CN103119317A - 具耐磨层和一体化磨损指示结构的摩擦盘和耐磨层的成分 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种摩擦盘（2），具有耐磨层（1）和一体化的磨损指示结构，其中，摩擦盘（2）具有由耐磨层（1）整面覆盖的摩擦面（2'）。耐磨层（1）与摩擦盘（2）之间具有至少一个指示面单元（3），该指示面单元占据一部分摩擦面（2'）并且通过色彩和结构这两个特征中的至少一个特征至少与摩擦盘（2）的摩擦面（2'）和耐磨层（1）这两个部件之一有所不同。本发明此外公开摩擦盘（2）耐磨层（1）的成分。
Description
技术领域
本发明涉及一种特别是盘式制动器制动盘的摩擦盘，其具有耐磨层和一体化的磨损指示结构。本发明此外涉及摩擦盘耐磨层的成分。
背景技术
公知摩擦***宜装备一种装置，利用该装置可以识别何时会由于磨损而超过摩擦盘的使用寿命并需要将其更换。为此DE 101 18 920 C1介绍了一种由利用碳纤维增强的陶瓷复合材料组成的摩擦盘，其中一部分摩擦面由其他材料、特别是含碳的材料组成，这种材料的耐磨强度和耐氧化强度低于摩擦面的其余部分。由此在运行期间造成的较高磨损改变摩擦盘的平衡品质并在超过摩擦盘使用寿命的情况下产生光、声或机械信号。
EP 0 411 284 A2公开了一种用于显示汽车闸瓦/制动衬带磨损极限的磨损显示器，据称其在功能可靠的同时结构简单和制造成本低廉。为此目的在一个装入制动蹄支承板的孔内的堵头内设置U形线匝。在达到磨损极限和线匝与制动盘接触的情况下触发一电信号。
为可以目测检查制动盘，以便可以确定剩余的使用寿命或不规则的磨损，US 4,457,566B1公开了一种具有光学/视觉的磨损指示器的制动盘。为此制动盘在至少一个摩擦面的表面中具有基本上与摩擦面平行的空隙，该空隙的深度这样设计，使得处于其下面的制动盘还有最小厚度。
发明内容
从这种现有技术出发，目的是提供一种摩擦盘，特别是制动盘，其一方面装备有用于减少制动粉尘形成的耐磨层，以减少微尘放散到环境中，另一方面具有磨损指示器，借助其能以简单方式视觉上识别在装备有耐磨层的摩擦盘上何时出现摩擦值改变并因此需将其更换，以避免增加磨损和粉尘放散增多。
该目的通过具有权利要求1所述特征的摩擦盘得以实现。
该主题的扩展方案在从属权利要求中详细说明。
此外的目的在于提供耐磨层的成分，其适合于应用在由任意材料和任意设计制成的制动盘的摩擦面上以减少粉尘放散。
该目的通过具有权利要求7所述特征的成分得以实现。
本发明的第一实施形式涉及一种如作为盘式制动器的制动盘或作为离合器从动盘使用的那样的摩擦盘，该摩擦盘为减少磨损进而粉尘形成而在摩擦盘的摩擦面上装备有耐磨层。因为摩擦片衬面和摩擦盘的共同作用是一种专用的摩擦***，所以显示耐磨层的使用寿命或显示出超过了摩擦面上的保护层的使用寿命具有特别重要的意义。在整面覆盖摩擦面的耐磨层与摩擦盘之间设有一个或多个指示面单元，它们占据一部分摩擦面并在颜色和/或结构方面与摩擦面和/或耐磨层明显不同。如果设有多于一个的指示面单元，那么这些指示面单元可以设置成彼此间隔开地分布在摩擦面上，但也可以设想指示面单元被设计成环形环绕的结构。
利用设置在耐磨层与摩擦盘的摩擦面之间的指示面单元可以准确识别，何时出现保护层的临界磨损并因此必须更换摩擦盘。如果保护层磨损，那么出现摩擦值改变，这种改变影响摩擦片衬面和摩擦盘的共同作用，从而导致摩擦盘磨损增加和粉尘形成增多。
只要耐磨层磨蚀达到规定深度，设置在耐磨层下面的指示面单元就会露出。因为指示面单元在此也可以伸入耐磨层内，所以
临界磨损的指示特别是通过可视觉识别的指示面单元进行。这些指示面单元在一种实施形式中仅由摩擦盘的摩擦面内的凹处组成，当耐磨层磨蚀时，所述凹处通过其轮廓突显出来。在其他实施形式中，凹处也可以利用指示材料填充，该指示材料具有不同于周围摩擦面的颜色和/或结构。作为选择，但特别是作为对视觉指示效果的补充，指示面单元也可以配备有触觉效果。为此例如适用非常粗糙和多孔的指示材料，其与光滑制动盘表面的结构区别可以很容易感觉到。
在本发明的另一种实施形式中，作为指示面单元的指示器材料层不是设置在摩擦面内，而是设置在摩擦面上，然后由耐磨层包围并因此至少与耐磨层在颜色或结构上有所不同。
摩擦盘摩擦面上的耐磨层具有10–200μm、优选10–50μm的厚度，因此对于在金属材料的摩擦盘上的使用来说非常薄并是初次。
可以装备有耐磨层的摩擦盘因此可以由灰口铸铁、钢或铝合金组成。指示面单元处于耐磨层下面并在临界磨损后才能看到。指示面单元例如由彩色、黑色或白色的陶瓷、矿物颜料和/或纤维纺织物或纤维编织物组成。金属泡沫材料或陶瓷泡沫材料同样适用。耐磨层本身要么由——特别是基于碳化物或氧化物陶瓷的——陶瓷组成，由——优选是一包括金属基质中的碳化物或氧化物陶瓷的复合材料的——金属陶瓷组成，要么可以由硬合金组成。
此外，耐磨层内可以埋入有陶瓷硬材料颗粒，所述陶瓷硬材料颗粒特别是由氧化铝（刚玉）和/或氧化钛组成。
本发明的其他实施形式涉及依据本发明的摩擦盘耐磨层的成分，其取决于是合金、是金属陶瓷还是陶瓷。
在将合金用于形成耐磨层的情况下，所述成分例如可以包括含铬和/或镍的钨基合金或铬/镍钢。钨基合金是这样一种成分，其含有优选20–35%重量百分比的铬和5–15%重量百分比的镍、特别优选27%重量百分比的铬和10%重量百分比的镍，以及补足100%重量百分比的剩余份额的钨和合金中常见的微量夹杂物。可选择的铬/镍钢在一种优选的实施形式中具有至少16%重量百分比的铬和至少10%重量百分比的镍，特别优选16.5–20%重量百分比的铬含量和10–26%重量百分比的镍含量。
如果金属陶瓷被用于耐磨层，那么该金属陶瓷可以由钨合金组成，在该金属陶瓷中含有Al2O3、TiO2和/或SiC的陶瓷颗粒。一可选择的金属陶瓷中含有在Ni、Co和/或Cr金属基质中的WC和/或CrC，其中，特别优选60–85%重量百分比的WC。特别适用具有70–85%重量百分比的WC和7–12%重量百分比的Co的金属陶瓷。
摩擦盘耐磨层的依据本发明的成分的另一种实施形式涉及一种陶瓷，其由WC、CrC、SiC、Al2O3、TiO2或其组合组成。优选的陶瓷由WC和Al2O3或由Al2O3和TiO2组成，后者优选含有60–97%重量百分比的Al2O3和3–40%重量百分比的TiO2。
所述的和另外的优点通过下面参照附图的说明进行介绍。
附图说明
在说明中对附图的参照用于辅助说明和便于理解主题。基本相同或相似的主题或主题部分具有同一附图标记。附图仅是本发明一种实施方式的示意性图示。其中：
图1示出具有耐磨层和磨损指示结构的制动盘的侧视横截面图；
图2a示出具有两个不同磨损指示器的摩擦面部分的俯视图；
图2b示出与图2a的视图相对应的侧视剖面图。
具体实施方式
依据本发明的摩擦盘主要涉及制动盘，但也包括其他摩擦盘例如像离合器从动盘。制动盘可以是复合制动盘或实心材料的制动盘，所述制动盘依据本发明在摩擦盘摩擦环旁边的摩擦面上装备有耐磨层并包括一体化的磨损指示结构。
图1示出内部通气的制动盘2，其例如可由灰口铸铁、钢或铝合金制造。在摩擦盘2的两个彼此背离的摩擦面2'上分别涂覆有各自一个耐磨层1，耐磨层的厚度不足200μm，优选不足50μm。在图1中可看到由耐磨层1包围的且由指示器材料构成的局部涂覆的层作为指示面单元3。这种指示面单元3在耐磨层1相应磨掉或磨损时可以视觉识别。没有示出但可以设想的是，在第二摩擦面上设置有至少另一个指示面单元，但其在将制动盘安装在汽车上的情况下不能从外面直接看到。
图2a和2b示出指示面单元3的两种不同实施形式，其中二者首先是在摩擦盘2的摩擦面2'上加工出的凹处3。右侧上所示的指示面单元3仅通过扩孔实现，从而保护层1磨损后如图2a所示仅可以看到例如作为盲孔的轮廓，而左侧上的凹处则利用指示材料3填充，该指示材料在颜色和/或结构方面与摩擦面2'有所区别。颜色上的区别一方面可以这样实现，即作为指示材料使用白色、黑色或彩色的材料，但也可以通过由于摩擦***的热作用产生的化学反应特别是氧化反应引起变色。
作为指示材料通常例如考虑陶瓷，其可以由Al2O3或TiO2而具有白色或由SiC具有黑色。其他颜色可以通过矿物颜料例如像金属氧化物而实现。陶瓷可以在涂覆耐磨层之前作为镶嵌物装入凹处内或装在摩擦面上。所述固定可以通过适当的粘接或需要时焊接或钎焊来进行。优选指示器元件在铸造摩擦盘时铸入。
在一种耐磨层由金属-陶瓷复合材料组成的优选实施形式中，使用白色陶瓷作为指示器材料，其在制造时例如在喷涂涂层时首先将其注入指示器空隙内，然后通过将喷涂装置移到金属/陶瓷-涂层上来进行耐磨层的涂覆。
用于视觉上识别指示面单元的、结构上的区别例如可以通过由金属纤维或金属纺织物或金属编织物组成的浇铸件来实现，例如通过将小的钢丝织物铸入铝制动盘中。以这种方式也能有利地通过金属泡沫材料或陶瓷泡沫材料来实现。在超过耐磨层的使用寿命或耐磨层磨掉或磨损后，织物或泡沫材料露出，从而视觉上或还有触觉上可以识别在颜色和/或结构上与摩擦面不同的纤维或泡沫材料。
依据本发明的摩擦盘耐磨层的成分与摩擦片衬面、例如像闸瓦/制动衬带共同形成专用的摩擦***，其特征在于低磨损和少粉尘形成。借助一体化的磨损指示器可以准确识别何时必须更换摩擦盘，以避免随着磨损的增加和制动粉尘形成的增多而摩擦值改变。
指示面单元在此可以通过一个或多个局部的面积单元形成。从图2a可以看出一个圆形单元，造型不言而喻可与所示图案不同。可以设想所有的几何图案和设计元素，指示面单元也可以是三角形、星形或字母的形状。如果面积单元构造成环状环绕的结构，那么它也可以是圆圈或是波浪形或锯齿形的带。环绕的结构识别特别简单，因为它们不会像局部涂覆的单元那样可能被安装在制动盘前面的轮辋遮盖住。这样在环绕的指示面单元中，在已安装的车轮情况下一眼就能看出是否需要更换制动盘。
耐磨层的优选成分由WC和Al2O3或Al2O3和TiO2作为陶瓷组成。后者优选含有60–97%重量百分比的Al2O3和3–40%重量百分比的TiO2。作为选择，耐磨层的成分能以W（钨）为基础，它是一种含有Cr和/或Ni的钨基合金，其优选含有20–35%重量百分比的Cr和5–15%重量百分比的Ni以及其余成分W和合金上常见的夹杂物。优选的钨基合金含有27%重量百分比的Cr和10%重量百分比的Ni。这种钨基合金内可以加入有特别是Al2O3和/或TiO2的陶瓷硬材料颗粒。
如果为耐磨层使用Cr/Ni钢，那么这种钢具有至少16%重量百分比的Cr和至少10%重量百分比的Ni。一例如通过Cr/Ni钢的陶瓷压铸层构成的耐磨层优选也可以具有16.5–20%重量百分比的Cr含量和10–26%重量百分比的Ni含量。
由在金属基质中的碳化物（氧化物）陶瓷组成的金属陶瓷为作为耐磨层使用由在N、Co和/或Cr的金属基质中的CrC和/或WC形成。碳化钨的含量在此处于60–85%重量百分比的范围内，一种优选的成分包括70–85%重量百分比的WC和7–12%重量百分比的Co。也可以设想，作为耐磨层的成分使用在钨基质中的Al2O3、TiO2和/或SiC。
Claims (10)
1.一种摩擦盘（2），具有耐磨层（1）和一体化的磨损指示结构，其中，摩擦盘（2）具有摩擦面（2'），耐磨层（1）整面覆盖摩擦面（2'），其特征在于，耐磨层（1）与摩擦盘（2）之间设有至少一个指示面单元（3），该指示面单元占据一部分摩擦面（2'）并且通过色彩和结构这两个特征中的至少一个特征至少与摩擦盘（2）的摩擦面（2'）和耐磨层（1）这两个部件之一有所不同。
2.按权利要求1所述的摩擦盘（2），其特征在于，多个指示面单元（3）以彼此间隔开地分布在摩擦面（2'）上的方式设置，或该指示面单元（3）构造成环形环绕的结构。
3.按权利要求1或2所述的摩擦盘（2），其特征在于，指示面单元（3）是摩擦盘（2）摩擦面（2'）中的凹处或通过一指示器材料层提供，该层设置在凹处内或摩擦面（2'）上。
4.按权利要求1至3至少之一所述的摩擦盘（2），其特征在于，耐磨层（1）具有10–200μm、优选10–50μm的厚度。
5.按权利要求3或4所述的摩擦盘（2），其特征在于，
-指示器材料是彩色、黑色或白色的陶瓷、矿物颜料和/或纤维纺织物/纤维编织物，
-耐磨层（1）由特别是碳化物或氧化物陶瓷的陶瓷、由特别是一在金属基质中的碳化物或氧化物陶瓷的金属陶瓷、或由合金组成，以及
-摩擦盘（2）由灰口铸铁、钢、铝合金组成。
6.按权利要求5所述的摩擦盘（2），其特征在于，耐磨层（1）内埋入有由陶瓷、特别是由Al2O3和/或TiO2组成的硬材料颗粒。
7.按权利要求1至6至少之一所述的摩擦盘（2）的耐磨层（1）的成分，其特征在于，耐磨层由合金、金属陶瓷或陶瓷组成。
8.按权利要求7所述的成分，其特征在于，所述合金
-具有含Cr和/或Ni的钨基合金、特别是含有20–35%重量百分比的Cr和5–15%重量百分比的Ni、特别优选27%重量百分比的Cr和10%重量百分比的Ni的钨基合金，该钨基合金还具有补足100%重量百分比的剩余份额的W和合金中常见的微量夹杂物，或
-由Cr/Ni钢组成，特别是由具有至少16%重量百分比的Cr和至少10%重量百分比的Ni、特别优选16.5–20%重量百分比的Cr和10–26%重量百分比的Ni的Cr/Ni钢组成。
9.按权利要求7所述的成分，其特征在于，所述金属陶瓷
-具有包括Al2O3、TiO2、SiC至少之一的钨合金或
-由在Ni、Co和/或Cr的金属基质中的WC和/或CrC组成，特别是由具有60–85%重量百分比的WC、特别优选70–85%重量百分比的WC和7–12%重量百分比的Co的金属陶瓷组成。
10.按权利要求7所述的成分，其特征在于，陶瓷由WC、CrC、SiC、Al2O3或TiO2或它们的组合组成，特别是由
-WC和Al2O3的组合组成或由
-Al2O3和TiO2的组合组成，优选由成分为60–97%重量百分比的Al2O3和3–40%重量百分比的TiO2的Al2O3和TiO2组成。
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