DE69716613T2

DE69716613T2 - Durch linearreibung geschweisste bremsbackenbaugruppe

Info

Publication number: DE69716613T2
Application number: DE69716613T
Authority: DE
Inventors: Murray Mahoney; Yngve Naerheim
Original assignee: Meritor Heavy Vehicle Systems LLC
Current assignee: Meritor Heavy Vehicle Systems LLC
Priority date: 1996-08-16
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2017-08-08
Also published as: AU3971397A; DE69716613D1; WO1998006531A1; US6237834B1; EP0921894A1; ES2185977T3; EP0921894B1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugbremsbackenbaugruppen, bei dem die Stegelemente und die Bremsbackenplatte durch ein lineares Reibschweißverfahren zusammengefügt werden.
Moderne Fahrzeuge erfordern präzise hergestellte Bremsbackenbaugruppen. Normalerweise werden die Bremsbacken mit einem mehrstufigen, relativ komplexen und teuren Verfahren hergestellt. Zum Beispiel wird die Bremsbackenplatte zu einer vorgeschriebenen Krümmung profilgewalzt. Zwei Stege werden dann ausgerichtet und durch Buckelschweißen an der Platte befestigt. Wenn die Stege an die Platte angefügt sind, werden entsprechende Schlitze in die Stege geschnitten oder darin ausgebildet, damit die Bremsbacke zusammen mit der übrigen Bremsbaugruppe arbeiten kann. Die Schlitze in den Stegen müssen wärmebehandelt werden, um eine hohe Härte zu erzielen. Die Wärmebehandlung der Stege ist schwieriger, nachdem sie an die Platte angefügt wurden. Bisher war es jedoch nicht möglich, das Härtungsverfahren vor dem Anfügen der Stege an die Platte durchzuführen, weil ein präzise ausgerichteter Satz Schlitze in den Stegen bereitgestellt werden mußte, der während des typischen Verfahrens des Anfügens der Stege an die Platte verzogen werden würde.
Das übliche Verfahren zur Montage einer Bremsbacke hat mehrere Nachteile und Mängel. Die Durchführung der Wärmebehandlung nach der oben erläuterten Montage der Stege an der Backe erfolgt nicht so kontrolliert wie dies wünschenswert wäre und fügt dem Montageverfahren noch einen teuren Schritt hinzu. Das Buckelschweißen der Stege an die Platte ist ebenfalls unerwünscht teuer, weil es komplexe Maschinen mit hohem Energieverbrauch und hohem Wartungsaufwand erfordert. Es ist daher wünschenswert, die aktuelle Technologie des Verfahrens zur Montage von Bremsbacken durch ein zuverlässigeres, flexibles Verfahren zu ersetzen.
Diese Erfindung befaßt sich mit den Erfordernissen und Mängeln der herkömmlichen Verfahren. Die Erfindung stellt ein präziseres, weniger teures und weniger arbeitsintensives Verfahren zur Montage von Bremsbacken bereit als der Stand der Technik. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein lineares Reibschweißverfahren verwendet, um die Stege an die Bremsbackenplatte anzufügen:

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Allgemein ausgedrückt wird das zu dieser Erfindung gehörige Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugbremsbacke, die zwei Stegelemente und ein Bremsbackenplattenelement aufweist, in vier grundlegenden Schritten durchgeführt. Zunächst werden zwei Stegelemente in einer vorgewählten Ausrichtung relativ zueinander ausgerichtet. Dann wird das Bremsbackenplattenelement so auf die zwei Stegelemente ausgerichtet, daß ein Teil der Bremsbackenplatte mit einem Teil jedes Steges in Anlage ist. Die Bremsbackenplatte wird mit den Stegelementen in Anlage gehalten, und die Stegelemente werden in ihrer vorgewählten Ausrichtung gehalten, während die Platte und die Stege relativ zueinander bewegt werden. Während die Stege in Anlage mit der Platte gehalten werden, fährt diese Bewegung zu einem Anstieg der Temperatur in den sich in Anlage befindlichen Teilen der Platte und der Stegelemente. Sobald es zu einem hinreichenden Temperaturanstieg kommt und das Plattenelement immer noch gegen die Stegelemente gepreßt ist, werden die Stegelemente und das Plattenelement fest zusammengefügt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat jedes Stegelement eine Anzahl von Vorsprüngen, die zu Beginn des Montageverfahrens an dem Plattenelement anliegen. Die Relativbewegung zwischen der Platte und den Stegelementen führt zu einem Temperaturanstieg der Vorsprünge, doch steigt diese Temperatur nicht bis zum Schmelzpunkt des Metalls der Stegelemente an. Nach einem ausreichenden Temperaturanstieg wird das Plattenelement unter Aufwendung einer Kraft, die größer ist als die Kraft, mit der die Stegelemente während der Relativbewegung ausgerichtet gehalten werden, gegen die Stegelemente gepreßt. Diese größere Kraft führt dazu, daß die Vorsprünge so verformt werden, daß die Platte am Ort jedes Vorsprungs an die Stege angeschweißt wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Platte und die Stegelemente im allgemeinen bogenförmig. Jedes Stegelement hat einen im allgemeinen bogenförmigen Rand, von dem die Vorsprünge nach außen ragen. Wenn das Montageverfahren beendet ist, liegt die Bremsbackenplatte an der gesamten bogenförmigen Oberfläche der Stegelemente an.
Die verschiedenen Merkmale, Vorteile und Einzelheiten dieser Erfindung werden für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsform offensichtlich. Die Zeichnungen, die der ausführlichen Beschreibung beigefügt sind, lassen sich wie folgt beschreiben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

- Fig. 1 ist eine perspektivische, graphische Darstellung der Komponenten einer Bremsbacke.
- Fig. 2 veranschaulicht einen Teil der Ausführungsform von Fig. 1 während der Anfangsphasen des bevorzugten Montageverfahrens.
- Fig. 3a ist eine schematische Darstellung einer frühen Phase des bevorzugten Montageverfahrens.
- Fig. 3b ist eine schematische Darstellung eines mittleren Teils des bevorzugten Montageverfahrens.
- Fig. 3c ist eine schematische Darstellung der Endphasen des bevorzugten Montageverfahrens.
- Fig. 4 ist eine graphische Darstellung einer abgeschlossenen Bremsbackenmontage.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 veranschaulicht die Komponenten einer Bremsbacke 20 in einer perspektivischen Ansicht. Eine Bremsbackenplatte 22 bietet eine Befestigungsfläche für eine herkömmliche Bremsbacke (nicht dargestellt. Zwei Stegelemente 24 und 26 sind an die Bremsbackenplatte 22 auf einer Unterseite der Platte angefügt, die der Seite gegenüberliegt, an der der Bremsklotz angebracht werden würde. Jedes Stegelement umfaßt einen ersten Schlitz 28 und einen zweiten Schlitz 30. Der Schlitz 28 wird zum Beispiel an einer herkömmlichen Verankerung einer Bremsbaugruppe angreifen. Der zweite Schlitz 30 steht zum Beispiel in Wechselwirkung mit einer Nockenrolle in einer nockenbetätigten Bremsbaugruppe. Herkömmlicherweise wurden der erste und der zweite Schlitz 28 und 30 erst nach dem Anfügen der Stegelemente an die Platte 22 in die Stegelemente 24 und 26 eingearbeitet. Gemäß dieser Erfindung wird jedoch das vorteilhafte Merkmal des Bereitstellens des ersten und des zweiten Schlitzes in den Stegelementen vor dem Anfügen der Stegelemente an die Platte 22 möglich.
Es ist wichtig, daß die Stegelemente 24 und 26 jeweils mehrere Vorsprünge 32 umfassen. Wie aus der Darstellung hervorgeht, umfassen die Stegelemente 24 und 26 im allgemeinen flache, ebene Oberflächen mit im allgemeinen bogenförmigen Rändern. Die Vorsprünge 32 ragen vorzugsweise von einem äußeren Rand 33 nach außen. Die Anzahl Vorsprünge und der bogenförmige Zwischenraum zwischen ihnen kann je nach den Anforderungen jeder speziellen Situation verändert werden. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung sind jedoch fünf Vorsprünge vorgesehen, und sie sind im allgemeinen entlang des bogenförmigen äußeren Randes 33 gleich weit voneinander beabstandet.
In Fig. 2 werden die frühen Phasen des bevorzugten Montageverfahrens schematisch veranschaulicht, indem ein ausgewählter Abschnitt der Ausführungsform von Fig. 1 dargestellt wird. Der erste Schritt bei dem Montageverfahren besteht darin, die Stegelemente 24 und 26 genau auszurichten. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Stegelemente 24 und 26 parallel zueinander bei gleichem Abstand zwischen gegenüberliegenden Flächen an jedem Steg entlang der Gesamtheit jedes Steges. Außerdem sind die ersten Schlitze 28 und die zweiten Schlitze 30 jeweils zwischen den zwei Stegelementen ausgerichtet. Die Bremsbackenplatte 22 wird durch entsprechende Maschinen mit den Vorsprüngen 32 in Anlage gebracht. Die Zeichnungen zeigen Haltevorrichtungen H, die sowohl die Stege als auch die Platte halten. Die Halteelemente sind schematisch dargestellt. Sie können vorzugsweise Steg und Platte aneinander halten und wenigstens einen der beiden bewegen. Der Fachmann wird wissen, wie Maschinen zu entwickeln sind, die die Schritte dieser Erfindung ausführen, und daher wird dies in der vorliegenden Beschreibung nicht in weiteren Einzelheiten beschrieben.
Ein Kraftpfeil 34 zeigt an, daß die Platte 22 mit einer Kraft mit einer Richtung, die zu der bogenförmigen Oberfläche der Platte 22 und dem bogenförmigen Rand 33 der Stegelemente im allgemeinen senkrecht ist, mit Druck gegen die Vorsprünge 32 gehalten wird. Die Haltevorrichtung H könnte diese Kraft aufbringen. Während sich die Platte 22 mit den Vorsprüngen 32 in Anlage befindet, werden entweder die Stegelemente 24 und 26 rasch in einem im allgemeinen bogenförmigen Muster wie es durch die Pfeile 36 schematisch dargestellt ist relativ zu der Platte 22 bewegt, oder die Platte 22 wird relativ zu den Stegelementen 24 und 26 bewegt. Diese Bewegung könnte auch durch die Halteelemente H erzielt werden. In Fig. 3a bis 3c ist der mit dem Kreis 3A eingekreiste Abschnitt von Fig. 2 näher dargestellt.
In Fig. 3a sind die Anfangsphasen des Montageverfahrens schematisch dargestellt. Der Einfachheit halber wird für den Rest dieser Ausführungen angenommen, daß die Platte 22 relativ zu den Stegelementen 24 und 26 bewegt wird. Die Stegelemente und die Platte bestehen vorzugsweise aus einem metallischen Material, und daher führt die Relativbewegung zwischen ihnen unter der axialen Last 34 zu einem Anstieg der Temperatur in den in Anlage befindlichen Teilen. Die Relativbewegung wird fortgesetzt, bis die Temperatur ausreichend ansteigt, um das Zusammenfügen fortzusetzen, doch bevor die Schmelztemperatur des Materials erreicht wird.
In Fig. 3b ist veranschaulicht, daß die Relativbewegung 36 angehalten wird, nachdem die Temperatur in den in Anlage befindlichen Teilen der Platte 22 und der Stegelemente 24 und 26 ausreichend angestiegen ist. Ein Arbeiter auf dem Gebiet des linearen Reibschweißens könnte vor Durchführung dieses Schrittes die zu erreichende notwendige Temperatur ermitteln. Die Platte 22 und die Stege 24 und 26 werden wieder genau ausgerichtet. Eine zweite Kraft, die dieselbe Richhing hat wie die Last 34, wird aufgewandt, um die Platte 22 gegen die Stegelemente 24 und 26 zu pressen. Es sei angemerkt, daß die Last 34 zwar die Platte gegen die Stege zu schieben scheint, doch auch der umgekehrte Fall im Rahmen dieser Erfindung in Betracht gezogen wird. Diese zweite Kraft hat eine Größe, die größer ist als die erste Kraft 34. Die zweite Kraft ist durch die Pfeile 38 schematisch dargestellt. Bei einer Ausführungsform beträgt die Schweißkraft 38 vorzugsweise zwischen 70 und 100 N/mm². Wenn die größere Kraft aufgebracht ist, wird ein Teil des Materials der Vorsprünge 32 in einer als Grat 40 bekannten Form nach außen gepreßt. Der Grat 40 besteht normalerweise aus einem Material, das während oder nach der Montage problemlos entfernt werden kann. Wenn die Kraft 38 aufgebracht wird, werden die Vorsprünge 32 verformt. Demzufolge wird der Vorsprung in Fig. 3b mit 32' bezeichnet.
Wenn die Kraft 38 weiterhin aufgebracht wird, wird der Vorsprung 32' weiter in einen in Fig. 3c veranschaulichten Zustand 32" verformt. Wenn die Vorsprünge 32' ausreichend in den als 32" dargestellten Zustand verformt sind, liegt der innere Teil der Platte 22 entlang der bogenförmigen Oberfläche 33 auf den Stegelementen 24 und 26 auf. Demzufolge befindet sich ein Mittelteil der Innenfläche der Platte 22 vorzugsweise in Anlage mit der bogenförmigen Oberfläche 33 der Stegelemente 24 und 26. In dieser Phase, nachdem das Metall hinreichend abgekühlt ist, haben die Vorsprünge 32" Schweißverbindungen zwischen den Stegelementen 24 und 26 und der Platte 22 ausgebildet. Es ist wichtig, daß die präzise Ausrichtung der Stege 24 und 26 und der Platte während des Schweißverfahrens nicht gestört oder verschoben wird. Sämtliche Wärme und Verformung liegt im wesentlichen in und um die Vorsprünge, und die letzte Bewegung sorgt für eine entsprechende Justierung der verschiedenen Bestandteile, wenn das weiche Metall aushärtet.
Eine fertige Bremsbackenbaugruppe ist in Fig. 4 graphisch dargestellt. Das eben beschriebene Montageverfahren umfaßt eine Technik, die als lineares Reibschweißen bekannt ist. Beim linearen Reibschweißen werden Oszillationen oder lineare Schwingungen unter einer axialen Last herbeigeführt, um in den in Anlage befindlichen Teilen der zwei Metallstücke Wärme zu erzeugen. Die Schwingung oder Oszillation wird dann angehalten und eine höhere Last wird aufgebracht, um die Teile zusammenzupressen. Wegen des Temperaturanstiegs in dem Material wird beim Zusammenpressen zwischen den zwei Stücken eine Schweißgrenzfläche geschmiedet. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die lineare Schwingung durch die bogenförmige Bewegung (schematisch dargestellt durch den Pfeil 36) vor und zurück mit einer Frequenz von ungefähr 50 Hz über eine Strecke von ungefähr 3 mm in jede Richtung herbeigeführt.
Die Entwicklung von Maschinen zur Durchführung eines Verfahrens gemäß dieser Erfindung liegt im Rahmen der Fähigkeiten des Fachmanns. Weitere Informationen bezüglich linearer Schweißtechniken im allgemeinen können aus der Literatur bezogen werden, da das lineare Reibschweißen eine Technik ist, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet wird. Vor dieser Erfindung wurde das lineare Reibschweißen noch nie für die Herstellung von Fahrzeugbremsbackenbaugruppen verwendet.
Ein Montageverfahren gemäß dieser Erfindung bietet signifikante Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren. Zu diesen Vorteilen gehört die Reduzierung der Menge an Nacharbeitung, die nach dem Montageverfahren erforderlich ist, das Überflüssigwerden des Härtens der Stegelemente, nachdem sie an der Platte befestigt wurden, die Vermeidung von beim Schweißen entstehenden Verunreinigungen, die Erhöhung der Montagegeschwindigkeit und die Kosten des Verfahrens, die Bereitstellung einer präziseren Ausrichtung und der effizientere Einsatz von Energie. Ferner ist das Montageverfahren gemäß dieser Erfindung bei einer Vielzahl von Materialien von Nutzen. Stahl und Aluminiumlegierungen haben bei ihrer Verwendung in einem Verfahren gemäß dieser Erfindung ausreichende Haftfestigkeit bewiesen. Die bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielte Haftung ist gleich wie oder stärker als die durch herkömmliche Verfahren erzielte Haftung. Die resultierenden Schweißverbindungen oder Vorsprünge 32" bieten ein fehlerfreies, feinkörniges, voll auskristallisiertes Feingefüge an der Grenzfläche zwischen den Stegelementen 24 und 26 und der Platte 22.
Wenngleich die Bewegung als bogenförmig offenbart ist, könnte sie auch linear sein, das heißt entweder die Platte 22 oder die Stege 24 und 26 könnten in die in Fig. 2 gezeigte Ebene des Papiers hinein und aus dieser heraus bewegt werden, um die Reibung zu erzielen.
Die obige Beschreibung ist von ihrer Art her beispielhaft und nicht einschränkend. Demzufolge wird der dieser Erfindung gewährte rechtliche Umfang nur verständlich durch ein Studium der beigefügten Ansprüche.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugbremsbacke (20) mit zwei Stegelementen (24, 26) und einem Bremsbackenplattenelement (22), mit den folgenden Schritten:

A) zwei Stegelemente (24, 26) werden in einer vorgewählten Ausrichtung relativ zueinander ausgerichtet;

B) ein Bremsbackenplattenelement (22) wird auf die beiden Stegelemente (24, 26) so ausgerichtet, daß ein Teil des Bremsbackenplattenelements mit einem Teil jedes Stegelements in Anlage ist;

C) es wird eine Relativbewegung zwischen dem Bremsbackenplattenelement (22) und den Stegelementen (24, 26) verursacht, während die sich in Anlage befindenden Teile des Plattenelements und der Stegelemente in Anlage gehalten werden, um dadurch einen Anstieg der Temperatur in den sich in Anlage befindenden Teilen des Plattenelements und der Stegelemente zu bewirken; und

D) das Plattenelement (22) wird so gegen die Stegelemente (24, 26) gepreßt, daß die sich in Anlage befindenden Teile fest zusammengefügt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Stegelemente (24, 26) jeweils zwei allgemein ebene Flächen mit allgemein bogenförmigen Rändern (33) haben und bei welchem Schritt A) dadurch ausgeführt wird, daß die Stegelemente (24, 26) in einer allgemein parallelen Ausrichtung so ausgerichtet werden, daß eine der Flächen an einem der Stegelemente (24) mit einem vorgewählten Abstandsbetrag zwischen den gegenüberliegenden Flächen einer der Flächen an dem anderen Stegelement (26) gegenüberliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Plattenelement (22) ein allgemein bogenförmiges Element mit zwei Flächen ist und bei welchem Schritt B) dadurch ausgeführt wird, daß eine der Flächen des Plattenelements gegen einen Rand (33) an jedem Stegelement (24, 26) gesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem Schritt B) dadurch ausgeführt wird, daß die Ränder (33) der Stegelemente entlang der Fläche des Plattenelements (22) so zentriert werden, daß der Abstand zwischen den Stegelementen (24, 26) etwa auf das Plattenelement zentriert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem jedes Stegelement (24, 26) mehrere Vorsprünge (32) längs eines Randes (33) des Stegelements aufweist und bei welchem Schritt B) dadurch ausgeführt wird, daß ein Teil des Plattenelements (22) gegen die Vorsprünge (32) an jedem Stegelement gesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem Schritt C) dadurch ausgeführt wird, daß das Plattenelement (22) in einer allgemein bogenförmigen Bewegung (36) relativ zu den beiden Stegelementen (24, 26) so bewegt wird, daß eine Temperatur der Stegelementvorsprünge (32) ansteigt, und bei welchem der in Anlage befindliche Teil des Plattenelements (22) mit einer Kraft (34) mit einer ersten Größe gegen die Stegelementvorsprünge (32) mit Druck gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem Schritt D) dadurch ausgeführt wird, daß das Plattenelement (22) unter Aufwendung einer Kraft (38) mit einer zweiten Größe, die größer als die erste Größe ist, gegen die Stegelementvorsprünge (32) gepreßt wird, bevor die Temperatur aus Schritt C) eine vorbestimmte Temperatur übersteigt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem Schritt C) dadurch ausgeführt wird, daß die Stegelemente (24, 26) in einem allgemein bogenförmigen Muster (36) relativ zu dem Plattenelement (22) bewegt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem Schritt C) dadurch ausgeführt wird, daß das Plattenelement (22) in einem allgemein bogenförmigen Muster (36) relativ zu den Stegelementen (24, 26) bewegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem Schritt C) dadurch ausgeführt wird, daß die in Anlage befindlichen Teile unter Aufwendung einer ersten Kraft (34) mit einer ersten Größe und einer Richtung in Anlage gehalten werden, und bei welchem Schritt D) durch die folgenden Unterschritte ausgeführt wird: die Relativbewegung (36) von Schritt C) wird angehalten; die Stegelemente (24, 26) und das Plattenelement (22) werden in einer vorgewählten Ausrichtung ausgerichtet; der in Anlage befindliche Teil des Plattenelements wird unter Aufwendung einer zweiten Kraft (38) mit einer zweiten Größe, die größer als die Größe der ersten Kraft ist, gegen die in Anlage befindlichen Teile der Stegelemente gepreßt; und danach läßt man die Temperatur der in Anlage befindlichen Teile absinken.