DE4208930A1 - Verfahren zur herstellung eines scheibenrotors aus einem verbundwerkstoff auf aluminiumbasis - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen für Bremsen etc. für Auto­ mobile und Industriemaschinen verwendbaren Leicht-Scheibenrotor, der hinsichtlich der Wärmebeständigkeit und Abriebfestigkeit hervorragend ist und der ein geringes Gewicht aufweist.

Bislang kannte man zur Verbesserung der Abriebbeständigkeit und der­ gleichen eines Leicht-Scheibenrotors beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung eines Scheibenrotors durch Einmischung von Verstärkungs­ teilchen, wie etwa Keramikteilchen, in eine Aluminiumlegierung mittels einem Gießverfahren, wie etwa dem Druckgießen, oder ein Verfahren zur Herstellung eines Scheibenrotors durch Formgebung mittels einer Heiß­ presse nach dem abwechselnden Aufschichten von Aluminiumfolie und einem Prepreg aus Kohlenstoffasern und dergleichen.

Bei dem vorgenannten ersten Verfahren können jedoch die Verstärkungs­ teilchen lediglich in einer Menge von maximal etwa 20 Vol. % enthalten sein, was zu einer unzureichenden Wirkung führt, wohingegen beim letz­ teren Verfahren der Herstellungsprozeß kompliziert ist, wodurch es teuer ist.

Als Ergebnis umfangreicher Untersuchungen im Hinblick auf diese Situa­ tion konnte gemäß der Erfindung ein Scheibenrotor aus einem Verbund­ werkstoff auf Aluminiumbasis entwickelt werden, der hinsichtlich der Wärmebeständigkeit und der Abriebfestigkeit ausgezeichnet ist und mit geringen Kosten erhältlich ist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Herstellen eines aus einer Mischung aus Aluminiumpulver oder Aluminiumlegierungspul­ ver mit Verstärkungsteilchen oder aus einer Aluminiumlegierung erzeug­ ten, rohgeformten Scheibenrotors eine Mischung aus Aluminiumpulver oder Aluminiumlegierungspulver mit Verstärkungsteilchen oder eine dar­ aus hergestellte Vorform auf jeweils eine fixierte Position des rohgeform­ ten Scheibenrotors aufgebracht und die Mischung oder die Vorform auf zumindest einen Bereich der Breizustands-Temperatur zur Formgebung unter Druck (Formpressen) erhitzt wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zei­ gen

Fig. 1 eine Seiten-Schnittansicht eines rohgeformten Scheibenro­ tors,

Fig. 2 eine Seiten-Schnittansicht, welche den Zustand zeigt, bei dem eine Mischung aus Aluminiumpulver mit Verstärkungsteilchen oder eine daraus hergestellte Vorform auf den rohgeformten Scheibenrotor aufgebracht ist, und

Fig. 3 eine Seiten-Schnittansicht, welche den Zustand zeigt, bei dem die auf den rohgeformten Scheibenrotor aufgebrachte Mischung aus Aluminiumpulver mit Verstärkungsteilchen oder die daraus hergestellte Vorform unter Druck geformt worden ist.

Gemäß der Erfindung werden Aluminiumpulver und Verstärkungsteil­ chen, wie etwa Keramikteilchen im voraus vermischt und verrührt, so daß es möglich ist ein Material einheitlicher Qualität in genauen Anteilen zu erhalten.

Weiterhin kann, wenn die Mischung oder die daraus hergestellte Vorform verwendet wird, die Mischung bzw. die Vorform lediglich auf die erwünsch­ ten Positionen des im voraus aus Aluminiumlegierung hergestellten, roh­ geformten Scheibenrotors aufgebracht werden, wodurch die Eigenschaf­ ten, wie die Abriebfestigkeit nur in den erwünschten Abschnitten des Scheibenrotors durch Herstellung eines Verbundwerkstoffs verbessert werden können.

Da weiterhin die Mischung oder die daraus hergestellte Vorform in einem Bereich ihrer Breizustands-Temperatur (Temperatur des Halbschmelz-Zu­ standes) bei der Bildung des Verbundwerkstoffs geformt wird, kommt es zu keinen Formfehlern an den verbesserten Abschnitten, und da sie wei­ terhin nicht vollständig geschmolzen wird, kann eine Energieeinsparung erzielt werden.

Die Verbundwerkstoffbildung ist möglich bei einem Mischungsgehalt der Verstärkungsteilchen im Aluminiumpulver oder Aluminiumlegierungs­ pulver innerhalb eines breiten Anteilbereiches von etwa 10 bis 90 Vol.%.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren unter Be­ zugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

• 1. Es wird ein rohgeformter Scheibenrotor 1 aus einer Aluminiumlegie­ rung, wie in Fig. 1 gezeigt, mittels Verfahren, wie Druckgießen oder Formpressen, hergestellt und die darin befindlichen Bereiche (Verbund­ werkstoffbildungsbereiche 2) zur Verbesserung der Abriebfestigkeit und dergleichen durch Verbundwerkstoffbildung werden zur Erzeugung der erforderlichen Gestalt bearbeitet.
• 2. Die durch Vermischen und Rühren von Aluminiumlegierungspulver, das vom gleichen Typ oder ähnlich dem des rohgeformten Materials 1 ist, mit Keramikpulvermaterialien, wie etwa SiC, Al₂O₃ und TiC (Teilchen­ durchmesser, Typ und Mischungsverhältnis werden geeigneterweise in Abhängigkeit der erwünschten Eigenschaften gewählt) erhaltene Mi­ schung 3 wird, wie in Fig. 2 gezeigt, auf jeden der Verbundwerkstoffbil­ dungsbereiche 2 aufgebracht oder es wird in Abhängigkeit der Gestalt des Produkts ein vorgeformter Körper 4, der aus der Pulvermischung voraus­ gehend bei Umgebungstemperatur unter Druck hergestellt worden ist, auf Jeden der Verbundwerkstoffbildungsbereiche 2 aufgebracht oder darauf befestigt.
• 3. Der rohgeformte Scheibenrotor 1, an dem die Mischung 3 oder die daraus hergestellte Vorform 4 befestigt ist, wird erhitzt und bei einer Tem­ peratur (Bereich der Breizustands-Temperatur) gehalten, bei dem Teile der Mischung 3 oder der daraus hergestellten Vorform 4 als Feststoffphase und Flüssigkeitsphase koexistieren, wonach unter Druck zur Verbund­ werkstoffbildung, wie in Fig. 3 gezeigt, geformt wird. Bei dieser Erhit­ zung kann das rohgeformte Material 1 vollständig erhitzt werden, jedoch ist eine teilweise Erhitzung, das heißt eine Erhitzung lediglich der Ver­ bundwerkstoffbildungsbereiche 2 mittels Hochfrequenz-Induktionshei­ zung im Hinblick auf die Warmeausnutzung und der Verhinderung der Ei­ genschaftsverschlechterung des rohgeformten Materials, vorteilhafter.
• 4. Anschließend werden, falls erforderlich, übliche Nachbehandlun­ gen, wie etwa eine mechanische Bearbeitung, Wärmebehandlung, Oberflä­ chenbehandlung und Endbehandlung durchgeführt.

Falls es gewünscht ist, den gesamten Scheibenrotor einer Verbundwerk­ stoffbildung zu unterziehen, ist es nicht erforderlich, im voraus das vorge­ formte Material aus einer Aluminiumlegierung, wie oben beschrieben, herzustellen. Statt dessen kann die Gestalt des Scheibenrotors aus der Mischung geformt werden, wobei die Formgebung in einem Bereich deren Breizustands-Temperatur unter Druck durchgeführt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels beschrieben.

Beispiel

Unter Verwendung der Aluminium-Gußlegierung AA356 (AA-Standard), wurde ein rohgeformtes Material 1 in Gestalt eines Scheibenrotors, wie in Fig. 1 gezeigt, mittels eines Gießverfahrens hergestellt. Hierbei werden Räume (Verbundwerkstoffbildungsbereiche 2) zur späteren Befestigung von Verbundmaterial an den Gleitabschnitten des Rotors bezüglich des ge­ genüberliegenden Reibmaterials gesichert.

Danach wurde eine Mischung aus Aluminiumlegierungspulver AA356 mit Siliziumcarbid (SiC)-Teilchen in einem Volumenverhältnis von 50:50 20 Minuten in einer Mahlmaschine (Rührmaschine) gerührt, um eine ausrei­ chend einheitliche Mischung zu erzielen, danach wurde diese Mischung in einer fixierten Gestalt in eine Metallform übertragen und bei Umgebung­ stemperatur unter Druck mittels einer hydraulischen Presse zur Herstel­ lung einer Vorform 4 geformt.

Die Vorform 4 wurde auf jeden der Verbundwerkstoffbildungsbereiche 2 aufgebracht. Dann wurde dieses rohgeformte Material in einem Hochfre­ quenz-Induktionsheizofen auf eine Breizustands-Temperatur der Legie­ rung AA356 erhitzt und nachdem dieses rohgeformte Material in eine vor­ erhitzte Metallform eingesetzt wurde, wurde es unter Druck geformt.

Danach wurde das so unter Druck geformte rohgeformte Material einer Festlösungs-Behandlung unter solchen Bedingungen, daß es nach dem Halten über 6 Stunden bei 520°C mit Wasser gekühlt und weiterhin nach dem Halten über 6 Stunden bei 170°C mit Wasser gekühlt wurde, unterzo­ gen. Danach wurde es maschinell in eine fixierte Gestalt zur Herstellung eines Scheibenrotors gebracht.

Mit diesem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Scheiben­ rotor und einem nach einem Vergleichsverfahren erhaltenen Scheibenro­ tor wurde unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen unter Verwen­ dung eines asbestfreien Nichtstahlmaterials als gegenüberliegendes Frik­ tionsteil (Bremsklotz) eine Reibungsprüfung durchgeführt. Die Ergebnis­ se der vergleichsweise untersuchten Eigenschaften sind in Tabelle 2 ge­ zeigt. Der Scheibenrotor gemäß Vergleichsverfahren wurde in der Weise herstellt, daß SiC-Teilchen mit der Aluminiumlegierung AA356 in einem Volumenverhältnis von 20% vermischt wurden, um mittels eines Gießver­ fahrens den gesamten Scheibenrotor herzustellen.

Tabelle 1

Tabelle 2

Wie der Tabelle 2 entnommen werden kann, weist der nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren hergestellte Scheibenrotor, verglichen mit dem nach dem Vergleichsverfahren hergestellten, höhere durchschnittliche Reibungskoeffizienten unter den gleichen Bedingungen auf. Weiterhin ist bezüglich der Abriebgrade des betroffenen Scheibenrotors und des Brems­ kissens zu ersehen, daß diese im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens geringer sind als beim Vergleichsverfahren. Schließlich ist die Gleitfläche in allen Fällen des erfindungsgemäßen Verfahrens glatt, wohingegen im Vergleichsverfahren bei der Prüfbedingung B Rauhheiten erzeugt werden.

Die oben beschriebenen Eigenschaften sind einfach darauf zurückzufüh­ ren, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die Verstärkungsteilchen in einem hohen Verhältnis, wie 50%, eingearbeitet werden können.

Wie beschrieben, können beim erfindungsgemäßen Verfahren die Verstär­ kungsteilchen einheitlich in einem hohen Gehalt, der beim herkömmli­ chen Herstellungsverfahren nie erreicht wird, dispergiert werden, so daß der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Scheibenrotor vie­ le überlegene Eigenschaften gegenüber dem nach herkömmlichen Verfah­ ren hergestellten aufweist.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines Scheibenrotors aus einem Verbund­ werkstoff auf Aluminiumbasis, gekennzeichnet durch die Stufen der Herstellung eines rohgeformten, aus einer Mischung aus Aluminiumpul­ ver oder Aluminiumlegierungspulver mit Verstärkungsteilchen erzeugten Scheibenrotors, der Aufbringung einer Mischung aus Aluminiumpulver oder Aluminiumleglerungspulver mit Verstärkungsteilchen auf jeweils fi­ xierte Positionen des rohgeformten Scheibenrotors und der Erhitzung der Mischung auf zumindest einen Bereich der Breizustands-Temperatur zur Formgebung unter Druck.

2. Verfahren zur Herstellung eines Scheibenrotors aus einem Verbund­ werkstoff auf Aluminiumbasis, gekennzeichnet durch die Stufen der Herstellung eines rohgeformten, aus einer Mischung aus Aluminiumpul­ ver oder Aluminiumlegierungspulver mit Verstärkungsteilchen erzeugten Scheibenrotors, der Aufbringung einer hergestellten Vorform auf jeweils fixierte Positionen des rohgeformten Scheibenrotors und der Erhitzung der Vorform auf zumindest einen Bereich der Breizustands-Temperatur zur Formgebung unter Druck.

3. Verfahren zur Herstellung eines Scheibenrotors aus einem Verbund­ werkstoff auf Aluminiumbasis, gekennzeichnet durch die Stufen der Auf­ bringung einer Mischung aus Aluminiumpulver oder Aluminiumlegie­ rungspulver mit Verstärkungsteilchen auf jeweils fixierte Positionen ei­ nes rohgeformtenß aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Scheiben­ rotors und der Erhitzung der Mischung auf zumindest einen Bereich der Breizustands-Temperatur zur Formgebung unter Druck.

4. Verfahren zur Herstellung eines Scheibenrotors aus einem Verbund­ werkstoff auf Aluminiumbasis, gekennzeichnet durch die Stufen der Auf­ bringung einer aus einer Mischung aus Aluminiumpulver oder Alumini­ umlegierungspulver mit Verstärkungsteilchen hergestellten Vorform auf jeweils fixierte Positionen eines rohgeformten, aus einer Aluminiumlegie­ rung hergestellten Scheibenrotors und der Erhitzung der Vorform auf zu­ mindest einen Bereich der Breizustands-Temperatur zur Formgebung un­ ter Druck.