SI20167A - Zavorni disk in postopek izdelave le-tega - Google Patents

Abstract

Zavorni disk naj bi bil uporaben pri manjših tekmovalnih motornih vozilih, zlasti gokartih, pri čemer naj bi v primerjavi z doslej znanimi rešitvami ob bistveno manjši teži nidil bistveno boljše fizikalne lastnosti in iz slednjih izhajajoče tehnične prednosti. Tovrsten disk obsega vsaj dve med seboj razmaknjeni kolutni območji (1, 2), na katerih je vsakokrat na voljo vsaj ena torna površina (10, 20) in med katerima so na voljo na ustrezen način razporejena hladilna rebra (3). S tem zavorni disk med vrtenjem učinkuje kot aksialno-radialni ventilator. Tako da je zagotovljen ustrezen pretok zraka skozi disk, kar ima za posledico učinkovito hlajenje. Na ta način je temperatura na površini diska med zaviranjem nižja, temu primerno nižje so toplotne obremenitve materiala zavornih oblog, razen tega pa dosežemo stabilnejši torni koeficient oz. večjo učinkovitost zavornega sklopa.S tem namenom je vsaj eno kolutno območje (1, 2) neposredno ob rebrih (3) opremljeno s stopničasto zaokrožitvijo (11), razmerje med širino oz. debelino (b) vsakokratnega kolutnega območja (1, 2) in razmikom (c) med vsakokratnima kolutnima območjema (1, 2) pa znaša 0,8 do 1,2. Disk je izdelan po postopku litja iz lahkega kompozitnega gradiva, tkzv. Al.MMC, ter pri mehanski obdelavi ali po njej po potrebi podvržen še dodatni termični in/ali površinski obdelavi.ŕ

Description

Zavorni disk in postopek izdelave le-tega

Izum se nanaša na zavorni disk, zlasti za manjša motoma vozila, še zlasti za manjša tekmovalna motoma vozila, namreč za takoimenovane gokarte. Hkrati je predmet izuma tudi postopek izdelave tovrstnega zavornega diska.

Pri tem je izum osnovan na problemu, kako zasnovati zavorni disk, ki bo uporaben pri manjših tekmovalnih motornih vozilih, zlasti gokartih, pri čemer naj bi zavorni disk v primerjavi z doslej znanimi rešitvami ob bistveno zmanjšani teži nudil bistveno izboljšane fizikalne lastnosti ter iz slednjih izhajajoče tehnične prednosti.

Pri zaviralnih sklopih manjših tekmovalnih motornih vozil, npr. gokartov, so doslej uporabljali zavorne diske, ki so bili izvedeni bodisi iz sive litine ali nerjavnega jekla ali tudi aluminija. Pri tem so znane izvedbe polnih diskov, razen tega pa tudi izvedbe zaradi možnosti hlajenja oblikovno razčlenjenih oz. iz vsaj dveh kolutastih območij sestoječih zavornih diskov. Zavorne površine znanih diskov so bile prav tako razčlenjene ter v ta namen opremljene bodisi z zarezami, čepi ali tudi z različno razporejenimi krožnimi utori. Namen takšne razčlenitve zavornih površin zavornega diska je predvsem odstranjevanje oblog, ki nastajajo zlasti pri intenzivnejšem zaviranju, ko se temperatura zavornih površin povzpne celo na 400 - 500°C.

Nastajanje omenjenih oblog pa ni edina pomanjkljivost doslej uporabljanih zavornih diskov iz sive litine. Siva litina je namreč gradivo, ki ima po eni strani resda dokaj dobre livne sposobnosti in po drugi strani tudi sorazmerno tudi kar dobre fizikalne lastnosti. Dejstvo pa je, da je to gradivo z razmeroma veliko gostoto oz. specifično težo. Zato so zavorni diski iz sive litine razmeroma težki, kar še zlasti pri uporabi na področju lahkih tekmovalnih vozil predstavlja veliko pomanjkljivost. Neugodne posledice se kažejo predvsem v velikih vrtilnih masah oz. inerciji pri pospeševanju oz. zaviranju, kot tudi v razmeroma visokih dinamičnih obremenitvah posameznih sestavnih delov vozila. Po drugi strani je siva litina kot gradivo lahko problematična tudi z vidika neugodnih posledic razmeroma slabe toplotne prevodnosti. Med zaviranjem se namreč neizogibno ustvarja toplotna energija, ki se koncentrira v zavornem sklopu, v dobršni meri prav v disku. Povišanje temperature drsnih površin ima med drugim za posledico zmanjšanje koeficienta trenja in učinkovitost zaviranja, hkrati pa nastajanje že omenjenih oblog in tudi sicer povečanja obrabe površin diska.

Opisanim pomanjkljivostim so se sicer skušali izogniti bodisi z nanašanjem proti obrabi odpornih oblog (DK 1891/88; CH 312.880 oz. FR 8.011.646; DK 7790; ) vstavljanjem segmentov (EP 0 030 791 Al) ali s posebnimi nadaljnjimi operacijami v zvezi z obdelavo zavornih površin zavornega diska zaradi zagotovitve sposobnosti proti obrabi (DK 77/90; DK 189188; EP 0 742 379 Al), boljše toplotne prevodnosti (DE 4.426.091) ali neposredno preprečevanja nastajanja omenjenih oblog (FR 9.403.972). Dasiravno so z vsakovrstnimi ukrepi skušali in izboljšati problematiko zagotavljanja kar najboljših fizikalnih lastnosti zavornega diska, ostaja v vseh naštetih primerih problem razmeroma velike teže diska in iz tega izhajajočih neugodnih posledic v celoti nerešen.

S problemom teže zavornih diskov so se v zadnjih letih spopadali zlasti proizvajalci zavornih diskov pri težjih vozilih, npr. železniških lokomotivah in podobnih, kjer je mogoče zaradi večjega števila diskov pri vozilu ustvariti občutne prihranke pri teži vozila, porabi goriva in podobno. Kot posledica tega so bili pri zavornih diskih poleg drugih zlitin (EP 0 868 538 Al) uvedeni takoimenovani kompozitni materiali (EP 0 705 397 Al). Ti kompozitni materiali so sicer lažji, vendar v večini primerov težje livni in zahtevnejši glede zagotavljanja vseh potrebnih mehanskih lastnosti. Problem zahtevnega litja sicer ni toliko pereč pri polnih diskih (EP 0 705 397 Al) razmeroma enostavne oblike. Vendar pa je npr. pri zavornih diskih tekmovalnih vozil potrebno računati s tem, da polni diski ne omogočajo zadostnega odvajanja toplote in so zato neizogibno potrebni oblikovno dokaj razčlenjeni, hlajeni diski.

Podjetje Knorr Bremse je skupaj s podjetjem Honsel nedavno predstavilo zavorne diske iz Al-MMC materiala za hitre (tkzv. ICE) vlake v Nemčiji. Konstrukcija teh zavornih diskov je prilagojena voznim karakteristikam ICE vlakov. Način konstrukcije in izdelave zavornih diskov je opisan v reviji Giesserei 85, (1998), Nr. 2, 10. Februar in Giesserei 85, (1998), Nr. 3, 10. Marž. Vozne in zavorne karakteristike lahkih motornih vozil, še zlasti tekmovalnih vozil, npr. gokartov in podobnih, se bistveno razlikujejo od navedenih lastnosti hitrih vlakov, zato opisanih konstrukcijskih rešitev na želenem področju nikakor ni možno uporabiti.

Po izumu je zavorni disk izveden v novi in bistveno izboljšani konstrukcijski zasnovi, hkrati pa sestoji iz ustreznega, v nadaljevanju podrobneje opisanega gradiva ter je hkrati izveden po postopku, ki bo prav tako podrobneje obrazložen v nadaljevanju. Disk sestoji iz vsaj dveh med seboj vzporedno razmaknjenih kolutastih območij, katerih zunanji površini predstavljata vsakokrat ustrezni torni površini. Med omenjenima kolutastima območjema so na voljo rebra, ki pripomorejo k izboljšanju ventilacije oz. cirkulacije zraka med kolutastima območjema. Poleg tega pa k izboljšanju cirkulacije pripomore tudi značilna stopničasta zaokrožitev, ki je na voljo na enem od omenjenih kolutnih območij v neposredni bližini vsakokrat razpoložljivih reber. Pri tem je vsako od omenjenih reber - gledano v smeri radialno navznoter proti središču diska - lahko izvedeno bodisi z ravnim končnim območjem ali z upoševljenim končnim območjem. Na ta način zavorni disk med vrtenjem učinkuje kot aksialno-radialni ventilator, tako da je zagotovljen ustrezen pretok zraka skozi disk, kar ima za posledico učinkovito hlajenje. Na ta način je temperatura na površini diska med zaviranjem nižja, temu primemo nižje so toplotne obremenitve materiala zavornih oblog, razen tega pa dosežemo stabilnejši torni koeficient oz. večjo učinkovitost zavornega sklopa. Uvodoma zastavljeni problem je ob upoštevanju v nadaljevanju opisanih zahtev glede izbire ustreznega gradiva in tehnološkega postopka izdelave zavornega diska med drugim rešen tudi s tem, da znaša razmerje med debelino vsakega od omenjenih kolutastih območij in razmikom med omenjenima območjema med 0,8 in 1,2, prednostno pa približno 0,9.

Za izdelavo zavornega diska po izumu je uporabljen aluminijev kompozitni material, opredeljen v literaturi (Knorr Bremse in Honsel - Giesserei 85, (1998), Nr. 2, 10. Februar in Giesserei 85, (1998), Nr. 3, 10. Marž.), označen z okrajšavo Al-MMC, na trgu pa znan pod blagovno znamko Duralcan®. Natančneje gre npr. za Al-MMC oz. Duralcan® tip F3S.20S, ki vsebuje 20 prostorninskih deležev SiC delcev ali npr. Duralcan® tip F3K.20S, ki vsebuje aluminijevo zlitino z dodatkom Cu. Dasiravno je možno tudi litje v kokile, je pri izdelavi diskov uvodoma opredeljene konstrukcijske zasnove iz omenjenega gradiva nedvomno povsem uporaben tudi postopek litja v pesek, pri čemer se v livarski peči raztali osnovni

Al-MMC material ter se ga med samim procesom litja počasi in neprestano meša. Temperatura taline pred litjem v peščene forme prednostno znaša 725-735°C. Forme so opremjene z ustreznimi keramičnimi vlivnimi filtri s poroznostjo 20 PPI. V peščeni formi je potrebno pravilno razporediti napajalnik in odduške, ker je le s tem mogoče zagotoviti, da odlitek ne bi vseboval vključkov por ali zraka. V splošnem je možno - kot rečeno - zavorni disk iz Al-MMC materiala izdelati tudi z litjem v kokilo, pri čemer se uporabi bodisi klasični način litja (s pomočjo teže same taline) ali pa postopek nizkotlačnega litja. Po litju se surove odlitke zavornih diskov očisti in peska ter jih nato še mehansko obdela na vnaprej določene dimenzije, in sicer prednostno z obdelovalnimi orodji na osnovi diamanta ali borovega karbida.

Razen tega so po izumu možna še nadaljnja izboljšanja fizikalnih ter s tem tehničnih lastnosti zavornih diskov iz Al-MMC. Pri tem gre predvsem za povečanje trdote na površini diska, kar se doseže s pomočjo trde anodne oksidacije, možno pa je tudi povečanje trdote površine s pomočjo ionskega nitriranja. Tako obdelana površina je še odpornejša na obrabo in ima izboljšano odpornost proti razenju.

Po izumu je predvidena tudi naknadna termična obdelava diskov pri temperaturi 400°C v trajanju 2 uri in popuščanju notranjih napetosti v aluminijevi matrici v trajanju 6 ur pri temperaturi 160°C. Na ta način izboljšamo mehansko trdnost kompozitnega materiala ter zvišamo razteznost oz. zmanjšamo krhkost izdelka.

Uporaba alternativnega aluminijevega kompozitnega materiala Duralcan® tip F3K.20S, ki vsebuje aluminijevo zlitino z dodatkom Cu, privede do še nadaljnjega povečanja mehanske trdnosti in še boljše temperaturne obstojnost zavornega diska.

Tudi iz tega materiala izdelamo zavorne diske s pomočjo litja v pesek ter naknadne mehanske obdelave.

Izum bo v nadaljevanju podrobneje obrazložen na podlagi konkretnih primerov izvedbe diskov, prikazanih na priloženi skici, pri čemer je na sl. 1 prikazan prvi primer izvedbe zavornega diska v prerezu v diametralni ravnini, na sl. 2 pa drugi primer izvedbe zavornega diska, in sicer prav tako v prerezu v diametralni ravnini. Razen tega bo tudi postopek izdelave tovrstnega diska z vsemi za izum bistvenimi koraki obrazložen na osnovi konkretnih primerov in podkrepljen z dobljenimi rezultati.

Kot je razvidno na sl. 1 in 2, je zavorni disk po izumu izveden iz dveh med seboj vzporedno razmaknjenih kolutastih območij 1, 2. Zunanji površini 10, 20 le-teh predstavljata torni površini, kamor med zaviranjem s svojimi tornimi površinami pritiskajo vsakokrat razpoložljivi sojemalni deli zavornega sklopa. Med omenjenima kolutastima območjema 1, 2 so na voljo rebra 3, ki pripomorejo k izboljšanju ventilacije oz. cirkulacije zraka med območjema 1, 2 med zaviranjem ter s tem k intenzivnejšemu odvajanju toplote s kolutastih območij 1, 2 oz. z zavornega diska. Še zlasti pa k izboljšanju cirkulacije pripomore stopničasta zaokrožitev 11, ki je na voljo na enem od omenjenih kolutnih območij 1, 2 v neposredni bližini vsakokrat razpoložljivih reber 3.

Pri tem je vsako od omenjenih reber 3 - gledano v smeri radialno navznoter proti središču diska - lahko izvedeno bodisi z ravnim končnim območjem 30 (sl. 1) ali z upoševljenim končnim območjem 30'. Izbira med možnima izvedbama območij 30, 30' prav tako vpliva na učinkovitost delovanja zavornega sklopa in je odvisna predvsem od pričakovanega režima cirkulacije zraka med kolutnima območjema 1, 2 zavornega diska.

Kot je razvidno na sl. 1, je širina oz. debelina kolutastih območij 1, 2 označena z b, razmik oz. medsebojna oddaljenost v aksialni smeri med območjema 1, 2 pa s c. Uvodoma zastavljeni problem je ob upoštevanju v nadaljevanju opisanih zahtev glede izbire ustreznega gradiva in tehnološkega postopka izdelave zavornega diska med drugim rešen tudi s tem, da znaša razmerje med debelino b vsakega od obeh kolutastih območij 1, 2 in razmikom c med 0,8 in 1,2. Pri danih primerih izvedbe znaša razmerje b/c = 0,9.

Za izdelavo zavornega diska po izumu smo oporabili aluminijev kompozitni material (gl. Knorr Bremse, Honsel - Giesserei 85, (1998), Nr. 2, 10. Februar in Giesserei 85, (1998), Nr. 3, 10. Marž.), ki bo v nadaljevanju označen z okrajšavo Al-MMC in je v prodaji pod blagovno znamko Duralcan®. Natančneje gre za AlMMC oz. Duralcan® tip F3S.20S, ki vsebuje 20 prostorninskih deležev SiC delcev. Pri tem smo uporabili postopek litja v pesek, in sicer smo predhodno v livarski peči za taljenje aluminija raztalili osnovni Al-MMC material ter ga med samim procesom litja počasi in neprestano mešali. Temperatura taline pred vlivanjem v peščene forme je znašala 725-735°C. Forme so morale biti opremljene z ustreznimi keramičnimi vlivnimi filtri s poroznostjo 20 PPI, V peščeni formi smo na ustrezen način razporedili napajalnik in odduške ter s tem zagotovili, da odlitek ni vseboval vključkov por ali zraka. V splošnem je možno zavorni disk iz Al-MMC materiala izdelati tudi z litjem v kokilo, pri čemer se uporabi bodisi klasični način litja (teža same taline) ali pa postopek nizkotlačnega litja. Po litju smo surove odlitke zavornih diskov očistili in peskali ter jih nato še mehansko obdelali na vnaprej določene dimenzije. Pri tem smo v danem primeru uporabili obdelovalna orodja na osnovi diamanta in/ali borovega karbida.

Še dodatno povečanje trdote na površini diska smo dosegli s pomočjo trde anodne oksidacije, možno pa je tudi povečanje trdote površine s pomočjo ionskega nitriranja. Tako obdelana površina je še odpornejša na obrabo in ima izboljšano odpornost proti razenju.

Razen tega nam je uspelo še izboljšati mehansko trdnost kompozitnega materiala in povečati razteznost oz. zmanjšati krhkost izdelka, in sicer s pomočjo naknadne termične obdelave diskov pri temperaturi 400°C v trajanju 2 uri ter zatem popuščanja notranjih napetosti v aluminijevi matrici v trajanju približno 6 ur pri temperaturi 160°C.

Po drugi strani je bil za izdelavo zavornega diska uvodoma opredeljenih značilnosti uporabljen tudi alternativni material, in sicer aluminijev kompozitni material Duralcan® tip F3K.20S, ki vsebuje aluminijevo zlitino z dodatkom Cu, kar je imelo za posledico še višjo mehansko trdnost in še boljšo temperaturno obstojnost zavornega diska. Tudi iz tega materiala smo izdelali zavorne diske s pomočjo litja v pesek ter naknadne mehanske obdelave.

Za preskušanje tornih lastnosti izdelanih zavornih diskov smo uporabili zavorne ploščice Sinter MMC 2032 in Sinter F3000, ki smo jih razvili upoštevajoč lastnosti Al-MMC materialov.

Primer 1:

V tem primeru gre za izdelavo zavornega diska, pri katerim naj bi razmerje med debelino in razmikom kolutnih območij 1, 2, namreč razmerje b/c. znašalo 0,9. Izbrana je bila prva izvedba oblike reber 3 po sl. lin na tej osnovi je bila izvedena priprava forme oz. kalupa. V okviru tega koraka postopka je bil izdelan model in jedrovnik, čemur je sledila ročna izdelava jeder iz mešanice kremenčevega peska in vodnega stekla, zatem pa smo jedra utrjevali s CO₂. Jedra je možno izvesti tudi iz mešanice peska in vsakokrat ustreznih fenolnih smol. Jedra smo sušili na zraku preko noči, možno pa jih je sušiti tudi v sušilniku v trajanju pol ure pri 150°C. S pomočjo zgornjega in spodnjega dela modela smo izdelali gornji in spodnji del peščene forme. Oba dela forme smo združili in vmes vstavili predhodno izdelano jedro. V peščeni formi smo oblikovali še vlivni sistem s keramičnim filtrom 20PPI kot tudi oddušno-izravnalne odprtine. Medtem smo v peči za predgrevanje pri 200250°C posebej predgrevali ingote iz Al-MMC tip F3S.20S. Tako predgrete ingote smo vstavili v že ogreto peč za taljenje aluminija in počakali da so se raztalili. Po približno 1 uri (v splošnem je to lahko odvisno seveda od količine in prostornine peči) smo pričeli talino previdno mešati, in sicer vse dokler SiC delci niso bili enakomerno razporejeni po talini. Zatem smo posneli nastalo žlindro s površine taline, ter pri temperaturi taline 725-735°C pričeli z litjem v predhodno izdelane forme. Ko seje vsak od odlitkov ohladil, smo ga vzeli iz forme, odstranili peščeno jedro in s peskanjem očistili površino. Sledila je končna obdelava s struženjem do zahtevanih dimenzij. Pri tem smo v danem primeru uporabili stružne nože z diamantno konico.

Frikcijske lastnosti zavornih diskov iz Al-MMC smo preskušali na avtomatskem stroju za testiranje zavornih elementov tipa Krauss RWS 75B po standardnem testnem programu ECE R90 annex 8 z zavornimi ploščicami Sinter tip MMC 2032 oziroma Sinter tip F3000. Rezultati meritev so podani v tabelah 1 in 2.

Primer 2:

Potek je bil enak kot v primeru 1, le daje bil v tem primeru uporabljen aluminijev kompozitni material (Al-MMC) Duralcan® tip F3K.20S. Rezultati frikcijskih lastnosti tako izdelanih zavornih diskov po izumu so spet podani v tabelah 1 in 2.

Primer 3:

Potek ustreza tistemu v primeru 1, le da smo končno obdelan zavorni disk iz AlMMC materiala naknadno še trdo anodno oksidirali pri temperaturi kopeli 0°C in ob postopnem naraščanju napetosti od 20 do 100 V. Debelina trde prevleke A1₂O₃ je znašala med 20 in 30 μιη. Rezultati frikcijskih lastnosti tako dobljenih zavornih diskov so podani v tabelah 1 in 2.

Primer 4:

Postopali smo kot v primeru 1, le da smo končno obdelan zavorni disk iz Al-MMC materiala naknadno še ionsko nitrirali pri 390°C v trajanju 12-14 ur v atmosferi Ar in NH₃. Debelina trde prevleke A1N je znašala približno 30 pm. Rezultati frikcijskih lastnosti zavornih diskov po izumu so spet podani v tabelah 1 in 2.

Primer 5:

Postopek je potekal enako kot v primeru 1 in/ali primeru 2, le da smo zgolj delno obdelan zavorni disk iz Al-MMC materiala naknadno toplotno obdelali pri temperaturi 400°C približno 2 uri in ga zatem popuščali pri 160°C v trajanju 16 ur. Sledila je končna obdelava do končnih dimenzij. Rezultati frikcijskih lastnosti tako dobljenih zavornih diskov naknadno toplotno obdelanih so podani v tabelah 1 in 2.

Frikcijske lastnosti iz Al-MMC materialov izdelanih zavornih diskov po izumu so upoštevajoč relevantne pogoje (Test ECE R90 annex 8) tabelarično predstavljeni v nadaljevanju v tabeli 1.

n

Zavorne obloge:

Sinter ident: 11-420-00 Tip mase: MMC 2032

Tehnični podatki meritve: Zavorni sistem: Tonykart

Disk:

Efektivni radij:

Površina obloge:

Specifični tlak:

Hidravlični tlak:

Število obratov: 660 miri

207x14 mm mm 22,4 cm² 65 N/cm² 20,8 bar

Lastnosti	Primer 1	Primer 2	Primer 3	Primer 4	Primer 5
Srednji torni koefic.(μ0Ρ)	0,39	0,38	0,36	0,35	0,39
Minimalni torni keofic. (pmjn)	0,25	0,24	0,19	0,21	0,26
Maksimalni torni koefic. (pmax)	0,52	0,50	0,53	0,51	0,49
Torni koefic. pri maks. temp.(pF)	0,39	0,38	0,20	0,25	0,39
Torni koefic. v hladnem (μ«)	0,35	0,34	0,35	0,33	0,36
Maksimalna temp. med testom (°C)	297	290	292	287	289
Specifična obraba plošč: masna (g/MJ)	0,15	0,17	0,23	0,15	0,20
•i dimenzijska (mm /MJ)	83	90	85	70	87
Ocena odpornosti proti razenju	dobro	z. dobro	odlično	odlično	z. dobro

(Tabela 1)

Frikcijske lastnosti iz Al-MMC materialov izdelanih zavornih diskov po izumu so upoštevajoč relevantne pogoje (Test ECE R90 annex 8) in hkrati primerjalno glede na tiste iz sive litine (z zavorne plošče pod oznako Sinter 114) tabelarično predstavljeni v nadaljevanju v tabeli 2.

Zavorne obloge:

Sinter ident: 11-420-00

Tip mase: F 3000

Tehnični podatki meritve:
Zavorni sistem:	Tonykart
Disk:	207x14 mm
Efektivni radij:	85 mm
Površina obloge:	22,4 cm2
Specifični tlak:	65 N/cm2
Hidravlični tlak:	20,8 bar
Število obratov:	660 min'1

Lastnosti	Primer 3	Primer 4	Siva litina *
Srednji torni koefic.(μορ)	0,44	0,43	0,45
Minimalni torni keofic. (pmjn)	0,17	0,19	0,30
Maksimalni torni koefic. (pmax)	0,75	0,60	0,61
Tomi koefic. pri maks. temp.(pp)	0,49	0,43	0,45
Tomi koefic. v hladnem (μκ)	0,39	0,37	0,37
Maksimalna temp. med testom (°C)	314	302	387
Specifična obraba plošč: masna (g/MJ)	0,80	0,60	0,66
dimenzijska (mm3/MJ)	250	180	196
Ocena odpornosti proti razenju	z. dobro	z. dobro	-

(Tabela 2)

Zavorni disk, pripravljen v skladu s primerom 1 in v kombinaciji z zavornimi ploščami MMC 2032, se odlikuje z visokim srednjim tornim koeficientom μ_Ορ, nizko specifično obrabo plošč in zadovoljivo odpornostjo proti razenju. V primeru zamenjave Al-MMC materiala (primer 2) ali naknadni toplotni obdelavi zavornega diska (primer 5) se torne lastnosti ne spremenijo bistveno, delno se izboljša odpornost proti razenju. Oboje lahko povežemo z izboljšanimi mehanskimi lastnostmi matrične aluminijeve zlitine (tip F3K.20S) oziroma s strukturnimi spremembami matrične zlitine po toplotni obdelavi. Prednost toplotno obdelanih diskov je tudi zmanjšana krhkost materiala (Tabela 1). Zavorni disk pripravljeni v skladu s primeroma 3 in 4 ter v kombinaciji z zavornimi ploščami MMC 2032, imajo nekoliko nižji srednji torni koeficient (10-15%), vendar odlično odpornost proti razenju. Specifična obraba plošč MMC 2032 je tudi v tem primeru nizka (manj kot 100 mm³/MJ). Rezultati meritev so navedeni v Tabeli 1. Večje vrednosti srednjega tornega koeficienta μ_0Ρ so bile izmerjene na zavornih diskih, izdelanih v skladu s primeroma 3 in 4 v kombinaciji z zavornimi ploščami Sinter F3000. Vrednosti so presegale 0,49 vendar je bila po drugi strani specifična obraba plošč skoraj še enkrat višja (Tabela 2). Odpornost proti razenju je bila dobra, vendar slabša kot v primeru zavornih plošč tipa MMC 2032. V Tabeli 2 so za primerjavo navedene torne lastnosti diska iz sive litine v kombinaciji s klasičnimi zavornimi ploščami Sinter 114. Očitno je, da so maksimalne temperature, izmerjene med testom pri zavornih diskih po izumu, vsaj za 90 do 100°C nižje kot pri doslej uporabljanih diskih iz sive litine. Opravka imamo torej z zaviranjem pri bistveno nižjih temperaturah, kar nam omogoča nova konstrukcija, izbira materiala ter postopek izdelave zavornega diska v smislu predloženega izuma.

Claims (13)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Zavorni disk, zlasti za lahka motoma vozila, še zlasti za lahka tekmovalna motoma vozila, namreč gokarte, obsegajoč vsaj dve med seboj razmaknjeni kolutni območji (1,2), na katerih je vsakokrat na voljo vsaj ena torna površina (10, 20) in med katerima so na voljo na ustrezen način razporejena hladilna rebra (3), označen s tem, da pri zavornem disku, katerega vsaj eno kolutno območje (1, 2) je neposredno ob rebrih (3) opremljeno s stopničasto zaokrožitvijo (11), znaša razmerje med širino oz. debelino (b) vsakokratnega kolutnega območja (1, 2) in razmikom (c) med vsakokratnima kolutnima območjema (1,2) med 0,8 in 1,2, pri čemer je disk izdelan po postopku litja iz lahkega kompozitnega gradiva Al-MMC ter pred vsaj delom vsakokrat potrebnih korakov vsakokrat ustrezne mehanske obdelave ali po njej podvržen dodatni termični in/ali površinski obdelavi.
2. 2. Zavorni disk po zahtevku 1, označen s tem, da pri zavornem disku, katerega vsaj eno kolutno območje (1, 2) je neposredno ob rebrih (3) opremljeno s stopničasto zaokrožitvijo (11) in pri katerem je vsako od med kolutnima območjema (1, 2) nahajajočih se reber (3) gledano v smeri radialno navznoter zasnovano z zaokroženim stopničastim zaključkom (30'), znaša razmerje med širino oz. debelino (b) vsakokratnega kolutnega območja (1, 2) in razmikom (c) med vsakokratnima kolutnima območjema (1, 2) med 0,8 in 1,2, pri čemer je disk izdelan po postopku litja iz lahkega kompozitnega gradiva Al-MMC ter pred vsaj delom vsakokrat potrebnih korakov vsakokrat ustrezne mehanske obdelave ali po njej podvržen dodatni termični in/ali površinski obdelavi.
3. 3. Zavorni disk po zahtevku 1, označen s tem, da pri zavornem disku, katerega vsaj eno kolutno območje (1, 2) je neposredno ob rebrih (3) opremljeno s stopničasto zaokrožitvijo (11) in pri katerem je vsaj del od med kolutnima območjema (1, 2) nahajajočih se reber (3), gledano v smeri radialno navznoter, zasnovan z zaokroženim stopničastim zaključkom (30'), znaša razmerje med širino oz. debelino (b) vsakokratnega kolutnega območja (1, 2) in razmikom (c) med vsakokratnima kolutnima območjema (1, 2) med 0,8 in 1,2, prednostno pa vsaj približno 0,9, pri čemer je disk izdelan po postopku litja iz lahkega kompozitnega gradiva Al-MMC ter pred vsaj delom vsakokrat potrebnih korakov vsakokrat ustrezne mehanske obdelave ali po njej podvržen dodatni termični in/ali površinski obdelavi.
4. 4. Postopek izdelave zavornega diska, obsegajoč korak priprave kalupa oz. forme, korak litja in korak mehanske obdelave na vnaprej določene dimenzije, označen s tem, da se za izdelavo diska kot izhodiščno gradivo uporabi Al-MMC oz. Duralcan® tip F3S.20S z vsebnostjo 20 prostominskih deležev SiC, pri čemer se v koraku priprave forme oz kalupa izdela model in jedrovnik kot tudi jedra bodisi iz mešanice peska in vsakokrat ustreznih fenolnih smol ali iz mešanice kremenčevega peska in vodnega stekla, ki se jih utrjuje s CO₂ in zatem suši, nakar se izdela gornji in spodnji del peščene forme ter slednjo sestavi in vmes vstavi predhodno izdelano jedro ter v formi po oblikovanju vlivnega sistema uporabi keramični filter 20PPI kot tudi oddušno-izravnalne odprtine, nadalje so v koraku litja po predgrevanju pri 200-250°C ingote iz Al-MMC vstavi v že ogreto talilno peč in se jih tam stali, po približno 1 uri pa se prične mešanje taline z namenom enakomerne porazdelitve delcev SiC po gladini taline, nakar se po posnetju nastale žlindre pri temperaturi taline med 725 in 735°C prične z litjem v predhodno izdelane forme, nakar se po ohlajanju odlitkov ter razformanju, čiščenju in po potrebi peskanju le-teh izvede vsakokrat potrebne korake mehanske obdelave odlitkov s pomočjo rezalnih orodij na osnovi diamanta in/ali borovega karbida.
5. 5. Postopek izdelave zavornega diska, obsegajoč korak priprave kalupa oz. forme, korak litja in korak mehanske obdelave na vnaprej določene dimenzije, označen s tem, da za izdelavo diska kot izhodiščno gradivo uporabi aluminijev kompozitni material Duralcan® tip F3K.20S, vsebujoč aluminijevo zlitino z dodatkom Cu, pri pri čemer se v koraku priprave forme oz kalupa izdela model in jedrovnik kot tudi jedra bodisi iz mešanice peska in vsakokrat ustreznih fenolnih smol ali iz mešanice kremenčevega peska in vodnega stekla, ki se jih utrjuje s CO₂ in zatem suši, nakar se izdela gornji in spodnji del peščene forme ter slednjo sestavi in vmes vstavi predhodno izdelano jedro ter v formi po oblikovanju vlivnega sistema uporabi keramični filter 20PPI kot tudi oddušno-izravnalne odprtine, nadalje so v koraku litja po predgrevanju pri 200-250°C ingote iz Al-MMC vstavi v že ogreto talilno peč in tam stali, po približno 1 uri pa se prične mešanje taline z namenom enakomerne porazdelitve delcev SiC po gladini taline, nakar se po posnetju nastale žlindre pri temperaturi taline med 725 in 735°C prične z litjem v predhodno izdelane forme, nakar se po ohlajanju odlitkov ter razformanju, čiščenju in po potrebi peskanju le-teh izvede vsakokrat potrebne korake mehanske obdelave odlitkov s pomočjo rezalnih orodij na osnovi diamanta in/ali borovega karbida.
6. 6. Postopek po zahtevku 4 ali 5, označen s tem, da se v koraku litja po predgrevanju pri 200-250°C ingote iz Al-MMC vstavi v že ogreto talilno peč in se jih tam stali, po približno 1 uri pa se prične mešanje taline z namenom enakomerne porazdelitve delcev SiC po gladini taline, nakar se po posnetju nastale žlindre pri temperaturi taline med 725 in 735°C prične z litjem v predhodno izdelane kokile, nakar se po ohlajanju odlitkov ter čiščenju le-teh izvede vsakokrat potrebne korake mehanske obdelave odlitkov s pomočjo rezalnih orodij na osnovi diamanta in/ali borovega karbida.
7. 7. Postopek po zahtevku 6, označen s tem, da se v koraku litja po predgrevanju pri 200-250°C ingote iz Al-MMC vstavi v že ogreto talilno raztali, po približno 1 uri pa se prične mešanje taline z namenom enakomerne porazdelitve delcev SiC po gladini taline, nakar se po posnetju nastale žlindre pri temperaturi taline med 725 in 735°C prične z litjem v predhodno izdelane kokile, nakar se po ohlajanju odlitkov ter čiščenju le-teh izvede vsakokrat potrebne korake mehanske obdelave odlitkov s pomočjo rezalnih orodij na osnovi diamanta in/ali borovega karbida, nakar se končno obdelan disk še trdo anodno oksidira pri temperaturi kopeli 0°C ob naraščanju napetosti od 20 do 100 V in ob zagotovitvi trde prevleke A1₂O₃ debeline med 20 in 30 pm.
8. 8. Postopek po zahtevkih 4-6, označen s tem, da se končno obdelan zavorni disk iz Al-MMC ionsko nitrira pri 390°C v trajanju 12-14 ur v atmosferi Ar in NH₃.
9. 9. Postopek po zahtevku 7, označen s tem, da se predobdelan zavorni disk iz AlMMC ionsko nitrira pri 390°C v trajanju 12-14 ur v atmosferi Ar in NH₃.
10. 10. Postopek po zahtevkih 4 - 7, označen s tem, da se zgolj deloma mehansko obdelan zavorni disk iz Al-MMC naknadno še vsaj približno 2 uri toplotno obdeluje pri temperaturi 400°C in nato popušča pri 160°C v trajanju 6 ur.
11. 11. Zavorni disk, označen s tem, daje vsaj eno kolutno območje (1,2) neposredno ob rebrih (3) opremljeno s stopničasto zaokrožitvijo (11) ter da znaša razmerje med širino oz. debelino (b) vsakokratnega kolutnega območja (1, 2) in razmikom (c) med vsakokratnima kolutnima območjema (1,2) med 0,8 in 1,2, prednostno pa vsaj približno 0,9, pri čemer disk sestoji iz lahkega kompozitnega gradiva AlMMC oz. Duralcan® in je izveden z litjem po predgrevanju pri 200-250°C v peščeno formo ali kokilo pri temperaturi taline med 725 in 735°C ter zatem s podvrženjem odlitkov mehanski obdelavi s pomočjo rezalnih orodij na osnovi diamanta in/ali borovega karbida ter je zatem po potrebi še trdo anodno oksidiran pri temperaturi kopeli 0°C ob naraščanju napetosti od 20 do 100 V ter ob zagotovitvi trde prevleke A1₂O₃ debeline med 20 in 30 pm.
12. 12. Zavorni disk, označen s tem, da pri disku, katerega vsaj eno kolutno območje (1, 2) je neposredno ob rebrih (3) opremljeno s stopničasto zaokrožitvijo (11), znaša razmerje med širino oz. debelino (b) vsakokratnega kolutnega območja (1,2) in razmikom (c) med vsakokratnima kolutnima območjema (1,2) med 0,8 in 1,2, prednostno pa vsaj približno 0,9, pri čemer je tak disk izveden iz lahkega kompozitnega gradiva Al-MMC oz. Duralcan® z litjem po predgrevanju pri 200250°C v peščeno formo ali kokilo pri temperaturi taline med 725 in 735°C ter zatem podvržen mehanski obdelavi odlitkov s pomočjo rezalnih orodij na osnovi diamanta in/ali borovega karbida in nato po potrebi še ionsko nitriran pri 390°C v trajanju 12-14 ur v atmosferi Ar in NH₃.
13. 13. Zavorni disk, označen s tem, da pri zavornem disku, katerega vsaj eno kolutno območje (1, 2) je neposredno ob rebrih (3) opremljeno s stopničasto zaokrožitvijo (11), znaša razmerje med širino oz. debelino (b) vsakokratnega kolutnega območja (1, 2) in razmikom (c) med vsakokratnima kolutnima območjema (1,2) med 0,8 in 1,2, pri čemer je tak disk izveden iz lahkega kompozitnega gradiva Al-MMC oz. Duralcan® z litjem po predgrevanju pri 200-250°C v peščeno formo ali kokilo pri temperaturi taline med 725 in 735°C ter zatem podvržen mehanski obdelavi odlitkov s pomočjo rezalnih orodij na osnovi diamanta in/ali borovega karbida in nato v zgolj delno obdelanem stanju po potrebi Še vsaj približno 2 uri podvržen toplotno obdeluje pri temperaturi 400°C ter zatem popuščanje pri 160°C v trajanju vsaj približno 6 ur. Za: