, der mit einem Laser 22 wärmebehandelt worden ist, um das charakteristische Streifenmuster zu erzeugen, bei dem die organischen Bestand- teile verkohlt oder verdampft und die metallischen Bestandteile oxidiert oder in einigen Fällen geschmolzen sind, wurde auf den Dynamometer gelegt; es wurden Bremsungen mit einer Verzögerung von 1,95 m/s2, 5,85 m/s2 und 9,75 m/s2 bei 100 kmh durchgeführt. Dieselbe Reihenfolge der Bremsungen wurde wiederholt, und der Durchschnitt der zwei Versuche über der Temperatur aufgetragen, wobei sich die Kurven 58, 60 bzw. 64 in Fig. 4 ergaben.
Ein Blick auf die Vergleichskurven 40-52, 42-54 und 44-56 für 50 kmh und 46-58, 48-60 und 50-62 für 100 kmh zeigt, daß in jedem Fall die Anfangsreibung bei 1000 C beim Bremsschuh 20 immer besser war. Somit ist die Anfangsreibung bei einem Bremsschuh, der mit einem Laser durch Brennen ausgewählter Bereiche wärmebehandelt worden ist, verbessert. Obwohl die Tests mit einem Bremsschuh gemacht wurden, bei dem metallische Partikel ein Hauptbestandteil zur Erzeugung der Reibung sind, dürfte dasselbe Verfahren bei organischen Bremsschuhen anwendbar sein, bei denen andere Bestandteile zur Erzeugung der Reibung verwendet werden.
Durch wahlweise Steuerung der durch den Laser 22 erzeugten Energie kann die an der Reibfläche erzeugte thermische Energie derart gesteuert werden, daß nur die Bestandteile neben der Oberfläche oxidieren, verkohlen bzw. schmelzen.
Somit braucht nur ein begrenzter Betrag der Bremsmaterialverbindung konditioniert werden, um eine verbesserte Anfangsreibung zu erzielen.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Bremsschuh-Reibfläche, um die Anfangsreibung bei Anlage gegen ein anderes Teil zu erhöhen, wobei der Bremsschuh aus organischen, anorganischen und metallischen Bestandteilen besteht, die durch eine Matrix in bestimmter Beziehung zueinanger gehalten sind, gekennzeichnet durch Auflegen des Bremsschuhs auf ein Positionierteil, so daß die Reibfläche freiliegt, und Richten eines Lichtstrahls hoher Energie auf die Reibfläche, um thermische Energie zu erzeugen, die ausreicht, um auf der Reifläche ein Muster von Bereichen zu erzeugen, in denen die organischen Bestandteile verkohlt, die anorganischen Bestandteile im wesentlichen die gleichen und die metallischen Bestandteile oxidiert oder geschmolzen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Bewegen des Bremsschuhs mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit, so daß die Bestrahlungszeit jedes Bereiches im wesentlichen gleich ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Richtens des Lichtstrahls hoher Energie weiters den folgenden Schritt umfaßt: Einstellen eines optischen Elements, das den Lichtstrahl leitet, um die Größe der Bereiche zu ändern, so daß die Bereiche jeden beliebigen Prozentsatz der Reibfläche ausmachen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Legen des Bremsschuhs auf einen Förderer, wobei das Positionierteil die Reibfläche mit dem Lichtstrahl ausrichtet, so daß jeder Bremsschuh nach Passieren des Lichtstrahls im wesentlichen gleich ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Begren- zen der Erzeugung der Entwicklung der thermischen Energie, um eine Veränderung der organischen, anorganischen oder metallischen Bestandteile unterhalb der Reibfläche zu verhindern.
6. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Bremsschuh-Reibfläche, um die Anfangsreibung bei Anlage des Bremsschuhs gegen ein anderes Teil zur Bremsung zu erhöhen, wobei die Reibfläche organische, anorganische und metallische Bestandteile enthält, die durch eine Matrix in bestimmter Lage gehalten werden, gekennzeichnet durch Auflegen des Bremsschuhs auf eine Fördereinrichtung, Positionieren des Bremsschuhs auf dem Förderer, Bewegen des Förderers mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit an einer Arbeitsstation vorbei, Richten mehrerer Lichtstrahlen hoher Energie auf die Reibfläche, wenn der Bremsschuh an der Arbeitsstation vorbeigeführt wird, wobei die Lichtstrahlen auf der Reibfläche thermische Energie erzeugen, um Streifen zu bilden, in denen die organischen Bestandteile verkohlt und die metallischen Bestandteile oxidiert sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Ausrichten der Lichtstrahlen, so daß die Streifen einen gewünschten Bereich der Reibfläche ausmachen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Begrenzen der Intensität der Bestrahlung mit dem Lichtstrahl hoher Energie, um die Erzeugung thermischer Energie zu verhindern, die die metallischen Bestandteile zum Schmelzen brächte.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Schritt des Bewegens des Förderers mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit sichergestellt wird, daß die Streifen auf der Reibfläche des Bremsschuhs und jedes weiteren Bremsschuhes im wesentlichen gleich sind.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen den anfänglichen Reibungskoeffizienten des Bremsschuhs um mehr als 20 % erhöhen.