DE602005000032T2

DE602005000032T2 - Bremstrommel sowie Herstellverfahren dafür

Info

Publication number: DE602005000032T2
Application number: DE602005000032T
Authority: DE
Inventors: Naoaki Yamamoto; Tsuyoshi Haruhara; Satoshi Matsuura; Hiroto Shoji; Takaharu Echigo; Masashi Hara; Hiroki Takano; Yusuke Wako-shi Toyoda; Takahiro Wako-shi Mizukami; Katsuhiro Wako-shi Shibata
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Nissin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Nissin Kogyo Co Ltd
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2025-01-26
Also published as: EP1561962A1; CN100335809C; US20070170016A1; CA2496082A1; DE602005000032D1; EP1561962B1; JP2005220944A; JP4323339B2; CN1651792A; US20050167214A1; US7216746B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine aus einem Verbundmaterial gefertigte Bremstrommel zur Verwendung in einem Bremssystem eines Fahrzeugs und auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Bremstrommel.
In den letzten Jahren war es oft der Fall, dass für Fahrzeuge eine Aluminiumlegierung oder ein Aluminiumlegierung-Verbundmaterial (MMC) verwendet wurde, um ihr Gewicht zu verringern. Es ist überflüssig zu sagen, dass eine Verringerung des Gewichts des Bremssystems ebenfalls wichtig ist, und bei einer sich innen aufweitenden Trommelbremse wurde beispielsweise nach einem Stand der Technik gesucht, bei welchem für die sich mit einem Rad drehende Bremstrommel ein Aluminiumlegierung-Verbundmaterial (MMC) verwendet wird.
Was den Stand der Technik betrifft, bei welchem ein Aluminiumlegierung-Verbundmaterial (MMC) verwendet wird, ist ein Stand der Technik bekannt, der dieses für Riemenscheiben anwendet, wie beispielsweise in der JP-A-2001-316740 offenbart ist.
Ein Stand der Technik, der ein Aluminiumlegierung-Verbundmaterial (MMC) für wärmeabstrahlende Glieder verwendet, ist beispielsweise aus der JP-A-2002-66724 bekannt.
Das Verfahren zum Herstellen einer in der JP-A-2002-316740 offenbarten Riemenscheibe wird mit Bezug auf die hiesige 10 beschrieben.
Die in 10 gezeigte Riemenscheibe 301 weist in ihrer Mitte eine Nabe 302 aus einem Verbundmaterial auf, eine mit der Nabe 302 integral gebildete Scheibe 303 aus einer Aluminiumlegierung und einen um die Scheibe 303 gepassten, mit Nuten versehenen Abschnitt 305, wobei ein dazwischen eingesetztes Stoßdämpfungsglied 304 vorgesehen ist, und eine Kraft zum Festziehen der Schrauben zum Befestigen der Riemenscheibe 301 an einer Welle wird von der hochfesten Nabe 302 aufgenommen.
Mit Bezug auf das Verfahren zum Herstellen der Riemenscheibe 301 wird die Nabe 302 zunächst durch Extrusionsformen eines Zylinders von einem Verbundmaterial und Schneiden desselben gebildet. Danach wird die Nabe 302 in eine Riemenscheiben-Gussform gesetzt und wird eine geschmolzene Aluminiumlegierung in die Form gegossen.
Das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen der Riemenscheibe benötigt die separaten Schritte der Fertigung von zwei Teilen, der Nabe 302 aus einem Verbundmaterial und der Scheibe 303 aus einer Aluminiumlegierung, und seine Erzeugung erfordert ein große Menge Zeit und Arbeit. Die Arbeitsbedingungen beim Herstellungsverfahren von sowohl der Nabe 302 als auch der Scheibe 303 aus Aluminiumlegierung sind kompliziert und beschwerlich.
Mit Bezug auf die 11A, 11B und 11C wird nun das Verfahren zum Herstellen eines in der JP-A-2002-66724 offenbarten Verbundmaterials beschrieben.
Ein in 11A gezeigtes Erzeugnis 311 aus einem Verbundmaterial schließt einen Basisabschnitt 312 und eine Vielzahl von Rippen 313 ein, die auf einer Fläche des Basisabschnitts 312 ausgebildet sind.
Erstens wird aus einer Aluminiumlegierung 315 und feinen Partikeln 316 von Siliziumkarbid ein Metallmatrix-Verbundmaterial 314 erzeugt und daraus ein Block 317 gebildet, wie in 11B gezeigt. Zweitens wird der Block 317, der erwärmt worden ist, in einer Form 318 (mit Rippenräumen 319) angeordnet und zusammengedrückt.
Wenn er zusammengedrückt wird, strömt die Aluminiumlegierung 315 in die Rippenräume 319 und bildet Rippen 313 aus Aluminiumlegierung, wie in 11C gezeigt.
Gemäß dieses Verfahrens zum Herstellen eines Verbundmaterials ist es jedoch nicht möglich, feine Partikel von Siliziumkarbid ordnungsgemäß in die Rippen 313 einzubringen, obwohl es möglich sein kann, sich die Zeit und Arbeit für seine Herstel lung zu sparen, und sind die Rippen 313 ausschließlich aus einer Aluminiumlegierung gebildet und zu wenig fest. Es ist nicht möglich, einen gewünschten Volumenanteil von Siliziumkarbid in der Mitte jeder Rippe 313 zu verteilen, und demzufolge ist es schwierig, die Festigkeit eines Verbundmaterials wirkungsvoll zu nutzen.
Daher wurde ein Stand der Technik gesucht, der es möglich macht, die Festigkeit des Scheibenabschnitts einer Bremstrommel aus einem Metallmatrix-Verbundmaterial (MMC) zu erhöhen und eine Bremstrommel herzustellen, die einen Scheibenabschnitt mit verbesserter Festigkeit aufweist, ohne dafür viel Zeit und Arbeit zu erfordern.
Gemäß eines Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung ist eine schalenförmige Bremstrommel vorgesehen, umfassend: einen Scheibenabschnitt, an welchem eine Welle befestigt ist; und einen zylindrischen Abschnitt, der parallel zur Welle vom äußeren Rand des Scheibenabschnitts vorspringt, wobei die Bremstrommel aus einer Zusammensetzung gebildet ist, die in einer Metallmatrix verteilte Keramik enthält, wobei der Scheibenabschnitt einen hohen Keramikgehalt aufweist und der zylindrische Abschnitt einen Keramikgehalt aufweist, der vom äußeren Rand des Scheibenabschnitts aus allmählich abnimmt. Daher ist die Festigkeit der Bremstrommel in ihrem Scheibenabschnitt, der beim Festziehen der Schrauben einer Axialkraft ausgesetzt wird, vorzugsweise erhöht, obwohl sie nicht auf eine Kombination eines Verbundmaterials mit einem gewöhnlichen Metall, welches kein Verbundmaterial bildet, gestützt ist.
Der Scheibenabschnitt weist entlang seines äußeren Rands vorzugsweise einen konischen Teil auf, mit welchem der zylindrische Abschnitt verbunden ist. Der konische Teil ermöglicht es dem Matrixmetall, von der Gestalt eines Vorformlings im Wesentlichen gleichmäßig in jede radiale Richtung zu strömen, wenn der in eine Form gesetzte Vorformling zum Pressformen horizontal geweitet wird, so dass es möglich ist, das Auftreten jedweden Spannungsrisses aus dem Zusammenfluss des Vorformlings, das Auftreten jedweden Schürfrisses oder die Verformung jedweder Gestalt durch Schrumpfung usw. zu begrenzen. Dementsprechend ist es vorteilhafterweise möglich, eine hohe Ausbeute zu erzielen.
Gemäß eines weiteren Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer schalenförmigen Bremstrommel vorgesehen, die einen an einer Welle zu befestigenden Scheibenabschnitt und einen zylindrischen Abschnitt aufweist, der parallel zur Welle vom äußeren Rand des Scheibenabschnitts vorspringt und der eine innere Umfangsfläche aufweist, mit welcher eine Bremsbacke in Kontakt gebracht werden kann, um eine Bremstätigkeit vorzuweisen, wobei das Verfahren den Schritt des Zubereitens eines Vorformlings umfasst, indem Keramik in einer Metallmatrix verteilt wird; und den Schritt des Pressformens des Vorformlings umfasst, indem auf den Scheibenabschnitt ein höheres Verdichtungsverhältnis als auf den Rest ausgeübt wird, so dass die Matrix vom Scheibenabschnitt zu seinem äußeren Rand und zum zylindrischen Abschnitt bewegt wird, wodurch bewirkt wird, dass der Scheibenabschnitt einen hohen Keramikgehalt aufweist und dass der zylindrische Abschnitt einen Keramikgehalt aufweist, der vom äußeren Rand des Scheibenabschnitts aus allmählich abnimmt.
Daher wird es allein durch das Schließen einer Form möglich, einen Scheibenabschnitt mit erhöhter Festigkeit zu erhalten und dadurch eine Bremstrommel herzustellen, die einen Scheibenabschnitt mit erhöhter Festigkeit aufweist, ohne dafür irgendeine wesentliche Menge an Zeit oder Arbeit zu erfordern.
Der Vorformling weist entlang seines äußeren Rands vorzugsweise eine große Dicke und in seinem Rest eine kleine Dicke auf, so dass der äußere Rand ein höheres Verdichtungsverhältnis aufweist als der Rest.
Der dargelegte Vorformling, der in seinem Abschnitt zum Bilden des äußeren Rands des Scheibenabschnitts einer Bremstrommel eine große Dicke und in seinem Abschnitt zum Bilden des Rests der Bremstrommel eine kleine Dicke aufweist, bietet entlang seines pressgeformten, äußeren Rands ein höheres Verdichtungsverhältnis als im Rest. Durch den Vorformling, der entlang seines äußeren Rands eine große Dicke und in seinem Rest eine kleine Dicke aufweist und der entlang des äußeren Rands ein höheres Verdichtungsverhältnis erzielt als im Rest, wird es daher schließlich möglich, eine Bremstrommel herzustellen, die entlang ihres äußeren Rands eine erhöhte Festigkeit aufweist, ohne die Struktur ihres äußeren Rands zu verändern und ohne dafür irgendeine wesentliche Zeit oder Arbeit zu erfordern.
Die Ausnehmungen des Hohlraums der für den Pressformschritt verwendeten Form sind so ausgewählt, dass der Scheibenabschnitt ein höheres Verdichtungsverhältnis aufweist als der Rest. Daher kann man sich auf die Hohlraumausnehmungen der Form stützen, um den Volumengehalt an Keramik des Scheibenabschnitts auszuwählen und eine Bremstrommel herzustellen, die einen Scheibenabschnitt mit erhöhter Festigkeit aufweist, ohne dafür irgendeine wesentliche Zeit oder Arbeit zu erfordern.
Bestimmte bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben, in welchen:
1 eine Schnittansicht einer Trommelbremse ist, die eine Bremstrommel gemäß dieser Erfindung einschließt;
2A bis 2C Schnittansichten der in 1 gezeigten Bremstrommel bzw. vergrößerte Teilansichten derselben sind;
3A bis 3D Ansichten sind, die ein Verfahren zum Zubereiten eines Metallmatrix-Verbundmaterials zum Bilden eines Vorformlings sind;
4A eine Ansicht ist, die einen Vorformling zeigt, der aus dem in 3C gezeigten Metallmatrix-Verbundmaterials gebildet ist;
4B eine Ansicht ist, die das Erwärmen des gebildeten Vorformlings zeigt;
5 bis 8 Ansichten sind, die den Pressformschritt eines Herstellungsverfahrens gemäß dieser Erfindung zeigen;
9 eine Ansicht ist, die einen weiteren Typ von Vorformling zeigt, der diese Erfindung verkörpert;
10 eine Ansicht ist, die eine im Stand der Technik bekannte und teilweise aus einem Verbundmaterial gebildete Riemenscheibe zeigt; und
11A bis 11C Ansichten sind, die ein im Stand der Technik bekannten Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials zeigen.
Jetzt auf 1 Bezug nehmend weist die Trommelbremse 11 eine Bremsbacke 13 auf, die mittels einer nicht gezeigten Platte mit einem Wellenrohr 12 dehnbar verbunden ist und einen Belag 14 aufweist, und eine Bremstrommel 16, die mittels eines nicht gezeigten Befestigungsstifts an einer Antriebswelle oder einer angetriebenen Welle 15 befestigt ist und mit der Welle 15 drehfähig ist, und kann die Bremsbacke 13 in den Richtungen von Pfeilen a gegen die Innenfläche 17 der Bremstrommel 16 gedrückt werden, um auf diese Reibung auszuüben, um die Drehung eines Rads 21 anzuhalten.
Das Rad 21 weist ein Rad 22 und einen am Rad 22 befestigten Reifen 23 auf. Das Rad 21 ist mittels einer Vielzahl von Schrauben 24 und einer Vielzahl von Radmuttern 25 mit der Welle 15 verbunden.
Die Bremstrommel 16 weist die Gestalt einer Schale auf, die durch einen an der Welle 15 befestigten Scheibenabschnitt 27 und einen zylindrischen Abschnitt 31 festgelegt wird, der parallel zur Welle 15 vom äußeren Rand 28 des Scheibenabschnitts 27 vorspringt. Seine Innenfläche 17 nimmt die Druckkraft der Bremsbacke 13 auf. Das Bezugszeichen 32 bezeichnet durch den Scheibenabschnitt 27 gearbeitete Löcher, um die Schrauben 24 durch diese hindurch zu führen.
Die 2A bis 2C zeigen eine geformte Trommel 33, aus welcher die Bremstrommel 16 dieser Erfindung erhalten werden kann.
Die in 2A gezeigte, geformte Trommel 33 weist im Wesentlichen die gleiche Gestalt auf wie die in 1 gezeigte Bremstrommel 16.
Die geformte Trommel 33 weist einen Scheibenabschnitt 27 und einen zylindrischen Abschnitt 31 auf, der, wie bei der Bremstrommel 16 (siehe 1), vom äußeren Rand 28 des Scheibenabschnitts 27 vorspringt. Der Scheibenabschnitt 27 weist einen Verbindungsteil 34 und einen entlang des äußeren Umfangs 35 des Verbindungsteils 34 ausgebildeten, konischen Teil 36 auf, der den äußeren Umfang 35 des Scheibenabschnitts 27 bildet. Der zylindrische Abschnitt 31 ist dem konischen Teil 36 benachbart.
Der zylindrische Abschnitt 31 weist eine Innenfläche 17 auf, die ein von der geformten Trommel 33 gebildeter Abschnitt ist, der beispielsweise mittels eines Bearbeitungswerkzeugs bearbeitet, geschnitten und nachgeschliffen wird. H1 zeigt die Höhe eines geformten Vorformlings an oder die Dicke des Scheibenabschnitts 27 (des Verbindungsteils 34), den konischen Teil 36 ausgenommen.
Der konische Teil 36 ist dem äußeren Umfang 35 benachbart, ist um einen bestimmten Winkel θ nach oben geneigt (wie durch einen Pfeil b gezeigt) und erstreckt sich um eine bestimmte Entfernung L1 radial nach außen. Er ist ein Abschnitt, auf welchen eine große Kraft ausgeübt wird, wenn mittels der Bremsbacke 13 (siehe 1) für Bremszwecke ein Flächendruck p auf den zylindrischen Abschnitt 31 ausgeübt wird.
2B ist eine symbolisch vergrößerte Erläuterung von Teil b in 2A.
Der Scheibenabschnitt 27 ist ein Abschnitt, der derart geformt ist, dass er ungefähr 38% Keramik 42 in einem Metall 41 enthält. Als Metall 41 wurde eine Aluminiumlegierung verwendet. Die Keramik 42 ist beispielsweise ein Aluminiumoxid-Aggregat 43.
Der Keramik-Volumengehalt Vf (%) wird ausgedrückt als (Keramikvolumen/(Matrixvolumen + Keramikvolumen)) × 100.
Der Keramik-Volumengehalt Vf des Scheibenabschnitts 27 wird als Vm (ungefähr 38%) ausgedrückt. Sein Young'scher Modul wird als Ein ausgedrückt.
Der Keramik-Volumengehalt Vf des konischen Teils 36 (siehe 2A) wird als Vc (ungefähr 38%) ausgedrückt. Sein Young'scher Modul wird als Ec ausgedrückt, was gleich Em ist.
2C ist eine symbolisch vergrößerte Erläuterung von Teil c in 2A.
Der zylindrische Abschnitt 31 ist ein Abschnitt, der derart geformt ist, dass er im Metal 41 ungefähr 20% Keramik 42 enthält.
Der Keramik-Volumengehalt Vf des zylindrischen Teils 31 wird als Ve (ungefähr 20%) ausgedrückt. Sein Young'scher Modul wird als Ee ausgedrückt, was kleiner als Em ist.
Daher nimmt der Keramik-Volumengehalt Vf der Bremstrommel 16 (siehe 1) von ihrem Scheibenabschnitt 27 aus zu ihrem zylindrischen Abschnitt 31 allmählich ab. Dementsprechend weist die Bremstrommel 16 (1) einen Young'schen Modul auf, der von ihrem Scheibenabschnitt 27 aus zu ihrem zylindrischen Abschnitt 31 allmählich abnimmt.
Ohne sich auf irgendeine Kombination eines Verbundmaterials mit einem Metall zu stützen, weist die in 1 gezeigte Bremstrommel 16 in ihrem Scheibenabschnitt 27, der beim Festziehen der Schrauben 24 einer Axialkraft ausgesetzt wird, eine erhöhte Festigkeit auf, da ihr Scheibenabschnitt 27 einen hohen Keramik-Volumengehalt aufweist, der gleich ungefähr 38% ist, wohingegen der äußere Rand 28 ihres Scheibenabschnitts 27 und ihr zylindrischer Abschnitt 31 einen Keramik-Volumengehalt aufweisen, der allmählich auf ungefähr 20% abnimmt, wie oben dargelegt.
Der konische Teil 36 ermöglicht es dem Matrixmetall, von der Gestalt eines Vorformlings im Wesentlichen gleichmäßig in jede radiale Richtung zu strömen, wenn der in eine Form gesetzte Vorformling zum Pressformen horizontal geweitet wird, so dass es möglich ist, das Auftreten jedweder Spannungsrisse aus dem Zusammenfluss des Vorformlings, das Auftreten jedweder Schürfrisse oder die Verformung jedweder Gestalt durch Schrumpfung usw. einzuschränken, da der konische Teil 36 entlang des äußeren Umfangs 35 des Scheibenabschnitts 27 ausgebildet und der zylindrische Abschnitt 31 mit dem konischen Teil 36 verbunden ist, wie in 2A gezeigt. Dementsprechend ist es möglich, eine hohe Ausbeute zu erzielen.
Da der konische Teil 36 es dem Matrixmetall ermöglicht, von der Gestalt eines Vorformlings im Wesentlichen gleichmäßig in jede radiale Richtung zu strömen, ist es möglich, die Formtemperatur und die Erwärmungstemperatur des Vorformlings herabzusetzen und dadurch die Produktivität zu verbessern.
Nun wird ein Verfahren zum Herstellen der Bremstrommel 16 (1) aus einem Metallmatrix-Verbundmaterial beschrieben.
Während das Verfahren zum Herstellen einer Bremstrommel die Schritte des Zubereitens eines Vorformlings und des Pressformens desselben aufweist, werden nun voneinander getrennt die Schritte des Herstellens eines Verbundmaterials, des Zubereitens eines Vorformlings, des Erwärmens des Vorformlings und des Pressformens desselben beschrieben.
Die 3A bis 3D und 4A und 4B zeigen den Schritt des Zubereitens eines Vorformlings für das Herstellungsverfahren dieser Erfindung, d.h. die Schritte des Erzeugens eines Verbundmaterials und des Zubereitens eines Vorformlings daraus.
Mit Bezug zuerst auf den Schritt des Erzeugens eines Verbundmaterials werden eine Matrix und Keramik gemischt, um ein Metallmatrix-Verbundmaterial zu erzeugen. Insbesondere wird eine der JIS A6061 entsprechende Aluminiumlegierung 45 als Matrix (Metall 41) verwendet. Als Keramik werden Aluminiumoxid-Aggregate 43 verwendet.
3B ist eine vergrößerte Ansicht von Teil b in 3A, welche die Aggregate 43 symbolisch zeigt. Jedes Aggregat 43 ist ein Klumpen von Partikeln 46 aus Aluminiumoxid (Al₂O₃). Jedes Aggregat 43 weist einen Durchmesser von ungefähr 50 μm. Die Partikel 46 von Aluminiumoxid (Al₂O₃) weisen einen Durchmesser von ungefähr 1 μm auf.
Es ist auch möglich, andere Keramik als die Partikel von Aluminiumoxid (Al₂O₃) zu verwenden. Anstelle von Keramik können Verstärkungsmaterialien einschließlich Kohlenstofffasern (Filamente oder Stapelfasern) verwendet werden.
Zunächst auf 3A Bezug nehmend wird eine ein bestimmtes Gewicht aufweisende Aluminiumlegierung 45 geschmolzen, werden ein bestimmtes Gewicht aufweisende Aggregate 43 in der geschmolzenen Aluminiumlegierung 45 angeordnet und wird die Legierung gerührt. Die gerührte Aluminiumlegierung 45 wird in einer geeignet gestalteten und bemessenen Kokille 47 angeordnet (siehe 3C), und es wird ihre Verfestigung zugelassen, wodurch man einen Block von einem Metallmatrix-Verbundmaterial 48 (siehe 3C) erhält.
Mit Bezug auf 3C wird der Block von Metallmatrix-Verbundmaterial 48 in eine bestimmte Größe gearbeitet, um einen Vorformling zuzubereiten. D1 zeigt seinen Durchmesser an.
3D ist eine vergrößerte Ansicht von Teil d in 3C, die das Metallmatrix-Verbundmaterial 48 symbolisch zeigt. Das Metallmatrix-Verbundmaterial 48 ist aus der Aluminiumlegierung 45 und den Aggregaten 43 von Aluminiumoxid-Partikeln 46 zusammengesetzt.
Der Keramik-Volumengehalt Vf des Metallmatrix-Verbundmaterials 48 wird als Vb (ungefähr 23% bis 24%) ausgedrückt. Sein Young'scher Modul wird als Eb (Eb < Em) ausgedrückt.
In dem in 4A gezeigten Schritt des Zubereitens eines Vorformlings wird das Metallmatrix-Verbundmaterial 48 mittels einer Schneidevorrichtung 51 geschnitten, um einen Vorformling 52 zu bilden, der eine Höhe (oder Breite) H aufweist. H ist auch die Höhe des Vorformlings 52, der noch bearbeitet werden muss. Der Vorformling ist ein Rohling, der vorher noch nicht bearbeitet worden ist.
Der aus dem Metallmatrix-Verbundmaterial 48 zubereitete Vorformling 52 wird zu der Station befördert, wo er erwärmt wird. In dem in 4B gezeigten Schritt des Erwärmens des Vorformlings wird der Vorformling 52 mittels eines Heizofens 54 unter bestimmten Temperaturbedingungen erwärmt. Der Heizofen 54 weist einen Ofenkörper 55, eine Heizvorrichtung 56, ein Thermoelement 57 und eine Steuerungseinheit 58 auf, um die Heizvorrichtung 56 gemäß den Informationen vom Thermoelement 57 und den vorab ausgewählten Bedingungen zu steuern.
Die als Temperaturbedingungen für den Schritt des Erwärmens des Vorformlings verwendete, bestimmte Temperatur ist eine Temperatur, die in der Nähe der Schmelztemperatur der Aluminiumlegierung 45 liegt und für eine geteilte Form 61 eingesetzt werden kann (siehe 5). Die der JIS A6061 entsprechende Aluminiumlegierung wird beispielsweise bei einer Temperatur von 580°C bis 750°C gehalten. Der Vorformling 52 wird bei einer Temperatur von beispielsweise 700°C herausgenommen und zu der Station befördert, wo er pressgeformt wird.
Mit Bezug auf die 5 bis 8 wird nun der Schritt des Pressformens des Vorformlings beschrieben. Mit Bezug auf 5 wird der eine Temperatur von 700°C aufweisende Vorformling 52 in die geteilte Form 61 gesetzt, wie mittels einer strich-punkt-punktierten Linie gezeigt, und wird die Presse 62, in welcher die geteilte Form 61 installiert ist, betätigt, um den Vorformling 52 in eine bestimmte Gestalt zu formen. Die geteilte Form 61 weist einen geteilten Oberstempel 63 und eine untere Gegenform 64 auf. Der geteilte Oberstempel 63 weist einen sich in der Mitte befindenden Innenstempel 65, einen sich außerhalb des Innenstempels 65 befindenden Außenstempel 66 und eine Stempeltemperatur-Steuerungsvorrichtung 67 auf. Im gezeigten Beispiel senkt oder hebt sich der Innenstempel 65 nicht von selbst, sondern ist am Außenstempel 66 befestigt und senkt sich mit diesem bis zur Untergrenze des geteilten Oberstempels 63.
Der Innenstempel 65 weist eine konvexe Mittenformfläche 71, eine die konvexe Mittenformfläche 71 umgebende, flache Formfläche 72 und eine die flache Formfläche 72 umgebende, gekrümmte Eckenformfläche 73 auf. Die Stempeltemperatur-Steuerungsvorrichtung 67 weist eine Vielzahl von Stempelheizvorrichtungen 74 und einen Stempeltemperatursensor 75 auf und erwärmt den geteilten Oberstempel 63 und hält ihn bei einer bestimmten Temperatur (zum Beispiel bei 300°C).
Die untere Gegenform 64 weist einen Hauptkörper 77, eine in der Mitte des Hauptkörpers 77 installierte Auswurfvorrichtung 78 und eine Gegenformtemperatur-Steuerungsvorrichtung 81 auf. Die Gegenformtemperatur-Steuerungsvorrichtung 81 weist eine Vielzahl von Heizvorrichtungen 82 und eine Vielzahl von Gegenformtemperatursensoren 83 auf und erwärmt die untere Gegenform 64 und hält sie bei einer bestimmten Temperatur (zum Beispiel bei 300°C).
Die Presse 62 wird betätigt, um den Innenstempel 65 in den Vorformling 52 zu treiben, der eine Temperatur von 700°C aufweist und in die geteilte Form 61 gesetzt ist.
Wenn der Innenstempel 65 um einen Hub S1 in den Vorformling 52 getrieben worden ist, wie in 6 gezeigt, beginnt seine Matrix oder Aluminiumlegierung 45, die bei 700°C ein gutes Fließvermögen aufweist, zusammengedrückt zu werden und strömt von zwischen den Aggregaten 43 auch radial nach außerhalb des Vorformlings, wie mittels Pfeilen d gezeigt. Andererseits bewegen sich die Aggregate 43 kaum lateral, sondern bewegen sich nur nach unten und beginnen, in kleinere Aggregate oder Partikel von Aluminiumoxid (Al₂O₃) zu zerfallen, indem sie einander berühren oder gegen einander stoßen.
Wenn der geteilte Oberstempel 63 weiter gesenkt wird, bis er seine untere Grenze erreicht, wird eine geformte Trommel 33 erhalten, wie in 7 gezeigt. Die Aluminiumlegierung 45 fährt fort, radial nach außen zu strömen, bis der geteilte Oberstempel 63 seine untere Grenze erreicht, woraufhin die geformte Trommel 33 erhalten wird. Andererseits verwandeln sich die Aggregate 43 in kleinere Aggregate oder Partikel von Aluminiumoxid (Al₂O₃), und sie verbleiben beinahe alle innerhalb der Grenze der Außendurchmessers D1 (5) des Vorformlings und im Scheibenabschnitt 27 der geformten Trommel 33, wohingegen der Rest davon durch die radial nach außen strömende Aluminiumlegierung 45 radial nach außen getrieben wird. Demzufolge weist der Scheibenabschnitt 27 der geformten Trommel 33 einen Keramik-Volumengehalt auf, der von Vf auf Vm (ungefähr 38%) angestiegen ist, und weist einen Young'schen Modul Ein auf, wohingegen sein zylindrischer Abschnitt 31 einen Keramik-Volumengehalt aufweist, der von Vf auf Vm (ungefähr 20%) gesunken ist, und einen Young'schen Modul Ee aufweist.
Das geformte Erzeugnis weist ein Verdichtungsverhältnis Rh auf, welches als Rh = H/H1 ausgedrückt wird, wobei H die Höhe des noch zu bearbeitenden Vorformlings und H1 die Höhe des bearbeiteten Vorformlings ist. Der Scheibenabschnitt 27 weist ein Verdichtungsverhältnis Rh (= H/H1) von beispielsweise 6,5 auf. Für keinen anderen Abschnitt als den Scheibenabschnitt 27 wird ein Verdichtungsverhältnis Rh festgesetzt. Wenn die Gestalt des Vorformlings 52 verwendet wird, wird für den zylindrischen Abschnitt 31 kein Verdichtungsverhältnis Rh festgesetzt. Daher ist der Pressformschritt der Schritt des Zusammendrückens des Scheibenabschnitts 27 zu einem höheren Verdichtungsverhältnis als beim zylindrischen Abschnitt 31.
Wenn der Vorformling 52 während des Pressformschritts derart zusammengedrückt wird, dass das geformte Erzeugnis in seinem Scheibenabschnitt 27 ein höheres Verdichtungsverhältnis aufweisen kann als in jedem anderen Abschnitt desselben und dass es in seinem Scheibenabschnitt 27 einen höheren Keramikgehalt aufweisen kann als in seinem zylindrischen Abschnitt 31, der einen vom äußeren Rand 28 des Scheibenabschnitts 27 aus allmählich abnehmenden Keramikgehalt aufweist, genügt es, die geteilte Form 61 zu schließen, um die Festigkeit des Scheibenabschnitts 27 zu erhöhen und um eine Bremstrommel 16 herzustellen, deren Scheibenabschnitt 27 eine verbesserte Festigkeit aufweist, ohne dafür irgendeine wesentliche Menge an Zeit oder Arbeit zu erfordern.
Die geteilte Form 61 weist einen Hohlraum 86 auf, in welchem die geformte Trommel 33 gebildet wird, wenn die geteilte Form 61 geschlossen ist. Die geteilte Form 61 weist eine Hohlraumausnehmung C1 auf, die einen Abstand zwischen der Mittenformfläche 71 des Innenstempels 65 und der Auswurfvorrichtung 78 in der unteren Gegenform 64 darstellt und der beispielsweise auf 4 mm festgesetzt sein kann. Sie weist auch eine Hohlraumausnehmung C2 auf, die einen Abstand zwischen der flachen Formfläche 72 des Innenstempels 65 darstellt, und welche beispielsweise auf 10 mm festgesetzt sein kann. Demzufolge weist der in der Hohlraumausnehmung C1 geformte Abschnitt 87 ein Verdichtungsverhältnis Rh auf, welches als Rh = H/4 ausgedrückt wird, wohingegen der in der Hohlraumausnehmung C2 geformte Verbindungsabschnitt 34 ein Verdichtungsverhältnis Rh aufweist, welches als Rh = H/10 ausgedrückt wird, so dass die Hohlraumausnehmung C1 ein höheres Verdichtungsverhältnis erzielt als die Hohlraumausnehmung C2 und der in der Hohlraumausnehmung C1 geformte Abschnitt 87 deshalb einen höheren Keramik-Volumengehalt Vf aufweist als jeder andere Abschnitt.
Die im Pressformschritt verwendeten Hohlraumausnehmungen C1 und C2 der geteilten Form 61 können so ausgewählt sein, dass das Verdichtungsverhältnis des Scheibenabschnitts 27 der Bremstrommel 16 (1) und dadurch sein Keramik-Volumengehalt variieren. Wenn sie so ausgewählt sind, dass der Scheibenabschnitt 27 ein höheres Verdichtungsverhältnis aufweist als jeder andere Abschnitt, ist es möglich, eine Bremstrommel 16 herzustellen, die in ihrem Scheibenabschnitt 27 eine erhöhte Festigkeit aufweist, ohne dafür irgendeine wesentliche Menge an Zeit oder Arbeit zu erfordern.
Schließlich wird die geteilte Form 61 geöffnet, um eine geformte Trommel 33 auszuwerfen, wie in 8 gezeigt. Insbesondere wird der geteilte Oberstempel 63 angehoben und lässt man die Auswurfvorrichtung 78 in der unteren Gegenform 64 (z.B. mittels Verwendung von pneumatischem Gerät) vorspringen, um die geformte Trommel 33 aus der unteren Gegenform 64 zu befreien. Dieser Schritt beschließt einen Arbeitsgang des Formens einer Bremstrommel. Man kehre zu 5 zurück, um einen weiteren Arbeitsgang zu beginnen.
Jetzt wird auf 9 Bezug genommen, die ein anderes Herstellungsverfahren erklärt, welches diese Erfindung verkörpert. Dieses Verfahren ist durch die Verwendung eines anderen Typs von Vorformling 52B gekennzeichnet. Der Vorformling 52B weist einen ersten Blockabschnitt 91 auf, der zum Bilden eines äußeren Rands 28 ausgelegt ist, und einen zweiten Blockabschnitt 92, der zum Bilden des verbleibenden Abschnitts oder Verbindungsabschnitts 34 ausgelegt ist. Der äußere Rand 28 entspricht dem Eckenabschnitt und deckt mit dem konischen Teil 36 (2A) im Wesentlichen den gleichen Bereich ab.
Der erste Blockabschnitt 91 weist eine Vorformlinghöhe Hb1 auf, die größer ist als die Vorformlinghöhe Hb2 des zweiten Blockabschnitts 92. Durch den Vorformling 52B, der in seinem zum Bilden des äußeren Rands 28 ausgelegten Abschnitt eine größere Dicke aufweist als in seinem beschriebenen, verbleibenden Abschnitt, wird es möglich, dem äußeren Rand 28 ein höheres Verdichtungsverhältnis zu verleihen als jedem anderen Abschnitt und dadurch eine Bremstrommel 16 herzustellen, die in ihrem äußeren Rand 28 eine erhöhte Festigkeit aufweist, ohne die Konstruktion des äußeren Rands 28 zu verändern und dafür irgendeine wesentliche Menge an Zeit oder Arbeit zu erfordern.
Mit Bezug auf das Verfahren zum Herstellen einer Bremstrommel wird der zentrale Abschnitt einer Form, wie beispielsweise die Mittenformfläche 71 der geteilten Form 61, gegen den zentralen Abschnitt des Vorformlings 52B gedrückt und wird sein radial nach außen gerichteter Abschnitt, wie beispielsweise die flache Formfläche 72 der geteilten Form 61, nachfolgend dagegen gedrückt, so dass das Material des Vorformlings 52B veranlasst werden kann, zu strömen und sich von seiner Mitte im Wesentlichen gleichmäßig in jede radial nach außen weisende Richtung zu erstrecken, wobei das Auftreten jedweden Spannungsrisses aus dem Zusammenfluss des Vorformlingmaterials oder jedweder Erscheinung, welche die Gestalt eines geformten Erzeugnisses beeinträchtigt, wie beispielsweise Schrumpfung, begrenzt ist. Deshalb ist es vorteilhafterweise möglich, eine gute Ausbeute zu erzielen.
Eine Bremstrommel (16) weist in ihrem Scheibenabschnitt (27) eine erhöhte Festigkeit auf. Die Bremstrommel wird aus einer Zusammensetzung gebildet, die in einer Matrix verteilte Keramik aufweist. Der Scheibenabschnitt weist einen hohen Keramikgehalt und dadurch eine hohe Festigkeit auf. Ihr zylindrischer Abschnitt (31) weist einen Keramikgehalt auf, der vom äußeren Rand (28) des Scheibenabschnitts aus allmählich abnimmt.

Claims

Schalenförmige Bremstrommel, umfassend: einen Scheibenabschnitt (27), an welchem eine Welle (15) befestigt ist; und einen zylindrischen Abschnitt (31), der parallel zur Welle vom äußeren Rand (28) des Scheibenabschnitts vorspringt, wobei die Bremstrommel aus einer Zusammensetzung gebildet ist, die in einer Metallmatrix verteilte Keramik enthält, wobei der Scheibenabschnitt einen hohen Keramikgehalt aufweist und der zylindrische Abschnitt einen Keramikgehalt aufweist, der vom äußeren Rand des Scheibenabschnitts aus allmählich abnimmt.
Bremstrommel gemäß Anspruch 1, bei welcher der Scheibenabschnitt (27) entlang seines äußeren Rands vorzugsweise einen konischen Teil (36) aufweist, mit welchem der zylindrische Abschnitt (31) verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen einer schalenförmigen Bremstrommel, die einen an einer Welle (15) zu befestigenden Scheibenabschnitt (27) und einen zylindrischen Abschnitt (31) aufweist, der parallel zur Welle vom äußeren Rand (28) des Scheibenabschnitts vorspringt und der eine innere Umfangsfläche (17) aufweist, mit welcher eine Bremsbacke (13) in Kontakt gebracht werden kann, um eine Bremstätigkeit vorzuweisen, wobei das Verfahren den Schritt umfasst: Zubereiten eines Vorformlings (52), indem Keramik in einer Metallmatrix verteilt wird; und Pressformen des Vorformlings, indem auf den Scheibenabschnitt ein höheres Verdichtungsverhältnis als auf den Rest ausgeübt wird, so dass die Matrix vom Scheibenabschnitt zu einem äußeren Rand desselben und zum zylindrischen Abschnitt bewegt wird, um zu bewirken, dass der Scheibenabschnitt einen hohen Keramikgehalt aufweist und dass der zylindrische Abschnitt einen Keramikgehalt aufweist, der vom äußeren Rand des Scheibenabschnitts aus allmählich abnimmt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei welchem der Vorformling entlang seines äußeren Rands eine große Dicke aufweist und in seinem Rest eine kleine Dicke aufweist, so dass der äußere Rand ein höheres Verdichtungsverhältnis aufweist als der Rest.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei welchem eine für den Pressformschritt verwendete Form (61) in ihrem Hohlraum (86) Ausnehmungen aufweist, die so ausgewählt sind, dass der Scheibenabschnitt ein höheres Verdichtungsverhältnis aufweist als der Rest.