KR20190139259A - 브레이크 디스크용의 마찰 링, 브레이크 디스크 및 상응하는 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰 링 (1) 을 갖는 브레이크 디스크 (12) 또는 마찰 링 (1) 에 관한 것으로, 마찰 링 (1) 은 적어도 그 마찰 표면의 영역에서 PMMC (입자 금속 매트릭스 복합재) 를 포함하거나 또는 그것으로 이루어진다. 최적화된 마찰 저항 및 단순화된 제조 공정과 함께 감소되고 계산가능한 마모량을 위해, 본 발명에 따르면, 마찰 링 (1) 의 마찰 표면 (2) 에는, 마찰 링 (1) 의 원주상 회전 방향 (8) 에 대해 반경방향으로, 원주상 회전 방향에 대해 비접선적으로 각져서 연장하는 기계적으로 적용되는 마이크로그루브 (4) 가 제공되는 것이 제안된다.

Description

브레이크 디스크용의 마찰 링, 브레이크 디스크 및 상응하는 제조 방법

본 발명은 본질적으로 적어도 그 마찰 표면의 영역에서 PMMC 재료 (입자 금속 매트릭스 복합재) 를 포함하는, 브레이크 디스크용의 마찰 링, 그러한 마찰 링을 가지는 브레이크 디스크, 및 마찰 표면을 위한 표면 제조 방법에 관한 것이다.

자동차 산업에서는, 브레이크 디스크의 무게를 줄이기 위해 그리고 이를 위해 예를 들어 일반적인 회주철 대신에 더 가볍고 그럼에도 불구하고 저항성이 있는 재료, 예를 들어 소위 PMMC (입자 금속 매트릭스 복합재) 재료를 사용하기 위해 노력하고 있다. PMMC 재료는 본질적으로, 특히 탄화물 또는 실리케이트와 같은 경질 입자가 비교적 부드러운 금속 매트릭스 또는 캐리어 재료에 매립된 복합 합금이다. PMMC 를 포함하거나 PMMC 로 이루어지는 마찰 링 또는 마찰 표면을 갖는 당해 유형의 브레이크 디스크는 원칙적으로 예를 들어 DE 19505724 A1 또는 DE 102011121292 A1 으로부터 알려져 있다. 여기에 사용된 PMMC 는 일반적으로 입자-강화 알루미늄으로도 알려진 알루미늄 매트릭스 복합 합금 Al-MMC (알루미늄 금속 매트릭스 복합재) 이다.

마찰 링이 입자-강화 알루미늄 (Al-MMC) 으로 구성되는 마찰 링 및 마찰 라이닝을 포함하는 마찰 페어링의 경우, 마찰 층의 형성은 마찰 페어링의 성능 및 로드-베어링 용량에 결정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그러나, 생산 직후에, 이러한 재료는 이에 최적으로 적합하지 않은데, 왜냐하면 경질 입자가 주로 표면 아래에 매립되고 그 거칠기가 너무 낮기 때문이다.

DE 60005655 T2 는 Al-MMC 브레이크 디스크의 마찰 표면이 NaOH 용액에 의해 에칭되어 경질 입자를 노출시키는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이는 상응하는 복잡한 장비, 안전 예방조치 및 추가 청소 조치와 함께 위험한 부식성 물질과 관련된 작업 단계를 필요로 한다. 또한, 이러한 노출된 탄화물은 캐리어 재료에서 벗어나 브레이크 라이닝의 표면에 쌓이는 경향이 있으며, 그럼으로써 마모와 마찰학적 페어링의 마찰 계수의 변화는 서비스 수명에 걸쳐 예측할 수 없을 정도로 변할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 합리적으로 최적화된 생산과 함께 마모 예후가 감소된 개선된 브레이크 디스크 또는 마찰 링을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 독립 청구항 1 에 청구된 바와 같은 특징들의 조합 및 청구항 6 에 청구된 제조 방법에 의해 달성된다. 설명 및 도면과 함께 하위 청구항은 추가적인 유리한 개선예 및 실시형태를 제공한다. 원칙적으로, 본 발명의 본질은, 기본적으로, 후속 정상 작동 단계에서보다 훨씬 효율적으로, 마찰 링/브레이크 디스크에 대한 가속화된, 운송의 도움으로 일방적으로 또는 상호적으로 가속화된 마찰 재료의 적용 때문에, 목표로 하는 표면 구조화에 의해 마찰학적으로 크게 개선된 런-인 작동 단계를 분리하는 것이다.

특히, 브레이크 디스크의 원주상 회전 방향에 횡방향으로 연장되는 마이크로그루브의 기계적 도입에 의해, 마찰 표면의 표면 구조는 마찰 표면의 런-인 거칠기가 일시적으로 선택적으로 증가하는 방식으로 거칠어지고 다듬어진다. 이로 인해, 마찰 링의 마찰 표면에 마찰 라이닝 재료의 그리핑이 더 양호한 마찰 층을 적용함으로써 가속화되고 더 균일한 레벨링 및 마찰학적인 층 적용 효과를 가져오기 위해, 잠시 크게 증가되며 잘 예측가능하며 급격히 감소되는 브레이크 라이닝의 런-인 마모가 유발된다. 레벨링 또는 마찰 재료의 마찰 층의 적용이 런-인 단계로 완료되면, 다음 정상 작동 단계 동안에 브레이크 디스크와 브레이크 라이닝의 줄어든 약간의 마모가 발생한다. 이는, 적용된 마찰 재료에 매립됨으로써, 경질 재료 입자가 예를 들어 화학 표면 처리, 즉 에칭과 비교하여 사전 손상이 덜하거나 노출이 덜한 효과를 이용한다. 결과적으로, 본 발명에 따르면, 유리하게는 복합재의 사전 손상이 없으며, 경질 입자는 캐리어 재료 매트릭스에 매립되어 손상없이 영향을 받지 않은 채로 남아 있다.

전체적으로, 본 발명에 따른 마찰 링을 갖는 브레이크 디스크는 공지된 종래 기술에 비해 다음과 같은 장점을 갖는다:

- 마찰 표면의 선택적 화학적 컨디셔닝없이 마찰 층의 형성이 보다 빠르고 더 균일하다;

- 성능이 더 좋다;

- 로드-베어링 용량이 더 높다;

- 서비스 수명 동안에 브레이크 디스크 및 브레이크 라이닝의 전체 마모가 더 줄어든다;

- 종래의 주조 브레이크 디스크의 마찰 표면은 일반적으로 어떠한 경우에 주조 스킨을 제거하고 그리고/또는 공칭 크기를 조절하기 위해 가공되어야 하므로, DE60005655T2 와 비교하여 본 발명에 따른 브레이크 디스크는 추가 작업 단계 및 상이한 유형의 장비와 절차를 필요로 하지 않는다.

본 발명은 본 발명에 따른 예시적인 실시형태에 기초하여 아래에서 보다 상세하게 설명된다.

도 1 은 마찰 표면의 처리에서 마찰 링의 실시형태를 평면도로 개략적으로 그리고 크게 단순화하여 나타내고 (a), 단지 지시된 브레이크 디스크 챔버를 단면도로 나타낸다 (b).
도 2 는 제동 작동 동안에 마찰 라이닝과 접촉하는 본 발명에 따른 실시형태의 마찰 표면의 축척이 아닌 크게 확대시킨 개략도이다.

모터 차량용의 완성된 브레이크 디스크 (12) 의 본 발명에 따른 마찰 링 (1) 은 중심 축선 (M) 에 대해 회전 대칭으로 설계된다. 마찰 링 (1) 은, 그와 함께 일체로 연결/생성되어 또는 그와 함께 회전하기 위해 브레이크 디스크 챔버 (13) 상에서 멀티-파트 방식으로 원주상 회전 방향 (8) 으로 주위에서 연장하도록 배치된다. 본 발명은, 마찰 링 (1) 이 양 측에 축방향으로 제공된 마찰 표면 (2) 을 갖고서 솔리드 재료로 만들어 질 수 있고 또한 중공이거나 내부적으로 벤틸레이팅되게 만들어질 수 있는 실시형태로 동일하게 확장된다. 브레이크 디스크 (12) 를 형성하기 위해 축방향으로 오프셋되어 배치된 중심 링 요소에 부착하기 위해, 일 측에만 축방향으로 제공된 마찰 표면 (2) 을 갖는 측면 요소로서의 마찰 링 (1) 이 고려될 수 있다.

마찰 표면 (2) 에는 다수의 마이크로그루브 (4) 가 제공되고, 그 깊이는 바람직하게는 거의 약 0 내지 수 마이크로미터 사이의 범위로 정의된 방식으로 제공된다. 텍스처링 (마찰 표면 (2) 의 기본 표면 구조) 은 사용된 기계적 가공 방법에 의해 결정된다. 예를 들어, 마이크로그루브 (4) 는 원주상 회전 방향 (8) 에 대해 비스듬하게 또는 이상적으로는 직교하여 반경방향으로 정렬되고, 상응하게 지향된 기계적 가공 방법에 의해 제조된다. 이는 바람직하게는 마찰 링 (1) 의 공칭 두께 및 공칭 평탄도를 설정하기 위해 제공된 작업 단계에서 가공 파라미터의 숙련된 적응에 의해 수행된다. 그러나, 마이크로그루브 (4) 를 도입하기 위해 단독으로 별도의 추가 공정 단계가 마찬가지로 본 발명 내에서 허용가능하다.

선택된 절삭 방법 (공작물로부터 수행되거나 a) 또는 공구로부터 수행된 b) 절삭 이동) 에 따라, 마찰 링 (1) 은 a) 회전적으로 구동되거나 b) 중심적으로 클램핑되고, 회전의 관점에서, 기계 공구의 작업 공간에서 고정된다. 예로서, 마찰 링 (1) 또는 브레이크 디스크 (12) 는 원주상 회전 방향으로 규정된 피드로 이동될 수 있다. 공구 (6) 는 그 회전 축선 (5) 을 중심으로 회전할 수 있고 그 표면을 기계가공하기 위해 (일부 영역에서의 제거를 위해) 가공될 마찰 표면 (2) 에 공급된다. 특히 공구 회전 방향 (9), 절삭 속도, 피드, 원주상 회전 방향 (8) 에 대한 절삭 방향 및 이송 방향 및 공구 형상과 같은 기계가공 파라미터는, 원하는 거칠기, 텍스처, 표면 텐션 및 원주상 회전 방향 (8) 에 대한 규정된 정렬 및 배향이 달성되도록 선택된다. 공구 마모를 줄이고 작은 편차가 제공되는 특히 균일한 표면 품질을 생성하기 위해, 마찰 링 (1) 의 피드는 바람직하게는 도시된 예시적인 실시형태에서와 같이 공구 회전 방향 (9) 과 동기하여 설정된다.

고려되는 규정된 구조를 도입하기 위한 바람직한 제조 방법은, 바람직하게는, 특히 밀링, 구체적으로는 특히 호빙, 또는 터닝 및/또는 로터리 밀링과 같은 규정된 공구 에지에 의한 칩-제거 절삭 방법, 또는 특히 그라인딩 또는 호닝과 같은 공구에서 통계적으로 무작위로 오프셋된 공구 에지에 의한 방법이다. 경질 재료 또는 경질 재료 입자의 주어진 구조적 취약성 또는 취성에 비추어, 예를 들어 절반인, 즉 점차 줄어들거나 제어 방식으로 줄어든 인피드 속도에 의해, 또는 절반인, 즉 제어 방식으로 점차 줄어든 피드 속도에 의해, 그리고/또는 예를 들어 이중으로 강화된 냉각제 유동 (l/min) 과 조합하여, 생산-관련 이유 때문에 가능한한 공작물 표면에 전단 또는 압축 응력 성분을 추가적으로 도입하지 않거나 또는 매우 작게 도입하는 것이 유리할 수 있다.

도시된 예시적인 실시형태에서, 예를 들어 공구 (6) 로서, 실제로는 헬리컬 기어의 제조에 대해서만 알려진 바와 같이, 공작물의 호빙 (인벌류트 형상) 에 대한 위치 및 배향을 갖는 호브가 배치된다. 치형부 (7) 의 절삭 맞물림에 의해 생성된 잔존 거칠기 또는 표면 구조는 마이크로미터 범위이고 원하는 런-인 거칠기에 해당한다.

공구 (6) 와 마찰 링 (1) 이 상호 정렬된 방향으로 그리고 서로 조정된 또는 동기적인 속도로 회전하면, 이는, 도 2 에 도시된 바와 같이, 가공된 마찰 표면 (2) 상에 반경방향 외측으로 연장되는 방식으로 거칠기 피크 및 밸리를 생성한다. 이상적으로는, 단면에서 본 톱니 모양의 프로파일이 목표이다. 거칠기 피크의 팁 (3) 은 기계가공 절삭 에지와 같이 제동 모드에서 적용된 브레이크 라이닝 (10) 에 작용하고, 런인 단계 동안에, 시간-제한적이고 의도적으로 증가된 의도된 런-인 라이닝 마모를 일으켜, 제한된 시간 동안에 브레이크 라이닝 (10) 의 마찰 재료로부터 마모 입자들이 더 많이 제거되어, 이 재료는 마찰 링의 미세-표면 갭 또는 밸리에 적용되거나 융합된다. 그럼으로써, 마모 (11) 는 마이크로그루브들 (4) 의 밸리들에 점진적으로 퇴적되어 이들을 채운다. 따라서, 마이크로 범위에서의 재료 전달에 의해, 점진적인 레벨링 효과가 발생하고, 경과된 런-인 단계 후에, 심지어 마찰 링 (1) 의 팁 (3) 이 브레이크 라이닝 (10) 의 재료로 덮힌다. 런-인 단계의 완료로, 마찰 링 (1) 의 마찰 표면 (2) 상에 동일한 마찰 재료 층의 적용의 적절한 형성과의 페어링이 완료되고, 브레이크 라이닝 (10) 또는 마찰 링 (1)/브레이크 디스크 (12) 의 마모는 후속 정상 작동 단계에서 지속적인 효과로 크게 감소한다.

1 마찰 링
2 마찰 표면
3 팁
4 마이크로그루브
5 회전 축선
6 공구
7 절삭 치형부
8 원주상 회전 방향
9 공구 회전 방향
10 브레이크 라이닝
11 마모
12 브레이크 디스크
13 브레이크 디스크 챔버
M 중심 축선

Claims (10)

1. 브레이크 라이닝 (10) 과 상호작용하기 위한 적어도 하나의 마찰 표면 (2) 을 갖는 브레이크 디스크 (12) 용의 마찰 링 (1) 으로서,
   상기 마찰 링 (1) 은 적어도 상기 마찰 표면 (2) 의 영역에서 특히 Al-MMC 재료와 같은 PMMC 재료 (입자 금속 매트릭스 복합재) 를 포함하거나, 또는 전적으로 그것으로 이루어지고,
   상기 마찰 표면 (2) 은 적어도 하나의 마이크로그루브 (4) 를 갖고, 상기 적어도 하나의 마이크로그루브는 상기 마찰 링 (1) 의 원주상 회전 방향 (8) 에 대해 반경방향으로 향하는 방식으로, 상기 원주상 회전 방향에 대해 비접선방향으로 각져서, 즉 적어도 일 성분을 갖고서 연장하는, 브레이크 디스크 (12) 용의 마찰 링 (1).
2. 제 1 항에 있어서,
   마이크로그루브들 (4) 은 상기 원주상 회전 방향 (8) 에 대해 본질적으로 직교하여 배치되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크 (12) 용의 마찰 링 (1).
3. 제 1 항에 있어서,
   마이크로그루브들 (4) 은 기계적 제거 또는 형성 방법에 의해 상기 마찰 표면 (2) 에 도입되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크 (12) 용의 마찰 링 (1).
4. 제 1 항에 있어서,
   마이크로그루브들 (4) 은, 단면에서 직접적으로 인접한 거칠기 피크 및 거칠기 값을 갖는 본질적으로 톱니형인 프로파일이 형성되도록 원주방향으로 서로 근접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크 (12) 용의 마찰 링 (1).
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 마찰 링 (1) 을 갖는 브레이크 시스템용의 브레이크 디스크 (12).
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 마찰 링 (1) 의 마찰 표면 (2) 의 기계가공 방법으로서,
   하나의 방법 단계에서, 상기 마찰 링 (1) 은 상기 원주상 회전 방향 (8) 으로 규정된 피드 (feed) 로 오프셋되고, 상기 마찰 표면 (2) 은 공구 회전 방향 (9) 으로 회전하는 공구 (6) 에 의해 기계가공되고, 상기 마이크로그루브 (4) 는 상기 마찰 표면 (2) 에 도입되는, 마찰 링 (1) 의 마찰 표면 (2) 의 기계가공 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 마찰 링 (1) 의 피드 및 상기 공구 회전 방향 (9) 은 본질적으로 동기식으로 발생하는 것을 특징으로 하는 마찰 링 (1) 의 마찰 표면 (2) 의 기계가공 방법.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 공구 (6) 는 밀링 공구, 특히 호브인 것을 특징으로 하는 마찰 링 (1) 의 마찰 표면 (2) 의 기계가공 방법.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 공구 (6) 는 연삭 공구인 것을 특징으로 하는 마찰 링 (1) 의 마찰 표면 (2) 의 기계가공 방법.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로그루브 (4) 의 도입과 동시에, 상기 마찰 링의 규정된 공칭 두께가 칩 제거에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 마찰 링 (1) 의 마찰 표면 (2) 의 기계가공 방법.

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