DE69000325T2 - Verfahren zum herstellen einer scheibenbremsbacke. - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer scheibenbremsbacke.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und Befestigen eines verdichteten Reibungsmaterialvorformlings an einer metallischen Tragplatte eines Scheibenbremsteils und das erzielte Scheibenbremsteil.
  • Scheibenbremsen werden seit vielen Jahren als Kraftfahrzeugbetriebsbremsen für Kraftfahrzeuge und Leichtlastwagen eingesetzt. Diese Bremsen haben in diesen Fällen so weit verbreitete Anwendung wegen ihrer den herkömmlichen Trommelbremsen überlegenen Wirksamkeit gefunden, daß bei fast allen diesen Fahrzeugen Scheibenbremsen für einige oder für alle Räder des Fahrzeuges benutzt werden. Scheibenbremsen haben geringere Verbreitung als Betriebsbremsen in Verbindung mit luftbetätigten Bremssystemen gefunden, die bei Schwerlastwagen, Bussen und anderen schweren Räderfahrzeugen benutzt werden.
  • Die US -A-3 513 950 beschreibt eine Bremsbacke mit einer metallischen Tragplatte, einem expandierten Metallgitterelement, das mit der metallischen Tragplatte verschweißt ist, und einem Reibungsteil, das an der metallischen Tragplatte durch einen Konstruktionsklebstoff befestigt ist, in den ein Teil des metallischen Gitterelements eingebettet ist.
  • Die US -A-4 799 579 beschreibt eine Kupplungs- und Bremsenreibungsvorrichtung, die eine Metallbacke aufweist, welche eine Verlängerungstragfläche hat, die mit einer Vielzahl von Vorsprüngen versehen ist, welche in einem vorbestimmten Muster auf der gesamten Fläche angeordnet sind. Ein Reibungsmaterial ist mit der Tragfläche durch einen Formvorgang verbunden worden und ist mit den Vorsprüngen mechanisch verriegelt.
  • Daß Scheibenbremsen keine breitere Verwendung in Verbindung mit schweren Fahrzeugen gefunden haben, beruht teilweise auf der Tatsache, daß während Bremsvorgängen, wenn die Fahrzeuge schwer beladen sind, große Kräfte auf die Bremsbacken ausgeübt werden müssen, um eine zufriedenstellende Bremswirkung zu erzielen. Wegen der großen Kräfte, die bei dem Abbremsen von schweren Fahrzeugen auftreten, kann die Temperatur an der Grenzfläche zwischen dem Reibungsmaterial und der Radbremstrommel oder -scheibe 982ºC (1800ºF) übersteigen. Konstruktionsbedingt hat das Reibungsbremsmaterial eine Wärmeleitfähigkeit, die gestattet, einen großen Teil der an der Bremsgrenzfläche erzeugten Wärme in dem Reibungsmaterial zu absorbieren. Dieser Entwurf reduziert die Spitzen- und Betriebstemperaturen an der Bremsgrenzfläche und reduziert dadurch das Bremsfading während schweren, häufigen und längeren Bremsvorgängen.
  • Wegen der relativ hohen Temperaturen, die an der Reibungsmaterial/Bremstrommel-Grenzfläche von Bremssystemen schwerer Fahrzeuge entwickelt werden, hat es sich gezeigt, daß die Bremsklötze, die in Scheibenbremssystemen benutzt werden, sich unter einigen Bedingungen von einer Tragplatte lösen, mit der üblicherweise das Reibungsmaterial an einem Scheibenbremssattel befestigt ist.
  • Bei Scheibenbremsklötzen, die in älteren Scheibenbremssystemen benutzt wurden, war das Reibungsmaterial mit einer Tragplatte vernietet, die vorzugsweise aus Stahl bestand, und die Vorrichtung wurde in einem Scheibenbremssattel montiert. Ein Problem, das mit der Verwendung von Nieten zum Befestigen des Reibungsmaterials an der Tragplatte verbunden war, bestand darin, daß sich notwendigerweise ein Teil des Niets innerhalb des Reibungsmaterials befinden mußte, üblicherweise eine Strecke zwischen 3,17 und 12,7 mm (0,125 und 0,500 Zoll), was den Teil des Reibungsmaterials zwischen dem äußeren Ende des Niets und der Tragplatte unbenutzbar machte. Demgemäß führten spätere Entwicklungen zu der Verwendung von Konstruktionsklebstoffen, um das Reibungsmaterial mit Tragplatten für Scheibenbremsen zu verkleben. Die Bremsklötze und Bremsbacken mit angeklebtem Reibungsmaterial hatten den Vorteil, daß von dem Reibungsmaterial oberhalb der Oberfläche der Tragplatte nichts geopfert wurde und daß in einigen Fällen die Konstruktionsklebstoffe, die die Verbindung bildeten, einen größeren Widerstand gegen Scherausfall des Reibungsmaterials in bezug auf die Tragplatte als Nieten hatten.
  • Trotz der Vorteile, die verklebte Bremsbacken oder -klötze gegenüber genieteten Backen oder Klötzen aufweisen, ist es jedoch bei der Verwendung von verklebten Scheibenbremsklötzen in Scheibenbremssystemen für Schwerlastwagen und andere schwere Räderfahrzeuge zum Lösen der Klebeverbindung der Reibungsmaterialelemente an den Tragplatten unter gewissen Bedingungen von extremer thermischer und mechanischer Belastung gekommen. Bei dem Bestreben, das Trennen des Reibungsmaterials von der Tragplatte zu verhindern, sind verschiedene mechanische Befestigungen benutzt worden, zu denen das Extrudieren des Reibungsmaterials in in der Tragplatte gebildete Löcher, wenn der Reibungsmaterialvorformling während des Aushärtevorganges Hitze und Druck ausgesetzt wird, gehört. Obgleich Scheibenbremsklötze zur Verwendung in Scheibenbremssystemen von schweren Fahrzeugen verbessert worden sind, bleibt die Ablösung des Reibungsmaterials von der Tragplatte bei diesen Fahrzeugen, bei denen extreme thermische Belastungen und mechanische Belastungen regelmäßig auftreten, ein Problem.
  • Es ist demgemäß erwünscht, einen Scheibenbremsklotz zur Verwendung in einem Scheibenbremssystem von schweren Räderfahrzeugen zu schaffen, bei dem das Reibungsmaterial sicher an der Tragplatte des Scheibenbremsklotzes befestigt bleiben wird, und zwar trotz der extrem hohen thermischen Belastungen und mechanischen Belastungen, die bei diesen Systemen bei starken Bremsvorgängen auftreten.
  • Die Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Herstellen und Befestigen eines Reibungsteils an der metallischen Tragplatte eines Scheibenbremsklotzes, beinhaltend die Schritte Bereitstellen eines verdichteten Reibungsmaterialvorformlings, Reinigen der oberen Oberfläche der Tragplatte, Verschweißen eines expandierten Metallgitters mit der oberen Oberfläche, Strahlputzen des Metallgitters und der Tragplatte, Anheben des nichtverschweißten Teils des expandierten Metallgitters über die obere Oberfläche der Tragplatte, Auftragen von Klebstoff auf das expandierte Metallgitter auf der oberen Oberfläche, Plazieren der Tragplatte in einer Form, Gießen von losem Reibungsmaterial, das weniger wiegt als etwa fünfzehn Prozent des Gewichts eines verdichteten Reibungsmaterialvorformlings, über das expandierte Metallgitter und die Tragplatte, Plazieren eines verdichteten Reibungsmaterialvorformlings in der Aushärteform oben auf dem expandierten Metallgitter und Beaufschlagen der Tragplatte, des Klebstoffes, des losen Reibungsmaterials und des Reibungsmaterialvorformlings in der Form mit einer Kombination aus Hitze und Druck, um dadurch aus dem losen Material und dem Vorformling ein unitäres Reibungsteil zu bilden, das an der oberen Oberfläche der Tragplatte starr befestigt ist und in das das expandierte Metallgitter eingebettet worden ist.
  • Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei
  • Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Tragplatte darstellt, an deren obere Oberfläche ein expandiertes Metallgitter angeschweißt worden ist;
  • Fig. 2 eine Seitenansicht einer Tragplatte darstellt, die Stempel zeigt, welche benutzt werden, um das expandierte Metall über die obere Oberfläche der Tragplatte anzuheben; und
  • Fig. 3 eine Querschnittansicht des Scheibenbremsklotzes nach der Erfindung in einer Aushärteform darstellt.
  • Der Scheibenbremsklotz nach der Erfindung wird auf eine Art und Weise hergestellt, bei der eine Kombination aus mechanischer Befestigung, konstruktiver Klebstoffverbindung und Reibungsmaterialverklebung benutzt wird, um das Reibungsmaterial an der Tragplatte auf eine Art und Weise zu befestigen, die es ihm ermöglicht, extrem hohe thermische Belastungen und mechanische Belastungen auszuhalten, die im Gebrauch bei Schwerfahrzeugen auftreten. Gemäß den Figuren, auf die nun Bezug genommen wird, hat der Scheibenbremsklotz (10) nach der Erfindung eine Tragplatte (12) mit einer Vielzahl von beabstandeten Löchern (14), die darin gebildet sind. Die Tragplatte wird zwar vorzugsweise aus einem Material wie Stahl hergestellt, sie kann jedoch aus irgendeinem ähnlichen Material hergestellt werden, das dieselben Kenndaten hinsichtlich Starrheit, Festigkeit, Abmessungsstabilität und Kostengünstigkeit aufweist. Ein Stück expandierten Metallgitters (16) liegt über der oberen Oberfläche (18) der Tragplatte (12). Das expandierte Metallgitter (16) hat eine Form, die der der Tragplatte (12) insgesamt entspricht.
  • Vor der Befestigung des expandierten Metallgitters (16) an der Tragplatte (12) werden diese beiden Elemente in einem handelsüblichen Entfettungsprozeß gereinigt, um alle schützenden Überzüge und Öle zu beseitigen. Anschließend wird das expandierte Metallgitter (16) an der Tragplattenoberfläche (18) durch eine Vielzahl von Schweißungen (20), die durch eine elektrische Schweißausrüstung hergestellt werden können, mechanisch befestigt. Diese Schweißungen werden an diskreten Stellen auf der Tragplattenoberfläche (18) in einem besonderen Muster hergestellt, welches gewährleistet, daß die Schweißungen den Tragplattenlöchern (14) nicht überlagert sind. Es muß eine ausreichende Anzahl von Schweißungen vorhanden sein, um sicherzustellen, daß das Metallgitter an der Tragplatte (12) fest angebracht bleiben wird, wenn es einem Expansionsprozeß unterworfen wird, der im folgenden beschrieben ist, und während starken Bremsvorgängen des Klotzes.
  • Anschließend an die Befestigung des Metallgitters (16) an der Tragplatte (12) wird die Tragplatte/Metallgitter-Baugruppe mit einem Hartstoff, der vorzugsweise nicht kleiner als Nr. 60 ist, strahlgeputzt, um sämtliche Oxidation und Kontamination von den Oberflächen dieser Bauteile zu entfernen. Darüber hinaus vergrößert der Hartstoffstrahlputzvorgang den Flächeninhalt der stählernen Unterlage und des Metallgitters durch Vergrößern der Rauheit dieser Oberflächen. Der vergrößerte Flächeninhalt dieser Elemente vergrößert die Fläche, auf die ein Klebstoff aufgetragen werden kann, wodurch die Verbindungsfestigkeit erhöht wird.
  • Anschließend an den Hartstoffstrahlputz- oder -reinigungsvorgang wird die Tragplatte/Metallgitter-Baugruppe in eine nicht gezeigte Spannvorrichtung eingesetzt, und eine Reihe von Stempeln (22) wird in die Tragplattenlöcher (14) unter dem Metallgitter (16) eingeführt und gegen die Unterseite des Metallgitters gedrückt, um den nichtverschweißten Bereich des Gitters über die obere Oberfläche (18) der Tragplatte (12) anzuheben, wie es in Fig. 2 zu erkennen ist. Vorzugsweise wird der nichtverschweißte Teil des Metallgitters um eine Strecke zwischen 9,5 mm und 12,7 mm (0,375 und 0,500 Zoll) über die obere Oberfläche (18) angehoben. Das Anheben des Metallgitters über die Oberfläche der Tragplatte ermöglicht Klebstoff und Reibungsmaterial, sich mit dem Metallgitter mechanisch zu verriegeln, wie es im folgenden beschrieben wird.
  • Als eine Alternative zu dem Anschweißen des Metallgitters an die Tragplatte und dem anschließenden Anheben der nichtverschweißten Bereiche des Gitters durch Stempel oder Stopfen, die durch Löcher in der Tragplatte hindurchgeführt werden, kann das expandierte Metallgitter statt dessen angeschweißt und über einen Stab gebogen werden, um es über die Oberfläche der Tragplatte anzuheben. Anschließend an das Anheben des nichtverschweißten Bereiches des expandierten Metallgitters über die Oberfläche der Tragplatte wird ein industrieller Klebstoff auf das Metallgitter und die Tragplattenoberfläche (18) aufgetragen. Der Klebstoff kann auf die gereinigte, aufgerauhte Tragplatte/Metallgitter- Baugruppe durch Streichen oder Spritzen aufgetragen werden. Einige Klebstoffe können eine Trocknung erfordern, indem die Baugruppe einer erhöhten Temperatur, die etwa 74ºC (165ºF) betragen kann, für eine Zeitspanne ausgesetzt wird, die eine halbe Stunde betragen kann.
  • Nachdem der Klebstoff auf die Baugruppe aufgetragen worden ist, wird diese in eine herkömmliche Aushärteform (26) eingesetzt, die in Fig. 3 gezeigt ist. Anschließend an dieses Einsetzen wird loses, unverdichtetes Reibungsmaterial (28), das ein Gewicht in dem Bereich von sechs bis zwanzig Prozent des Gesamtgewichtes des Reibungsmaterials für das Teil hat, in den Formhohlraum (30) geleert. Dieses Material wird über der Oberfläche der Tragplatte/Metallgitter-Baugruppe gleichmäßig verteilt. Vorzugsweise wird sich das meiste unverdichtete Reibungsmaterial in dem Zwischenraum zwischen der oberen Oberfläche (18) der Tragplatte und dem Metallgitter (16) befinden. Das gewährleistet, daß das Reibungsmaterial mit dem expandierten Metallgitter anschließend an den Aushärtevorgang verriegelt sein wird.
  • Anschließend an das Verteilen des unverdichteten Reibungsmaterials (28) wird ein herkömmlicher verdichteter Vorformling (32), der metallische und nichtmetallische Füllstoffe und ein Phenolharzbindemittel aufweist, in der Aushärteform so plaziert, daß er dem unverdichteten Reibungsmaterial (28) und dem expandierten Metallgitter (16) überlagert ist. Anschließend wird eine Kombination aus Hitze und Druck auf den Scheibenbremsklotz (10) in der Form (26) ausgeübt, um das Reibungsmaterial auf herkömmliche Weise auszuhärten. Anschließend an den Aushärtevorgang wird das unverdichtete Reibungsmaterial (28) verdichtet und bildet ein homogenes, unitäres Reibungselement, das mechanisch und durch Kleben mit dem Metallgitter (16) und der oberen Oberfläche (18) der Tragplatte verbunden ist.
  • Es hat sich gezeigt, daß das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen eines Scheibenbremsklotzes, bei dem das Reibungsmaterial an der Tragplatte mechanisch befestigt worden ist durch eine konstruktive Klebstoffverbindung und durch eine mechanische Befestigung an dem expandierten Metallgitter unter Verwendung von unverdichtetem Reibungsmaterial und eines verdichteten Reibungsmaterialvorformlings einen Scheibenbremsklotz ergibt, bei dem das Reibungsmaterial eine stark erhöhte Toleranz gegen Ablösung von der Tragplatte hat, wenn es extremen mechanischen Belastungen und thermischen Beanspruchungen ausgesetzt wird.
  • Da manche Änderungen an der oben beschriebenen Vorrichtung, dem System und dem Verfahren im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden können, soll alles, was in der Beschreibung derselben enthalten oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, als zur Veranschaulichung dienend und nicht in einschränkendem Sinn verstanden werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen und Befestigen eines verdichteten Reibungsmaterialvorformlings (32) an einer metallischen Tragplatte (12) eines Scheibenbremsklotzes (10), beinhaltend die Schritte:
Bereitstellen eines verdichteten Reibungsmaterialvorformlings (32);
Reinigen einer oberen Oberfläche (18) der metallischen Tragplatte (12);
Verschweißen eines expandierten Metallgitters (16) mit der oberen Oberfläche (18) der Tragplatte (12) derart, daß eine oberste Oberfläche des Metallgitters (16) im wesentlichen in einer Ebene oberhalb der oberen Oberfläche (18) vorhanden ist;
Strahlputzen des expandierten Metallgitters (16) und der Tragplatte (12), wodurch der Oberflächeninhalt des Metallgitters (16) und der Tragplatte (12) durch Aufrauhen und Reinigen des Gitters (16) und der Tragplatte (12) vergrößert wird;
Anheben von nichtverschweißten Teilen des expandierten Metallgitters (16) in eine Position oberhalb der Ebene und Halten der nichtverschweißten Teile in dieser angehobenen Position;
Auftragen von Klebstoff auf das expandierte Metallgitter (16) und die obere Oberfläche (18) der Tragplatte (12);
Plazieren der Tragplatte (12) in einer Aushärteform (26);
Leeren von losem Reibungsmaterial (28), das ein Gesamtgewicht von weniger als etwa zwanzig Prozent des Gesamtgewichts des verdichteten Reibungsmaterialvorformlings (32) hat, über das expandierte Metallgitter (16) und die Tragplatte (12), wodurch der Zwischenraum zwischen dem Gitter (16) und der Tragplatte (12) mit dem losen Reibungsmaterial (28) gefüllt wird;
Plazieren des verdichteten Reibungsmaterialvorformlings (32) in der Aushärteform (26) oben auf dem expandierten Metallgitter (16); und
Ausüben einer Kombination aus Wärme und Druck auf die Tragplatte (12), den Klebstoff, das lose, verdichtete Reibungsmaterial (28) und den Reibungsmaterialvorformling (32) in der Form, wodurch bewirkt wird, daß das lose Material (28) und der Vorformling (32) ein unitäres Reibungsteil bilden, das an der oberen Oberfläche (18) der Tragplatte (12) starr befestigt ist und in das das expandierte Metallgitter (16) eingebettet ist.
2. Verfahren zum Herstellen und Befestigen eines Reibungsteils (32, 28) an einer Tragplatte (12) nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Stempeln (22) in beabstandete Löcher (14), die in der Tragplatte (12) gebildet sind, eingeführt wird, um den nichtverschweißten Teil des expandierten Metallgitters (16) über die obere Oberfläche (18) der Tragplatte (12) anzuheben.
3. Verfahren zum Herstellen und Befestigen eines Reibungsteils (32, 28) an einer Tragplatte (12) nach Anspruch 1, wobei das expandierte Metallgitter (16) mit der Tragplatte (12) elektrisch verschweißt wird und das Schweißen beabstandete Reihen von Schweißungen (20) umfaßt.
4. Verfahren zum Herstellen und Befestigen eines Reibungsteils (32, 28) an einer Tragplatte (12) nach Anspruch 1, wobei das zum Strahlputzen benutzte Material gehärtet ist und wenigstens die Größe Nr. 60 hat.
5. Verfahren zum Herstellen und Befestigen eines Reibungsteils (32, 28) an einer Tragplatte (12) nach Anspruch 1, wobei das expandierte Metallgitter (16) alternativ mit der Tragplatte (12) verschweißt und über ein Rohr gebogen wird, um das expandierte Metallgitter (16) in beabstandete verschweißte und nichtverschweißte angehobene Reihen zu verwandeln.
6. Verfahren zum Herstellen und Befestigen eines Reibungsteils (32, 28) an einer Tragplatte (12) nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von beabstandeten Löchern (14) in der Tragplatte (12) gebildet und eine Vielzahl von Stempeln (22) durch die Löcher (14) getrieben wird, um die nichtverschweißten Teile des expandierten Metallgitters (16) in eine Position oberhalb der Ebene anzuheben.
7. Scheibenbremsklotz mit:
einer metallischen Tragplatte (12);
einem expandierten Metallgitterelement (16), das mit einer vorderen Stirnfläche (18) der Tragplatte (12) verschweißt ist;
dadurch gekennzeichnet, daß die nichtverschweißten Teile des Metallgitters (16) über die Höhe der verschweißten Teile des Gitters (16) angehoben sind; und
ein Reibungsteil (32, 28) an der Tragplatte (12) durch einen Konstruktionsklebstoff und dadurch, daß ein Teil des Metallgitterelements (16) darin eingebettet ist, befestigt ist.
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