WO2014095873A1

WO2014095873A1 - Drückgewalzte bremsscheibe

Info

Publication number: WO2014095873A1
Application number: PCT/EP2013/076913
Authority: WO
Inventors: Michael Gövert
Original assignee: Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-06-26
Also published as: US20160001343A1; WO2014095873A9; CN105008752A; DE102012112823A1; CN105008752B

Abstract

Eine Bremsscheibe einer Scheibenbremse umfassend einen Reibring (3) und einen Bremsscheibentopf (2), wobei Reibring und Bremsscheibentopf der Bremsscheibe einstückig sind und aus einer drückgewalzten, warmfesten oder hochwarmfesten Stahlgüte bestehen.

Description

Drückgewalzte Bremsscheibe

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe einer Scheibenbremse umfassend einen Reibring und einen Bremsscheibentopf. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe sowie deren Anwendung.

Scheibenbremsen sind Bremsanlagen, welche häufig in

Kraftfahrzeugen, Kränen oder Aufzügen verwendet werden. Die Scheibenbremse besteht dabei aus Bremsklötzen, welche üblicherweise gegen die rotierende Bremsscheibe gepresst werden, so dass die Rotationsbewegung der Bremsscheibe abgebremst wird. Hierzu besteht die Bremsscheibe aus einem Bremsscheibentopf, welche eine napfartige Form aufweist und einem an dem Bremsscheibentopf befestigten Reibring. Gegen die Flächen des Reibrings werden die Bremsklötze der

Scheibenbremse gedrückt. Der Bremsscheibentopf dient zur Befestigung der Rotationsachse, deren Rotation gebremst werden soll. Bremsscheibentopf und Reibring werden

üblicherweise aus Stahlguss für die Massenanwendungen hergestellt. Bei der Verwendung eines Gusskörpers aus

Stahlguss besteht zwar die Möglichkeit sehr komplexe Körper bzw. Bremsscheiben herzustellen. Allerdings wird die

Designfreiheit durch eine Mindestwanddicke begrenzt, welche zum Ausgießen des Körpers notwendig ist. Hierdurch haben die aus Stahlguss bestehenden Bremsscheiben häufig

Gewichtsnachteile. Demgegenüber bestehen auch

Leichtbaulösungen am Markt, welche beispielsweise einen Reibring aus Stahlguss und einen Bremsscheibentopf aus

Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besitz Problem des Kontaktes von zwei verschiedenen Metallen bei diesen Bremsscheiben, muss der Bremsscheibentopf auch separat hergestellt werden und führt insofern zu höheren Kosten.

Darüber hinaus besteht bei dem aus Stahlguss hergestellten Reibring ebenfalls die Problematik der Mindestwanddicke und insofern eines erhöhten Gewichts. Aus der deutschen

Offenlegungsschrift DE 10 2009 029 780 AI ist eine

Bremsscheibe für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem der Bremsscheibentopf aus einem Flachteil durch Drückwalzen hergestellt wird und auf den im Drückfutter der

Drückwalzvorrichtung angeordneten Reibring aufgeformt wird. Durch im Reibring vorgesehene Fügeflächen kann der

Bremsscheibentopf mit dem Reibring bzw. der Reibringanordnung formschlüssig verbunden werden. Zwar kann sowohl der

Bremsscheibentopf als auch der Reibring aus einem

unterschiedlichen Material gewählt werden, so dass eine

Leichtbauweise ermöglicht wird, allerdings werden beide

Bauteile weiterhin getrennt hergestellt und anschließend über einen Formschluss miteinander verbunden. Da der Reibring wiederum aus einer gegossenen Struktur besteht, ist auch hier die Wanddicke des Reibrings auf das Minimum, welches für das Gießen des Reibrings benötigt wird, beschränkt.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die

Aufgabe zugrunde, eine Bremsscheibe vorzuschlagen, welche einerseits auf einfache Weise gefertigt werden kann,

Gewichtseinsparpotential besitzt und gleichzeitig eine

Massenfertigung ermöglicht. Darüber hinaus soll ein einfaches Herstellverfahren für eine Bremsscheibe sowie vorteilhafte Verwendungen der Bremsscheibe vorgeschlagen werden. Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe für eine Bremsscheibe dadurch gelöst, dass Reibring und Bremsscheibentopf der Bremsscheibe

einstückig sind und aus einer drückgewalzten warmfesten oder hochwarmfesten Stahlgüte bestehen. Durch das Drückwalzen oder das Fließdrückwalzen kann eine hoch präzise Form des

Reibrings und des Bremsscheibentopfs aus einem einzigen

Metallstück bereitgestellt werden. Dadurch, dass lediglich ein einziger Verfahrensschritt mit einem einzigen Rohmaterial verwendet wird, gestaltet sich das Herstellverfahren für die erfindungsgemäße Bremsscheibe besonders kostengünstig.

Darüber hinaus können die Wanddicken auf das technisch notwendige Minimum reduziert werden, so dass eine deutliche Gewichtseinsparung ermöglicht wird. Die erfindungsgemäße Bremsscheibe ist darüber hinaus nicht auf die zum Gießen geeigneten Metalle, wie spezifische Gussstähle, beschränkt, sondern kann auch aus nicht gießfähigen, beispielsweise hochwarmfesten Stahllegierungen oder Aluminiumlegierungen, hergestellt werden.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Bremsscheibe weisen der Bremsscheibentopf und der Reibring zumindest bereichsweise eine unterschiedliche Wanddicke auf. Drückwalzen oder Fließdrückwalzen ermöglicht eine enorme Umformflexibilität, so dass beispielsweise der Reibring eine größere Wanddicke als der Bremsscheibentopf aufweisen kann. Beim Drückwalzen bzw. beim Fließdrückwalzen besteht die Möglichkeit, Material anzuhäufen oder an anderer Stelle zu formieren, so dass aufgrund der hohen Flexibilität in der Formgestaltung der Bremsscheibe die optimalen Dicken für den Bremsscheibentopf und den Reibring gewählt werden können, so dass ein optimales Gewicht erzielt wird. Die hohe Formgebungsmöglichkeit beim Anwenden des Drückwalzens bzw. Fließdrückwalzens ermöglicht es, auch einstückige Bremsscheiben bereitzustellen, welche gemäß einer weiteren Ausgestaltung als Doppelbremsscheibe ausgebildet sind. Doppelbremsscheiben weisen zwei Reibringe auf, welche aus zwei Ringflächen bestehen, die beabstandet voneinander angeordnet sind. Selbst derartige komplexe Geometrien werden erfindungsgemäß einstückig bereitgestellt und benötigen insofern nicht mehr Arbeitsschritte als die einfache

Bremsscheibe .

Vorzugsweise weist der Bremsscheibentopf Mittel zur

Befestigung einer Drehachse und/oder der Reibring Mittel zur Belüftung des Reibrings auf. Die Mittel zur Befestigung des Bremsscheibentopfs an der Drehachse oder auch zur Belüftung des Reibrings können auf einfache Weise über das Drückwalzen bzw. Fließdrückwalzen hergestellt werden. Allerdings ist auch vorstellbar, dass andere Verfahrensschritte verwendet werden, um Mittel zur Befestigung des Bremsscheibentopfes und/oder Mittel zur Belüftung des Reibrings der Bremsscheibe

bereitzustellen.

Weist der Reibring eine Beschichtung auf, können

unterschiedliche Funktionen mit dieser Beschichtung erreicht werden. Beispielsweise kann bei einer besonders

hochtemperaturfesten Beschichtung das Material des Reibrings und damit auch des Bremsscheibentopfs möglichst kostengünstig gewählt werden, da eine hohe Temperaturfestigkeit der

Oberfläche des Reibrings bereits durch die Beschichtung gewährleistet wird. Hierdurch können beispielsweise nicht so hochtemperaturfeste Stahlgüten als Material für den Reibring und den Bremsscheibentopf eingesetzt werden.

Generell können beliebige Metalle eingesetzt werden, sofern sie einerseits die notwendige plastische Verformung während des Drückwalzens bzw. des Fließdrückwalzens gewährleisten. Bevorzugt besteht die Bremsscheibe aus Stahl, einer hochwarm- oder warmfesten Stahlgüte, beispielsweise einer Fe-Al- oder Fe-Al-Cr-Legierung Stahl hat eine höhere Wärmebeständigkeit und ist insofern bevorzugter Werkstoff für hoch

temperaturbelastete Bremsscheiben. Insbesondere Fe-Al- und Fe-Al-Cr-Stähle sind hochwarmfest und kostengünstig, so dass sie für Bremsscheiben besonders gut geeignet sind. Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe für ein Herstellverfahren einer Bremsscheibe dadurch gelöst, dass die Bremsscheibe unter Anwendung eines Drückwalzens und/oder Fließdrückwalzens hergestellt wird. Drückwalzen oder Fließdrückwalzen ist ein hoch präzises ümformverfahren, mit welchem eine extrem große Formgebungsflexibilität erreicht wird. Insbesondere können mit dem Drückwalzen bzw. Fließdrückwalzen lokal veränderte Wanddicken erzeugt werden, so dass in einem einzigen

Verfahrensschritt aus einem Rohling eine einstückige

Bremsscheibe inklusive Bremsscheibentopf und Reibring herstellbar ist. Aufgrund der hohen

Automatisierungsmöglichkeiten dieses Herstellverfahrens können so Bremsscheiben komplett in einem Arbeitsgang kostengünstig hergestellt werden.

Bevorzugt wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung des

Verfahrens die Bremsscheibe aus einem flachen Stahlblech, einer Ronde oder einem rohrförmigen Fließpressrohling

hergestellt. Denkbar ist auch, dass die Rohlinge bereits vorgeformt sind oder auch Mittel zur Befestigung,

beispielsweise Bohrungen auf einem Drückfutter aufweisen.

Allen Vorprodukten einer Bremsscheibe ist gemein, dass diese mit relativ geringem Aufwand und Kosten herstellbar sind.

Beträgt die Wanddicke des Flachstahls oder der Ronde vor dem Fließdrückwalzen oder Drückwalzen mindestens 4 mm, kann einerseits ausreichend Material zur Ausformung des

Bremsscheibentopfs und des Reibrings bereitgestellt werden. Andererseits ist es möglich beispielsweise einem

Kaltwalzvorgang zur Bereitstellung des Flachstahls zu

vermeiden und dem Flachstahl oder die Ronde aus einem

Warmband bereitzustellen. Hierdurch können ebenfalls Kosten eingespart werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Doppelbremsscheibe unter Verwendung des

Fließdrückwalzens oder Drückwalzens hergestellt. Eine

Doppelbremsscheibe weist zwei parallel zueinander angeordnete Reibringe auf, die einstückig mit dem Bremsscheibentopf sind. Da für die Herstellung der Doppelbremsscheibe lediglich ein einziger Arbeitsgang notwendig ist, kann auch bei der

Herstellung von Doppelscheibenbremsen eine Kosteneinsparung erzielt werden.

Um bei der hergestellten Bremsscheibe einen späteren Verzug der Bremsscheibe bei Wärmeeinwirkung auszuschließen, wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens das Metall während der plastischen Verformung thermisch gesteuert. Die Temperaturerhöhung durch die Umformung des zu formenden Werkstücks wird durch geringe bzw. gezielte/gelenkte Kühlung auf ein Minimum reduziert. Selbstverständlich ist es auch denkbar, das zu formende Werkstück gezielt beispielsweise induktiv oder konduktiv zu erwärmen, um den

Formgebungsprozess zu unterstützen. Insbesondere bei der Verwendung von Stahlgüten ist es von Vorteil, wenn die hergestellten Bremsscheiben nach deren Herstellung gehärtet und angelassen wird. Das Herstellen der Bremsscheiben unter Verwendung des

Drückwalzens bzw. Fließdrückwalzens ist derart präzise, dass auf weitere spanabhebende und im Idealfall auch auf

Schleifprozesse für die Reibflächen verzichtet werden kann. Mit dem Drückwalzen bzw. Fließdrückwalzen kann also eine direkt einsetzbare Bremsscheibe bereitgestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden zumindest die Oberflächen der Reibringe der Bremsscheibe beschichtet. Diese Beschichtung kann entweder als

Hochtemperaturbeschichtung ausgeführt werden, so dass diese die Reibringe selbst schützt. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit die Oberfläche der Reibringe durch die

Beschichtung lediglich vor Korrosion zu schützen, so dass im Falle der Verwendung der Bremsscheibe die Beschichtung durch die ersten Bremsvorgänge entfernt wird. Prinzipiell ist auch denkbar den Bremsscheibentopf zu beschichten, um diesen entweder ansprechend zu gestalten oder auch vor Korrosion zu schützen . Da die erfindungsgemäße Bremsscheibe ein großes Potential im Hinblick auf die Gewichtseinsparung besitzt, auf einfache Weise mit geringen Kosten herstellbar ist, wird die Bremsscheibe in Kraft- oder Schienenfahrzeugen, Kränen und Aufzügen bevorzugt verwendet.

Im Weiteren soll die Erfindung anhand von

Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Hälfte einer Schnittansicht eines ersten

Ausführungsbeispiels einer Bremsscheibe,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer

Bremsscheibe in einer Schnittansicht,

Fig. 3 in einer schematischen Schnittansicht eine

Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens ,

Fig. 4 und 5 verschiedene Formen von Rohlingen zur

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine Hälfte einer Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe zeigt Fig. 1. Die

Bremsscheibe 1 besteht aus einem Bremsscheibentopf 2 sowie einem Reibring 3. Der Reibring 3 nimmt bei Bremsvorgängen Kontakt mit nicht dargestellten Bremsklötzen auf, so dass die Drehung der Bremsscheibe 1 über Reibung am Reibring 3 abgebremst wird. Der Bremsscheibentopf 2 und der Reibring 3 sind erfindungsgemäß einstückig aus einem drückgewalzten Metall ausgeführt. Hierdurch ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass einerseits die Verbindung zwischen Reibring und Bremsscheibentopf eine maximale Festigkeit aufweist.

Andererseits ergibt sich die Möglichkeit durch das Drückwalzen oder Fließdrückwalzen andere Werkstoff als

Gusswerkstoffe für die Herstellung der Bremsscheibe zu verwenden, so dass auch deutlich geringere Wanddicken möglich sind. Daneben ergibt sich zudem der Vorteil gegenüber anderen Leichtbaulösungen, dass aufgrund des einstückigen Aufbaus der Bremsscheibe 1 Korrosionsproblematiken in Bezug auf die

Kombination unterschiedlicher Materialien keine Rolle mehr spielen. Das drückgewalzte Metall kann zudem noch Mittel 4 zur Befestigung der Bremsscheibe auf einer drehenden Achse oder auch auf dem Drückfutter, welches zur Herstellung der Bremsscheibe verwendet wird, aufweisen. Wie man der Fig. 1 entnehmen kann, weist der Bremsring 3 eine größere Wanddicke auf als der Bremsscheibentopf 2. Dies wird dadurch erreicht, dass das Drückwalzen und/oder Fließdrückwalzen das Material plastisch derart stark verformen kann, dass

Materialanhäufungen oder Ausdünnungen auf einfache Weise bereitgestellt werden können. Die erfindungsgemäße

Bremsscheibe 1 kann darüber hinaus durch die Verwendung des Drückwalzens bzw. Fließdrückwalzens sehr präzise hergestellt werden, so dass Schleifprozesse oder spanabhebende Prozesse an der Bremsscheibe 1 nach dem Arbeitsgang des

Fließdrückwalzens bzw. Drückwalzens in der Regel nicht mehr notwendig sind. Durch die Auswahl des drückgewalzten Metalls besteht die

Möglichkeit, nicht nur Gusswerkstoffe für die Herstellung von Bremsscheiben 1 zu verwenden. Die erfindungsgemäße

Bremsscheibe kann beispielsweise auch aus Stahlgüten

herstellt werden, welche bisher für den Bau der Bremsscheiben nicht einsetzbar waren, beispielsweise Güten aus Fe-Al-Cr-

Legierungen. Angedeutet in Fig. 1 ist zudem eine Beschichtung 5, welche vorzugsweise auf dem Reibring 3 auf beiden Seiten vorgesehen ist. Sie kann dazu dienen, um dem Reibring 3 vor Korrosion oder ähnlichen Einflüssen zu schützen, um dann bei den ersten Bremsvorgängen entfernt zu werden. Andererseits kann die Beschichtung 5 auch sehr temperaturfest und reibfest sein, so dass diese zur Bereitstellung der Bremswirkung genutzt wird. In diesem Fall muss beispielsweise der

verwendete Werkstoff für die Bremsscheibe, beispielsweise die Stahlgüten, die nicht so eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen, so dass beispielsweise kostengünstigere Stahlgüten verwendet werden können.

Ein nächstes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2 in einer

Schnittansicht einer Hälfte einer erfindungsgemäßen

Bremsscheibe 1' , welche als Doppelbremsscheibe ausgebildet ist. Die Doppelbremsscheibe der Fig. 2 weist zwei parallel angeordnete Reibringe 3 auf, welche ebenfalls über eine

Beschichtung 5, die beidseitig angeordnet ist, verfügen.

Darüber hinaus ist die in Fig. 2 dargestellte Bremsscheibe ebenfalls einstückig ausgeführt.

Fig. 3 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann bzw. eine erfindungsgemäße Bremsscheibe

hergestellt werden kann. Die bekannte Vorrichtung zur

Durchführung des Drückwalzens weist ein Drückfutter 6 auf, welches die Form der Bremsscheibe samt Bremsscheibentopf und Reibring aufweist. Der Fließpressrohling 7 wird über

Haltemittel 8 auf das Drückfutter 6 gedrückt und die ganze Vorrichtung wird in Drehung versetzt. Die angedeuteten

Drückwalzen 9, 10 können dann durch ein Fließdrückwalzen bzw. Drückwalzen den Rohling 7 derart verformen, dass dieser beispielsweise die Form der in Fig. 1 dargestellten Bremsscheibe 1 aufweist. Die rotierenden Drückwalzen können dabei das Material plastisch verformen und sehr große

Umformgrade erzielen. Zusätzliche Mittel zur Erwärmung bzw. Kühlung der Bereiche, welche drückgewalzt werden sollen, können vorgesehen sein und dienen dazu, durch die

Temperatursteuerung, ein Verziehen der Bremsscheibe bei Temperatureinwirkung zu vermeiden. Durch die thermische Steuerung werden in das Material durch die Umformung

eingebrachte Spannungen abgebaut, so dass die Bremsscheibe spannungsarm bereitgestellt werden kann, beispielsweise mittels einer konduktiven Erwärmung, die innerhalb des

Drückfutters integriert sein kann (hier nicht dargestellt) .

Schließlich sind in Fig. 4 und Fig. 5 in perspektivischen Darstellungen zwei unterschiedliche Rohlinge 11, 12, welche für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe mit Bremsscheibentopf und Reibring verwendet werden können, dargestellt. Die Ronde 11 und der

Fließpressrohling 12 können auf einfache Weise als

Massenprodukt hergestellt werden und dienen als

kostengünstiges Ausgangsprodukt zur Herstellung der

erfindungsgemäßen Bremsscheibe 1. Wie bereits ausgeführt, kann durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können nicht nur Bremsscheiben aus bisher nicht gekannten Werkstoffen hergestellt werden, insbesondere können auch die Kosten des Herstellverfahrens deutlich gesenkt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Bremsscheibe (1) einer Scheibenbremse umfassend einen Bremsscheibentopf (2) und einen Reibring (3) ,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s Reibring (3) und Bremsscheibentopf (2) der Bremsscheibe (1) einstückig sind und aus einer drückgewalzten

warmfesten oder hochwarmfesten Stahlgüte bestehen.

2. Bremsscheibe nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Bremsscheibentopf (2) und der Reibring (3) zumindest bereichsweise unterschiedliche Wanddicken aufweisen.

3. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Bremsscheibe (1) als Doppelbremsscheibe ausgebildet ist .

4. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Bremsscheibentopf (2) Mittel (4) zur Befestigung einer Drehachse und/oder der Reibring Mittel zur

Belüftung des Reibrings aufweist.

5. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Reibring (3) eine Beschichtung (5) aufweist.

6. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Bremsscheibe (1) aus Stahl, einer FeAl- oder einer FeAlCr-Legierung besteht.

Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s zumindest der Reibring (3) eine hochtemperaturfeste

Beschichtung aufweist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche einen Bremsscheibentopf (2) und einen Reibring (3) aufweist,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Bremsscheibe (1) unter Anwendung eines Drückwalzens und/oder Fließdrückwalzens hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Bremsscheibe (1) aus einem flachen Stahlblech, einer

Ronde (11) oder einem rohrförmigen Fließpressrohling (12) hergestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Dicke des Flachstahls oder der Ronde (11) vor dem Fließdrückwalzen oder Drückwalzen mindestens 4 mm

beträgt .

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s eine Doppelbremsscheibe (1' } unter Verwendung des

Fließdrückwalzens oder Drückwalzens hergestellt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Metall während der plastischen Verformung thermisch gesteuert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zumindest die Oberflächen der Reibringe (3) beschichtet werden.

14. Verwendung einer Bremsscheibe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 für Kraft- und Schienenfahrzeuge, Kräne und

Aufzüge .