DE69214830T2

DE69214830T2 - Bremssattel

Info

Publication number: DE69214830T2
Application number: DE69214830T
Authority: DE
Inventors: John Barlow; Phillip Smith
Original assignee: GKN Sankey Ltd; Alcon Components Ltd
Current assignee: Alcon Components Ltd; Sankey Holding Ltd
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2012-09-23
Also published as: DE69214830D1; EP0605530B1; AU2643892A; EP0605530A1; JPH07502586A; US5433300A; WO1993006382A1; GB9120369D0; GB2259878B; GB2259878A; GB9219983D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bremssattel für sogenannte Scheibenbremsen, in erster Linie für Kraftfahrzeuge.
Die DE-A-29 50 660 offenbart einen Bremssattel mit eingegossenen verstärkungsteilen aus höher beanspruchbarem Material, wie z.B. Stahl, Hartmetall oder Keramik.
In der JP-A-59-123997 ist ein Kipphebel vorgesehen, der als Gußstück aus einer Aluminiumlegierung mit einem in der Pufferzone des Kipphebels angeordneten Sinterkörper aus poröser Keramik ausgebildet ist. Die Herstellung des Kipphebels erfolgt dadurch, daß der Sinterkörper in der Gußform angeordnet, die Gußform unter hohem Druck mit einer Schmelzlegierung befüllt und der Druck anschließend aufrechterhalten wird, bis sich die Legierung verfestigt hat.
Der Konstrukteur eines Bremssattels ist besonders damit befaßt, für die nötige Steifheit zu sorgen, so daß sich der Bremssattel unter Beanspruchung nicht verformt, wenn die Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe gedrückt werden, er also die Kraftverteilung der Bremsbeläge reduziert bzw. verändert. Das Problem, die geeignete Steifheit zu erzielen, resultiert daraus, daß der verfügbare Raum insgesamt relativ begrenzt ist, wenn sich der Bremssattel in einem Rad befindet. Weitere Probleme sind, daß nur in begrenztem Maße Materialien mit einer ausreichenden Eigensteifheit zur verfügung stehen; außerdem gibt es Beschränkungen hinsichtlich der hinnehmbaren Kosten und des zulässigen Gewichts.
In Anwendungsfällen, bei denen eine hohe Beanspruchung gefordert wird, zum Beispiel bei Rennwagenbremsen, ist der Bremssattel üblicherweise aus einer Aluminiumlegierung oder einem sogenannten zusammengesetzten Material hergestellt, bei dem Teilchen oder Fasern aus Silikonkarbid oder ähnlichem gleichförmig über das Metall verteilt werden: dieses zusammengesetzte Material besitzt in der Tat ein verbessertes Elastizitätsmaß, ist jedoch äußerst schwer herzustellen, da das Silikonkarbid nicht nur steifer, sondern auch extrem hart ist und dadurch eher die Schneidwerkzeuge beschädigt. Die Schnittgrade, die Schmiermittelanforderungen usw. für die Aluminiumform und solche Formen, die für das Silikonkarbid geeignet sind, sind sehr unterschiedlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Steifheit zu schaffen und gleichzeitig die dafür notwendige Herstellung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Pressformung ist ein Verfahren, das von GKN Technology Limited entwickelt wurde und bei dem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Metallgußstück durch eine Kombination aus Stanzen und Pressen und durch Anlegen eines kontinuierlichen Drucks auf das Metall in der Gußform während des Verfestigungsprozesses des geschmolzenen Metalls hergestellt wird. Dadurch wird ein Schrumpfen der Hohlräume verhindert, und es wird eine verbesserte Körnungsstruktur erzielt. Die Qualität des Gußstücks kommt bei Anwendung der Pressformung der Qualität eines geschmiedeten Teiles nahe.
Das keramische Einsatzstück kann auf verschiedene Arten hergestellt werden.
Eine Möglichkeit ist es, die Keramikteilchen durch Pressen in ein Gußstück auszuformen, worauf vorzugsweise eine Wärmebehandlung folgt, um die Teilchen in die gewünschte Form zusammenzuschmelzen. Die Teilchen können vor dem Pressen ausgesiebt werden, um Feinschlag auszusondern und die Teilchengröße zu prüfen, und so das typische Porenvolumen vorherzubestimmen. Vorzugsweise machen die Poren etwa 50 % des Volumens der Form aus, obwohl auch niedrigere Porenwerte brauchbar sind.
Eine zweite Möglichkeit ist es, eine poröse, beispielsweise geschäumte Harzform auszubilden, entweder durch Gießen des Schaumes oder durch Ausschneiden aus einem Schaumstreifen oder -block, und/oder Ausbilden einer Form aus einer Reihe von Schaumschnittstücken. Die Form wird dann mit Keramikschlamm gefüllt, getrocknet und gebrannt. Das Brennen zerstört den Schaum, läßt die benötigten Poren zurück und verbessert die Gebrauchsfähigkeit der Keramik. Ziel ist dieselbe 50 %-Porösität; aber für diesen Zweck geeignete Schaumarten mit einem so hohen Porösitätsgrad sind eher schwach; es müssen aus diesem Grunde niedrigere Porösitätsgrade akzeptiert werden, wenn dieses Verfahren angewandt wird.
Eine dritte Möglichkeit ist es, eine Schlammischung aus Keramik und einem Material mit niedrigerem Schmelzpunkt zu gießen, das Gußstück zu trocknen, es (falls nötig) bis zu seiner endgültigen Form zu bearbeiten, es dann zu brennen, um alle Bestandteile der Originalmischung, die einen niedrigen Schmelzpunkt besitzen, herauszuschmelzen und die benötige, poröse keramische Form zu belassen.
Es können auch andere Verfahren zur Herstellung der porösen Keramik verwendet werden.
Aufgabe der Keramik ist es, ein Material hinzuzufügen, das ein höheres Elastizittsmaß besitzt als das des Metalls. Die Keramik kann ein niedrigeres Gewicht haben, so daß die Steifheit erhöht wird, ohne das Gewicht zu erhöhen. Selbst wenn die Keramik eine höhere spezifische Gravität besitzt, wird sie nur in abgesonderten Bereichen hinzugefügt und nicht über das gesamte Gußstück hinweg. Folglich bleiben ihre Vorteile immer noch erhalten.
Aluminium und seine Legierungen besitzen üblicherweise ein Elastizitätsmaß von etwa 70 bis 75, wogegen Tonerde ein Elastizitätsmaß von etwa 300 besitzt: diese Werte beziehen sich jedoch auf Tagesumgebungstemperaturen in typischen Temperaturzonen, wohingegen Rennwagenbremsen oft über 200ºC laufen. Bei derart erhöhten Temperaturen sinkt das Elastizitätsmaß der Legierung stark ab, beispielsweise um die Hälfte, wogegen das Elastizitätsmaß von Tonerde stark beeinträchtigt wird.
Andere mögliche Keramikarten, die in dieser Erfindung Verwendung finden, sind Tonerde-Zirkon, Tonerde-Silikat, Silikanitrid und Siliziumkarbid. Das gewählte Material muß ein Material sein, das sich während des Gießvorganges, der sowohl ein beträchtliches Maß an Zeit als auch an Temperatur und Druck involvieren kann, in dem Gußmetall nicht auflöst, um auf diese Weise eine Dispersion der Keramik im Metall zu vermeiden. Andererseits gilt: je höher das Elastizitätsmaß, wenn alle anderen Parameter gleich bleiben, desto besser das Ergebnis. Die Erfinder bevorzugen im Augenblick eine Kombination aus Aluminium und Tonerde.
Die Keramikform ist in geeigneter Weise ausgeformt und so dimensioniert, daß sie in das Gußstück hineinpaßt, so daß ihre porösen Stellen während des Gießvorganges und der Pressformung mit dem Metall gefüllt werden.
Die Keramikform muß an bestimmten Stellen im Bremssattel angebracht werden, wobei Bereiche vermieden werden, die mit Bohrungen versehen oder anderweitig bearbeitet werden sollen, so daß alle Bearbeitungsvorgänge nur auf der Legierung ausgeführt werden und nicht auf der Keramik.
Ergebnisse aus Experimenten zeigen, daß ein Bremssattel, der in der hier beschriebenen Weise hergestellt wurde, also mit dem pressgeformten Metallgußstück und einem keramischen Einsatzstück mit ca. 30 % Poren vor der Anordnung in dem Gußstück versehen war, ein um rund 40 % erhöhtes Elastizitätsmaß besaß.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser Zeichnung zeigen
Fig.1 eine etwas diagrammartige und geschnittene Ansicht, die die Pressformung zeigt, welche auf einem Bremssattel-Gußstück ausgeübt wird;
Fig.2 eine Aufsicht auf ein typisches Bremssattel-Gußstück;
Fig.3 eine Ansicht des Bremssattel-Gußstücks von einer Seite;
Fig.4 eine Teilschnittansicht, die auch die andere Seite zeigt;
Fig.5 eine Aufsicht auf ein Keramikteil;
Fig.6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 der Fig.5 und
Fig.7 eine Endansicht des Teiles in den Figuren 5 und 6.
Betrachtet man nun die Zeichnung, so zeigt Fig.1 die grundlegende Pressformtechnik, bei der ein Gußteil 10 mit einer Hälfte der Form des benötigten Gußstückes gebildet wird, und wobei ein Gußteil 12 mit der anderen Hälfte der benötigten Form gebildet wird. In den Zwischenraum 14 zwischen den beiden Gußteilen wird das geschmolzene Material eingespritzt, im vorliegenden Fall mit den darin eingesetzten keramischen Vorformen. Es wird ferner in Richtung des Pfeiles 16 eine Druckkraft angelegt. Pressformung ist eine an sich sehr bekannte Technik und muß daher in der folgenden Beschreibung nicht weiter erläutert werden.
Die Figuren 2 und 4 zeigen einen typischen Bremssattel für einen Rennwagen, jedoch sind einige Feinheiten in den bearbeiteten Löchern, beispielsweise um den Sattel in Position zu halten, im Interesse der Klarheit in der Zeichnung weggelassen worden. Der Sattel weist im wesentlichen eine Schleife auf mit zwei Seiten, die im allgemeinen mit den Bezugszeichen 20 und 22 bezeichnet sind und die an den gegenüberliegenden Enden der Ebene P liegen, welches die Ebene der Bremsscheibe ist. Diese Seiten sind durch Enden miteinander verbunden. Diese Enden sind im allgemeinen mit den Bezugszeichen 24 und 26 bezeichnet, und die Enden spreizen die Scheibe und verbinden auf diese Weise die beiden Seiten miteinander. Für einen Fachmann auf dem Gebiet der Bremskonstruktion versteht es sich von selbst, daß Bremsbeläge aus geeignetem Reibungsmaterial gegen die Vorderseite der Scheibe angeordnet sind und mit hydraulisch verschiebbaren Kolben gegen die Scheibe getrieben werden. Durch die dadurch entstehende Reaktion werden die Seiten in Richtung der Pfeile 30 voneinander weggedrückt.
Die Ausbohrungen, die die hydraulischen Teile aufnehmen, sind in Fig.3 mit den Bezugszeichen 32 und 34 versehen.
In diesem Augenblick stehen zwei separate, jedoch identische Keramikteile zur Verfügung. Diese Keramikteile sind in der Aufsicht in Fig.2 mit strichpunktierten Linien dargestellt und mit den Bezugszeichen 36 und 38 versehen. Dieselben Bezugszeichen werden in Fig.4 verwendet und bezeichnen das Profil der Einsatzstücke.
In den Figuren 5 bis 7 ist die genaue Form eines relativ komplexen Einsatzstückes dargestellt, wie es in den Figuren 2 und 4 verwendet wird. Der Bogen 40 in Fig.6 ist auch in Fig.4 dargestellt und ist konzentrisch zu der Ausbohrung 34, die in das Gußstück eingearbeitet werden muß, die jedoch zur Aufrechterhaltung des hydraulischen Drucks um diese Maschinenbohrung herum eine beträchtliche Stärke des gegossenen Metalls hinterläßt. An anderen Stellen, wie z.B. auf den Oberflächen 42 bis 50 in Fig.6 muß das Einsatzstück von relativ dünnen Bereichen festen Gußmetalls ummantelt sein, wie in Fig.4 dargestellt, und auf der Oberfläche 52 in Fig.6 liegt das Gußstück am nächsten in bezug auf die Oberfläche des Gußstücks.
Im allgemeinen ist das Keramikstück in allen Bereichen, in denen auf dem Sattel eine Feinbearbeitung durchgeführt werden muß, so ausgebildet, daß die Bearbeitung, wie z.B. in den Bereichen 54 und 56 in Fig.7 ermöglicht wird. Das Einsatzstück ist vorzugsweise so angeordnet, daß es in direktem Kontakt mit der Gußform an Stellen steht, wo eine Bearbeitung unwesentlich ist, um das Einsatzstück in der Gußform zu plazieren.

Claims

1. Bremssattel für Scheibenbremsen enthaltend ein Gußstück aus einer Leichtlegierung mit einer Verstärkung (36, 38) aus keramischem Material, das ein höheres Elastizitätsmaß als die Legierung besitzt und in einem Bereich des Gußstückes angebracht ist, in dem keine Bearbeitung nötig ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Sattel zwei Seiten (20, 22) zur Anbringung an gegenüberliegenden Seiten einer Bremsscheibe aufweist, und zwei Enden (24, 26), die die Seiten zum Spreizen der Scheibe jeweils miteinander verbindet, mit Ausbohrungen (32, 34) in den Seiten für hydraulische Teile, die die Bremspolster gegen die Scheibe drücken, wobei die Verstärkungen zwei Einsatzstücke (36, 38) aufweisen, eines in jedem der Enden, wobei sich die Einsatzstücke um die bearbeiteten Bereiche herum, nicht jedoch in sie hinein erstrecken und wobei jedes der Einsatzstücke (36, 38) aus Wabenkeramik besteht, die durch Pressformung des flüssigen Metalls (14) in der Gußform (10, 12, 16) mit der Leichtlegierung durchtränkt wird.

2. Bremssattel nach Anspruch 1, bei dem das keramische Einsatzstück durch Pressen keramischer Teilchen hergestellt wird und auf diese Weise ein Körper mit einem beträchtlichen Porenanteil entsteht.

3. Bremssattel nach Anspruch 1, bei dem das keramische Einsatzstück wie folgt hergestellt wird: es wird eine Form zum Vorformen aus geschäumtem Material gebildet, der Schaum wird anschließend mit dem Keramikschlamm befüllt, danach wird die gefüllte Vorform getrocknet und/oder gebrannt, um den Schaum zu zerstören.

4. Bremssattel nach Anspruch 3, bei dem die Form zum Vorformen durch Zusammenstellen einer Reihe von abgeschnittenen Schaumstreifen zur Bildung der benötigten Form hergestellt wird.

5. Bremssattel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Keramik mindestens 20 % Poren besitzt, die durch die Pressformung im wesentlichen mit Metall gefüllt werden.

6. Bremssattel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Keramik mindestens 30 % Poren besitzt, die durch die Pressformung im wesentlichen mit Metall gefüllt werden.

7. Bremssattel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Keramik mindestens 40 % Poren besitzt, die durch die Pressformung im wesentlichen mit Metall gefüllt werden.

8. Bremssattel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Keramik mindestens 50 % Poren besitzt, die durch die Pressformung im wesentlichen mit Metall gefüllt werden.