DE2902083B2 - Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für eine Scheibenbremse - Google Patents

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben nach dem dritten Wärmebehandlungsschritt eine Stunde lang auf einer Temperatur von 220° C gehalten wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für eine Scheibenbremse, wie er im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 näher beschrieben ist.

Ein aus Kunstharz bestehender Kolben für eine Scheibenbremse ist durch die GB-PS 13 08 438 bekannt. Die Form des dort beschriebenen Kolbens berücksichtigt die Tatsache, daß die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen im allgemeinen schlechter als diejenigen von Stahl sind. Die Verwendung von Kunststoffen für Scheibenbremsenkolben hat jedoch trotz dieser abweichenden Materialeigenschaften einige Vorteile gegenüber der Verwendung des üblichen verchromten Stahls: Das Abblättern von Chrom wird vermieden, außerdem werden gewisse weitere Nachteile wie beispielsweise Korrosionserscheinungen ebenfalls vermieden oder zumindest verringert Außerdem wird die Wärmeisolation der Bremsschuhe gegenüber der Bremsflüssigkeit verbessert Schließlich wird auch das durch den Kolben verursachte Geräusch verringert Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Kunststoffkolben liegt auf ökologischem Gebiet da die für Stahlkolben erforderliche galvanische Verchromung entfällt so daß die Abgabe von Giftstoffen in der Galvanisierungsanlage bzw. der Aufwand zur Beseitigung dieser Giftstoffe vermieden werden.

In der obengenannten GB-PS 13 08438 ist auch ein Verfahren zur Herstellung des dort beschriebenen Kolbens angegeben. Dieses bekannte Verfahren geht

ι s aus von einem flüssigen Kunstharz, das mit Asbestfasern mittlerer und/oder kurzer Länge vermischt wird, anschließend zu einen: zylindrischen Halbzeug gepreßt und schließlich getrocknet und gehärtet wird. Dem zylindrischen Halbzeug wird sodann in einem spanabhebenden Bearbeitungsvorgang die gewünschte Form gegeben.

Bei dem bekannten Verfahren erhält der Kolben seine endgültige Formgebung also — ähnlich wie herkömmliche Stahlkolben — in einem spanabhebenden Bearbeitungsvorgang. Dieses Verfahren ist infolge des arbeitsaufwendigen Verfahrensschritte!, der spanabhebenden Verformung nicht nur wirtschaftlich von Nachteil, es schränkt außerdem die Auswahl der verwendbaren Kunststoffe stark ein: So können beispielsweise keine glasfaserverstärkten Kunststoffe verwendet werden, da bei solchen eine spanabhebende Bearbeitung wegen des starken Werkzeugverschleißes wirtschaftlich völlig unvertretbar ist Andererseits besitzen gerade glasfaserverstärkte Kunstharze 'orteilhafte Eigenschaften, die sie insbesondere für die Verwendung als Scheibenbremskolben geeignet machen, nämlich ihre große Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischen Schockbeanspruchungen sowie gegenüber Verschleiß.

Zum Herstellen von Formteilen aus duroplastischem Kunststoff ist es auch allgemein bekannt, eine Duroplastpreßmasse zunächst in einem Extruder zu plastifizieren, dann das plastifizierte Kunstharz dosiert in eine Presse einzubringen und darin das Formteil zu formen und auszuhärten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für eine Scheibenbremse anzugeben, das sich grundsätzlich auch auf glasfaserverstärkte Kunstharze anwenden läßt und bei dem ein besonderer spanabhebender Formgebungsvorgang entfallen kann, so daß sich mit seiner Hilfe Scheibenbremsenkolben mit besseren Gebrauchseigenschaften und außerdem wirtschaftlicher herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Verfahrensmerkmale gelöst.

Die den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrensschritte, insbesondere die beschriebenen Wärmebehandlungsschritte führen zu einem Produkt mit ausgezeichneten mechanischen und thermischen Eigenschaften, das außerdem eine derartige Formtreue besitzt, daß es keiner weiteren Nachbearbeitung bedarf ah; allenfalls eines vergleichsweise wenig aufwendigen

Flächenschleifens.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert.
Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Kolbens,

Fig.2 eine schematische Darstellung einer Einrich tung zur Herstellung des Kolbens nach F ig. 1 und

Fig.3 eine graphische Darstellung eines Wärmebehandlungszyklus innerhalb des oben angegebenen Verfahrens in Form eines Temperahii-verlaufs über der Zeit

In F i g. 1 ist ein Kolben 4 dargestellt, der aus einem Kunstharz besteht Der Kolben 4 hat einen größeren zylindrischen Abschnitt 8, der in einen kleineren ι ο zylindrischen Abschnitt 6 kleineren Durchmessers übergeht Eine Ringkante 10 ist zwischen den beiden zylindrischen Flächen ausgebildet Die Ringkante 10 ist mit einer gekrümmten Fläche 11 verbunden, deren Krümmungsradius 3 mm beträgt Dadurch erhält der is Übergang zwischen den beiden Abschnitten 6 und 8 eine höhere Festigkeit

Die Stirnfläche 12 des größeren Abschnitts, die dem kleineren Abschnitt 6 abgewandt ist, hat e^;ne teilkugelige, konkave Fläche 14 mit einem Krümmungsradius von ca. 100 mm und einer Tiefe von ca. 2,5 mm. Diese Aussparung 14 vergrößert die Stirnfläche 12, die beim Betrieb des Kolbens 4 dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist Dadurch wird die spezifische Belastung des Kolbens entsprechend verringert und der Widerstand des Kolbens gegenüber der Druckeinwirkung erhöht

Der Kolben 4 hat eine innere, in seiner Längsrichtung verlaufende Blindbohrung 18 mit einem zylindrischen Abschnitt, dessen Radius 13 mm und dessen Länge 40 mm beträgt Die Blindbohrung 18 mündet an der Stirnfläche 16 des kleineren Abschnitts 6, die der Stirnfläche 12 abgewandt ist Das halbkugelige Ende der Blindbohrung hat einen Krümmungsradius von 13 mm und liegt im größeren Abschnitt 8 des Kolbens 4. Die so gebildete Kammer 18 hat kleinere Abmessungen als eine entsprechende Kammer in einem Stahlkolben ähnlicher Größe und Form. Dadurch ist die Dicke der Kolbenwand relativ zu der Dicke der Wände entsprechender Stahlkolben vergrößert. Dies vergrößert den Widerstand des Kolbens gegenüber Druckwirkungen, so daß er Druckwerte von ca. 130 atm aushält, denen er im Betrieb ausgesetzt ist.

Durch die Formgebung des Kolbens 4 mit der konkaven Fläche 14 und der Kammer 18, die kleiner als entsprechende Kammern bisheriger Stahlkolben ist, und durch die mit einer Krümmung versehene Ringkante 11 hat der Kolben 4 einen größeren Widerstand gegenüber Druckeinwirkung als übliche Stahlkolben.

Das Verfahren zur Herstellung des in F i g. 1 gezeigten Kolbens wird im folgenden beschrieben.

Ein Kondensationsprodukt von Aralkyläthern mit Phenol wird in einen belüfteten, thermostatisch gesteuerten Ofen oder im Falle eines kontinuierlichen Verfahrens in einen Tunnel 40 eingegeoen, der in F i g. 2 dargestellt ist. Hier wird das Kunstharz getrocknet. Das Kunstharz wird dann in einem Erweichungsgerät 42 plastifiziert Dieses Gerät arbeitet mit einer Temperatur von ca. 80^cC bis 100⁰C und verleiht dem Kunstharz eine pastöse Zustandsform.

Das pastöse Kunstharz wird in Form eines zylindri- so

sehen Materialstücks aus dem Erweichungsgerät 42 ausgegeben und unmittelbar danach mit einer Schneidevorrichtung 44 in Einzelstücke geschnitten, deren Gewicht untereinander möglichst gleich sein solL Jede? Einzelstück wird möglichst schnell in eine Form 46 eingebracht, um Wärmeverluste zu vermeiden, die das Material steifer machen können.

Dann wird die Form geschlossen. Jedes Einzelstück bleibt so lange in der Form, bis der gewünschte Vernetzungsgrad des Kunstharzes erreicht ist Die Verweilzeit in der Form beträgt 3 bis 10 Minuten, vorzugsweise 5 Minuten, bei einem Druck von 250 bis 450 kg/cm² und einer Temperatur von ca. 150° C bis 180⁰C.

Nach der Vernetzung wird jeder Kolben aus seiner Form mit einem Ausstoßer ausgegeben und einer ersten Überprüfung unterzogen, bei der entschieden wird, ob der Kolben vollständig ist oder makroskopische Fehlstellen aufweist Ist das Ergebnis dieser Prüfung zufriedenstellend, so wird der Kolben in einen thermostatisch gesteuerten Tunnel 48 oder in einen belüfteten, thermostatioch gesteuerten Ofen eingegeben, wo er einer noch zu beschreibenden Wärmebehandlung ausgesetzt wird, um das Kunstharz für den angestrebten Anwendungszweck zu stabilisieren. Hierunter ist die Verringerung der inneren Spannungen auf ein Minimum zu verstehen. Dies wird durch einen Anlaßvorgang, Vervollständigung der Polymerisation und möglichst weitgehende Vermeidung von Abmessungsänderungen nach längerer Zeit erreicht.

Die Wärmebehandlung ist graphisch in Fig.3 dargestellt und läuft folgendermaßen ab:

Die Kolben werden aus den Formen bei einer Temperatur von beispielsweise 170⁰C ausgegeben und in den Tunnel 48 eingeführt, der zunächst eine Temperatur von 160⁰C hat, die somit 10° niedriger als die Formtemperatur liegt. Die Temperatur des Kolbens wird dann in einer Zeit von 3 Stunden auf ca. 200⁰C erhöht wonach sie innerhalb von 12 Stunden auf 21O⁰C und innerhalb weiterer 3 Stunden auf ca. 22O⁰C erhöht wird. Während dieser Stufe bilden sich weitere Querverbindungen des Kunstharzes, wodurch der Vernetzungsgrad vervollständigt wird. Die kritische Temperatur, die für das hier in Rede stehende Material zu überschreiten ist beträgt 220⁰C.

Die Temperatur wird bei 220⁰C für eine Stunde konstant gehalten, so daß die Masse insgesamt die Temperatur erreicht. Danach wird sie innerhalb von 4 Stunden auf 250⁰C erhöht und schließlich auf einen Wert von ca. 200⁰C innerhalb von einer Stunde verringert. Zu diesem Zeitpunkt kann der Wärmebehandlungszyklus als beendet betrachtet werden, und die Kolben werden aus dem Tunnel 48 ausgegeben.

An der Austrittsstelle des Tunnels 48 werden die Kolben einer weiteren Überprüfung unterzogen. Werden noch Fehlstellen festgestellt und können diese nicht korrigiert werden, so werden diese Kolben ausgesondert

Die fehlerfreien Kolben werden danach einem Schleifprozeß zur genauen Bemessung unterzogen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines aus einem Kunstharz bestehenden Kolbens für eine Scheibenbremse mit einem ersten zylindrischen Abschnitt, auf dessen mindestens teilweise teilkugelig kcnkav ausgebildete Stirnfläche eine Druckwirkung ausgeübt wird, und mit einem zweiten zylindrischen Abschnitt geringeren Durchmessers, zu dessen Stirnfläche sich eine Blindbohrung öffnet und der mit einer Krümmung in eine zwischen den beiden Abschnitten vorgesehene Ringkante übergeht, g e kennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Trocknen eines Polykondensationskunstharzes in einem belüfteten, thermostatisch gesteuerten Ofen oder in einem thermostatisch gesteuerten Tunnel (40),

b) Weichmachen des getrockneten Kunstharzes,

c) Schneiden des erweichten Kunstharzes in dem Materialbedarf des Kolbens entsprechende Teilstücke,

d) Ausformung der Teilstücke in einer der Gestalt des Kolbens entsprechenden Preßform mit einer Verweilzeit und unter Druck- und Temperaturverhältnissen, die eine zumindest teilweise Aushärtung des Kunstharzes bewirken,

e) Wärmebehandlung der Kolben durch

1. Erhöhen der Temperatur des Kolbens von etwa 160° C auf etwa 200° C in drei Stunden,

2. Erhöhen der Temperatur von etwa 200⁰C auf 210° C in 12 Stunden,

3. Erhöhen der Temperatur von 210⁰C auf 220° C in drei Stunden,

4. Erhöhen der Temperatur des Kolbens von etwa 22O⁰C auf 250⁰C in vier Stunden,

5. Abkühlen des Kolbens von 250⁰C auf etwa 200⁰C in einer Stunde,

wobei jeder dieser Schritte mit kontinuierlicher Temperaturänderung durchgeführt wird,

f) Flächenschleifen der wärmebehandelten Kolben.