DE60120262T2

DE60120262T2 - Aus unterschiedlichen Metallen zusammengesetzte Bremsscheibe und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE60120262T2
Application number: DE60120262T
Authority: DE
Inventors: c/o K.K. Honda Gijutsu Kenkyusho Kyo Wako-shi Takahashi; c/o K.K. Honda Racing Masahiro Asaka-shi Yoshida; c/o K.K. Honda Racing Hisayoshi Asaka-shi Kageyama
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2006-09-21
Also published as: JP2001280381A; US6491142B2; EP1138970A3; DE60120262D1; EP1138970B1; ES2266033T3; EP1138970A2; JP4627346B2; US20010045332A1; DE60120262T8

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsscheibe, gegen die zum Bremsen Bremsbeläge gedrückt werden.
Eine Scheibenbremse für ein Kraftrad hat eine Bremsscheibe und Bremsbeläge, welche gegen die gegenüberliegenden Flächen (Reibungselemente) der Bremsscheibe zum Bremsen gedrückt werden. Irgendeine leichte Bremsscheibe hat einen aus einem leichten Material gebildeten Scheibenkörper und Reibungselemente aus einem Material mit sehr hoher Reibung sind an den gegenüberliegenden Flächen des Scheibenkörpers angebracht.
Eine Bremsscheibe, welche beispielsweise in der JP-A Nr. H8-226478 offenbart ist, hat eine leichte Bremsscheibe. Diese Technik bildet Reibungsteile aus, indem Reibungsmaterial an den gegenüberliegenden Flächen des Scheibenkörpers der Bremsscheibe befestigt wird. Die Ausbildung der Reibungsteile des Reibungsmaterials ermöglicht die Ausbildung der leichten Bremsscheibe aus einer leichten Aluminiumlegierung.
Die vorliegende Erfindung bildet Reibungsteile aus, indem ein Reibungsmaterial an einer Bremsscheibe durch einen Sprühvorgang oder eine Aufbringung angebracht wird. Die Dicke der Reibungsteile liegt im Bereich von etwa 10 bis etwa 20 μm.
Manche Bremsscheibentypen benötigen Reibungsteile mit einer größeren Dicke.
Eine Bremsscheibe, welche mit dicken Reibungselementen versehen ist, ist beispielsweise in der JP-A Nr. H9-42339 offenbart. Diese Technik verbindet Reibungselemente aus einem legierten Stahl mit den gegenüberliegenden Flächen einer Aluminiumscheibe durch Explosionsplattieren.
Ein Explosionsplattierungsverfahren hat die unangenehmen Schritte, ein Legierter-Stahl-Element auf ein Aluminiumelement zu legen, einen Puffer auf den Legierter-Stahl-Element anzubringen, eine geeignete Menge an Sprengstoff auf dem Puffer anzuordnen, und den Sprengstoff durch einen an einem Ende des Sprengstoffs angebrachten Sprengzünder explodieren zu lassen. Somit ist das Explosionsplattierungsverfahren kostspielig.
Ein in dem japanischen Gebrauchsmuster Nr. 2557898 offenbarter Scheibenrotor ist eine Bremsscheibe, welche mit einem dicken Reibungselement versehen ist. Diese Technik ordnet ein plattenförmiges Element aus einem Kohlefaserverstärkten Verbundmaterial zwischen einem Paar von Metallplatten an, welche einen Scheibenrotor bilden, und fügt das Paar von Metallplatten und das plattenförmige Element durch Vernieten zusammen.
Ein Verfahren zum Miteinanderverbinden des Paars von Metallplatten und des plattenförmigen Elements benötigt einen Schritt, eine Mehrzahl von Durchgangslöchern in dem Paar von Metallplatten und dem plattenförmigen Element auszubilden, und einen Schritt, die Enden einer Mehrzahl von Nieten herunterzudrücken. Somit benötigt diese Technik viele Teile, was die Kosten erhöht.
Somit ist der Stand der Technik für eine Massenproduktion praktisch ungeeignet, bei der ein aus einer Titanlegierung oder einer Aluminiumlegierung gebildetes Element und ein aus einem Material auf Eisenbasis gebildetes Element miteinander verbunden werden.
Ein in der JP-A Nr. H9-42339 vorgeschlagenes Explosionsplattierungsverfahren und ein in dem japanischen Gebrauchsmuster Nr. 2557898 offenbartes Nietverbindungsverfahren erhöht die Herstellungskosten der Bremsscheibe.
Die DE 21 08 950 A offenbart eine mehrteilige Bremsscheibe für Scheibenbremsen von Fahrzeugen, insbesondere Motorfahrzeugen, welche einen Grundkörper, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, und Reibungselemente hat, deren Material eine höhere Wärmebeständigkeit als das Material des Grundkörpers der Bremsscheibe hat, welche an beiden Seiten des Grundkörpers durch Diffusionsschweißen oder Diffusionslöten angebracht sind.
Die US-A-5 626 211 offenbart eine weitere Bremsscheibe für ein Scheibenbremssystem, welche aus einer Anzahl von geschichteten Metallplatten gebildet ist, mit Außenplatten, welche eine hohe Verschleißfestigkeit und hohe Festigkeit haben, und mit inneren Platten, welche aus einem Metall mit guten Wärmeübertragungseigenschaften, wie z.B. Titan, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet sind, welche durch Löten miteinander verbunden sind.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Techniken bereitzustellen, welche das Gewicht einer Bremsscheibe für ein Kraftrad, welche an einer in einem Rad enthaltenen Nabe anzubringen ist, reduzieren kann, indem ein Element aus einer Titanlegierung oder einer Aluminiumlegierung und ein Element, welches aus einem Element auf Eisenbasis gebildet ist, miteinander verbunden werden, ohne die Bremsleistung nachteilig zu beeinflussen.
Dieses Ziel wird durch eine Bremsscheibe für ein Kraftrad gemäß Anspruch 1 erreicht.
Die Bremsscheibe für ein Kraftrad, welche an einer in einem Rad enthaltenen Nabe anzubringen ist, umfasst einen Scheibenkörper, welcher aus einer Titanlegierung oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist, und Reibungselemente, welche aus einem Material auf Eisenbasis gebildet sind, und mit den gegenüberliegenden Flächen des Scheibenkörpers durch Löten verbunden sind; wobei das Paar von Reibungselementen jeweils unterschiedliche Dicken haben.
Der Scheibenkörper ist aus einer Titanlegierung oder einer Aluminiumlegierung gebildet und die Reibungselemente, welche aus einem Material auf Eisenbasis gebildet sind, sind mit den gegenüberliegenden Flächen des Scheibenkörpers durch Löten verbunden. Die Titanlegierung oder die Aluminiumlegierung ist leicht und hat eine hohe Festigkeit und ermöglicht die Gewichtsreduzierung der Bremsscheibe, ohne das Bremsvermögen der Bremsscheibe zu verschlechtern.
Die Reibungselemente sind mit dem Scheibenkörper durch ein Lötverfahren verbunden. Die Reibungselemente können mit dem Scheibenkörper einfach durch Ausbilden einer Lotschicht zwischen jedem der Reibungselemente und dem Scheibenkörper und Schmelzen der Lotschicht verbunden werden.
Wenn eine Bremsscheibe in ein Kraftrad eingebaut wird, wird bekanntlich die äußere Fläche der Bremsscheibe gegenüber der inneren Fläche derselben, welche dem Rad des Kraftrads zugewandt ist, dem Fahrtwind effizienter ausgesetzt als die innere Fläche. Wenn daher eine Bremskraft auf die Bremsscheibe ausgeübt wird, wird das dem Rad zugewandte innere Reibungselement auf eine höhere Temperatur erhitzt als die, auf welche das äußere Reibungselement erhitzt wird. Der Reibungskoeffizient zwischen dem Reibungselement und einem Bremsbelag reduziert sich, wenn die Temperatur des Reibungselements ansteigt. Daher ist es wichtig, die Reibungselemente auf einer festen Temperatur zu halten.
Um dies zu realisieren, sind das Paar von Reibungselementen jeweils mit unterschiedlichen Dicken gebildet und die Bremsscheibe ist beispielsweise derart in ein Kraftrad eingebaut, dass das dickere Reibungselement an der inneren Fläche ist und dem Rad zugewandt ist und das dünnere Reibungselement an der äußeren Fläche ist und dem Fahrtwind effektiver ausgesetzt ist. Das dickere Reibungselement kann eine größere Wärmemenge absorbieren, welche erzeugt wird, wenn eine Bremskraft auf die Bremsscheibe ausgeübt wird. Somit werden das innere Reibungselement, welches dem Rad zugewandt ist, und das äußere Reibungselement, welches dem Rad nicht zugewandt ist, auf derselben Temperatur gehalten.
Folglich können sowohl der Reibungskoeffizient, welcher dem inneren Reibungselement zugeordnet ist, als auch der Reibungskoeffizient, welcher dem äußeren Reibungselement zugeordnet ist, auf einem im Wesentlichen festen Niveau gehalten werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Seitenansicht eines Kraftrads, welches eine Bremsscheibe in einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
2 ist eine Schnittansicht längs einer Linie 2-2 in 1.
3 ist eine Schnittansicht der Bremsscheibe, welche keinen Teil der beanspruchten Erfindung bildet.
4 ist eine Draufsicht der Bremsscheibe.
5 ist eine Hilfsansicht, um ein Lötverfahren zu erläutern, welches durchgeführt wird, wenn die Bremsscheibe in der ersten Ausführungsform hergestellt wird.
6 ist eine graphische Darstellung, welche eine Veränderung des dem Reibungselement einer Bremsscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung zugeordneten Reibungskoeffizienten samt der Temperatur derselben zeigt.
7 ist eine Schnittansicht einer Bremsscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einem der Bremsscheibe zugeordneten Reibungskoeffizienten und der Dicke der Reibungselemente zeigt.
In der folgenden Beschreibung bezeichnen die Worte "vorne", "hinten", "rechts" und "links" Richtungen bezüglich eines Fahrers und die Zeichnungen sollen mit den Bezugszeichen in einer aufrechten Position betrachtet werden.
Ein Kraftrad 10 hat einen Rumpfrahmen 11, eine Vorderradgabel 12, welche in einem in dem Rumpfrahmen 11 enthaltenen Kopfrohr 11a gelagert ist, einen Lenker 13, welcher an dem oberen Ende der Vorderradgabel 12 angebracht ist, ein Vorderrad 14, welches an dem unteren Ende der Vorderradgabel 12 angebracht ist, einen Kraftstofftank 15, welcher an einem vorderen Teil des Rumpfrahmens 11 angebracht ist, einen Sitz 16, welcher an einem Teil des Rumpfrahmens hinter dem Kraftstofftank 15 angebracht ist, eine Antriebseinheit 17 (welche durch Verbinden einer Maschine 17a und eines Getriebes 17b gebildet ist), welche unter einem vorderen Teil des Rumpfrahmens 11 angeordnet und an diesem angebracht ist, Schwingenarme 18, welche schwenkbar zum Schwingen mit einem hinteren Teil des Rumpfrahmens 11 verbunden sind, und ein Hinterrad 19, welches an einem hinteren Endteil des Schwingenarms 18 abgestützt ist und mit einer Bremsscheibe 30 in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist. Die Bremsscheibe 30 der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
2 ist eine Schnittansicht längs einer Linie 2-2 in 1. Ein Rad 20 umfasst eine Nabe 21, eine Speiche 22 und eine Felge 23. Das Rad 20 ist zwischen den Schwingenarmen 18 angeordnet und zur Drehung durch eine Hinterachse 24 gelagert, welche an den Schwingenarmen 18 angebracht ist. Ein Reifen 25 ist an der Felge 23 montiert. Ein Kettenrad 26 ist an der rechten Seitenfläche der Nabe 21 durch Bolzen 27 befestigt und eine nicht gezeigte Antriebskette ist um das Kettenrad 26 gewickelt. Die Bremsscheibe 30 ist an der linken Seitenfläche der Nabe 21 durch Bolzen 31 befestigt und ein Bremssattel 32 ist mit einem unteren Teil der Bremsscheibe 30 verbunden.
Der Bremssattel 32 ist an dem Rumpf des Kraftrads 10 angebracht (1). Bremsbeläge 33 sind derart an dem Bremssattel 32 gehalten, dass sie jeweils einem inneren Reibungselement 40 und einem äußeren Reibungselement 42 der Bremsscheibe 30 gegenüberliegen.
Die an dem Bremssattel 32 gehaltenen Bremsbeläge 33 werden jeweils gegen das innere Reibungselement 40 und das äußere Reibungselement 42 gedrückt, um eine Bremskraft auf die Bremsscheibe 30 auszuüben.
3 ist eine Schnittansicht einer Bremsscheibe.
Die Bremsscheibe 30 hat einen Scheibenkörper 35, welcher aus einer Titanlegierung gebildet ist, ein inneres Reibungselement 40, welches aus einem rostfreien Stahl gebildet ist und durch Löten mit der inneren Fläche 36a, d.h. einer dem Rad 20 zugewandten Fläche der Bremsscheibe 35 verbunden ist und ein äußeres Reibungselement 42, welches aus einem rostfreien Stahl gebildet und durch Löten mit der äußeren Fläche 36B, d.h. einer dem Rad 20 nicht zugewandten Fläche verbunden ist.
Der Scheibenkörper 35 hat ein ringförmiges Teil 36 mit einer Dicke t1 und Befestigungsansätze 37 mit einer Dicke t2, welche mit einem Durchgangsloch 37a versehen sind und integral mit dem ringförmigen Teil 36 derart ausgebildet sind, dass sie radial einwärts von dem Innenumfang des ringförmigen Teils 36 vorstehen. Der Scheibenkörper 35 ist aus einer Titanlegierung gebildet und ist mit einer Ausnehmung an der dem Rad 20 zugewandt Innenfläche 36a versehen. Obwohl es bevorzugt ist, dass die Titanlegierung 6% Aluminium und 4% Vanadium enthält, kann die Titanlegierung aus irgend welchen anderen Zusammensetzungen bestehen.
Das innere Reibungselement 40 ist mit der zum Rad 20 weisenden inneren Fläche 36a des ringförmigen Teils 36 durch eine Lotschicht 45 verbunden und das äußere Reibungselement 42 ist mit der äußeren Fläche 36b desselben durch eine Lotschicht 46 verbunden. Die Fläche des äußeren Reibungselements 42 ist mit der äußeren Fläche des Scheibenkörpers 35 bündig.
Das innere Reibungselement 40 ist aus einem rostfreien Stahl gebildet, wie z.B. SUS410M, JIS in einer Form, welche im Wesentlichen der der inneren Fläche 36a des ringförmigen Teils 36 entspricht. Vorzugsweise liegt die Dicke t3 des inneren Reibungselements 40 in dem Bereich von 0,3 bis 0,5 mm, aber die Dicke ist nicht darauf beschränkt.
Das äußere Reibungselement 42 ist aus einem rostfreien Stahl gebildet, wie z.B. SUS410M, JIS, in einer Form, welche im Wesentlichen der der äußeren Fläche 36b des Scheibenkörpers 35 entspricht. Vorzugsweise ist die Dicke t4 des äußeren Reibungselements 42 ähnlich zu der des inneren Reibungselements 40 in dem Bereich von 0,3 bis 0,5 mm, aber die Dicke ist nicht darauf beschränkt.
Vorzugsweise sind die innere Lotlage 45 und die äußere Lotlage 46 aus einem aktivierten Silberlot gebildet, welches 70% Silber, 28% Kupfer und 2% Titan enthält. Jedoch können die innere Lotlage 45 und die äußere Lotlage 46 aus irgend einem anderen geeigneten Material als dem aktivierten Silberlot gebildet sein.
4 ist eine Draufsicht der Bremsscheibe 30 von der Seite des Rads 19 her gesehen (2).
Das ringförmige innere Reibungselement 40 ist mit der inneren Fläche 36a (3) des Scheibenkörpers 35 durch Löten verbunden und das ringförmige äußere Reibungselement 42 ist mit der äußeren Fläche 36b (3) durch Löten verbunden, um die Bremsscheibe 30 auszubilden.
Bolzen 31 sind durch die Durchgangslöcher 37a der Bremsscheibe 30 geführt und in Gewindelöcher geschraubt, welche in der Nabe 21 ausgebildet sind, um die Bremsscheibe 30 an der Nabe 21 zu befestigen.
Die Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizienten, welcher der Bremsscheibe 30 zugeordnet ist, und dem Gewicht der Bremsscheibe 30 wird unter Bezugnahme auf Tabelle 1 beschrieben.
Tabelle 1
Eine Bremsscheibe im Vergleichsbeispiel 1 ist aus einem rostfreien Stahl gebildet, eine Bremsscheibe im Vergleichsbeispiel 2 ist aus einer Titanlegierung gebildet, eine Bremsscheibe im Vergleichsbeispiel 3 ist aus einer Aluminiumlegierung gebildet und die Bremsscheibe in der ersten Ausführungsform ist eine Bremsscheibe in dem Beispiel.
Das Gewicht von jeder Bremsscheibe wird durch ein Mehrfaches des Gewichts W der Bremsscheibe im Vergleichsbeispiel 1 repräsentiert.
Der Reibungskoeffizient, welcher dem Vergleichsbeispiel 1 zugeordnet ist, ist 0,5 und das Vergleichsbeispiel 1 hat ein Gewicht von W. Der Reibungskoeffizient ist ausreichend groß, aber das Gewicht ist hoch.
Der Reibungskoeffizient, welcher dem Vergleichsbeispiel 2 zugeordnet ist, variiert im Bereich von 0,2 bis 0,7 und das Vergleichsbeispiel 2 hat ein Gewicht von 0,6W. Das Gewicht ist niedrig genug, aber der Reibungskoeffizient variiert und es ist schwierig, eine stabile Bremskraft zu erzeugen.
Der Reibungskoeffizient, welcher dem Vergleichsbeispiel 3 zugeordnet ist, ist 0,3 und das Vergleichsbeispiel 3 hat ein Gewicht von 0,3W. Das Gewicht ist ähnlich zu dem des Vergleichsbeispiels 2 niedrig genug, aber der Reibungskoeffizient ist klein und es ist schwierig, eine ausreichende Bremskraft zu erzeugen.
Der Reibungskoeffizient, welcher dem Beispiel zugeordnet ist, ist 0,5 und das Beispiel hat ein Gewicht von 0,7W. Der Reibungskoeffizient ist groß genug und das Gewicht ist zufriedenstellend niedrig.
Die Bremsscheibe hat den Scheibenkörper 35, welcher aus der leichten Titanlegierung gebildet ist, welche eine hohe Festigkeit hat, und die Reibungselemente 40 und 42, welche jeweils aus den verschiedenen Materialien auf Eisenbasis gebildet sind, sind mit den gegenüberliegenden Flächen des Scheibenkörpers 35 durch Löten verbunden. Somit ermöglicht das Verbinden von Elementen aus verschiedenen Materialien durch Löten die Verwendung der leichten Titanlegierung mit einer hohen Festigkeit zur Ausbildung des Scheibenkörpers 35, was die Ausbildung der Bremsscheibe 30 mit einer leichten Struktur ermöglicht.
Ein bei der Herstellung der Bremsscheibe 30 verwendetes Lötverfahren wird beschrieben.
Die 5(a) bis 5(c) veranschaulichen ein Lötverfahren, welches bei der Herstellung der Bremsscheibe 30 in der ersten Ausführungsform verwendet wird.
In einem in 5(a) gezeigten Schritt wird eine Lötvorrichtung 50 mit einer Tragplatte 51 und einer Druckplatte 53 vorbereitet, das äußere Reibungselement 42 wird zwischen einer Mehrzahl von Stiften 54 angeordnet, welche an der Tragplatte 51 angebracht sind, und eine äußere Lotlage 46, der Scheibenkörper 35, eine innere Lotlage 45 und das innere Reibungselement 40 werden in der Reihenfolge auf das äußere Reibungselement 42 gelegt. Dann wird die Druckplatte 53 auf dem inneren Reibungselement 40 angeordnet.
Vorzugsweise ist die Dicke der Werkstücke zur Ausbildung des inneren Reibungselements 40 und des äußeren Reibungselements 42 etwas größer als eine gewünschte Dicke des inneren Reibungselements 40 und des äußeren Reibungselements 42 in dem Bereich von 0,3 bis 0,5 mm, um die Werkstücke mit einer Schleifzugabe zu versehen.
Vorzugsweise hat die innere Lotlage 45 eine Form ähnlich zu der des inneren Reibungselements 40 und eine Dicke von 100 μm, aber die Form und die Dicke der inneren Lotlage 45 ist nicht darauf beschränkt. Vorzugsweise hat die äußere Lotlage 46 eine Form ähnlich zu der des äußeren Reibungselements 42 und eine Dicke von 100 μm, aber die Form und die Dicke der inneren Lotlage 46 sind nicht darauf beschränkt.
Die innere Lotlage 45 und die äußere Lotlage 46 können durch Pulver ersetzt werden.
In einem in 5(b) gezeigten Schritt wird die Vorrichtung 50, welche das äußere Reibungselement 42, die äußere Lotlage 46, den Scheibenkörper 35, die innere Lotlage 45 und das innere Reibungselement 40 hält, in einem Vakuumbehälter 55 angeordnet, eine Last P von etwa 2 kg wird in der Richtung des schwarzen Pfeils auf die Druckplatte 53 ausgeübt, um einen Druck von 0,01 kgf/cm² auf die durch Löten miteinander zu verbindenden Flächen auszuüben.
Nachfolgend wird der Vakuumbehälter 55 zu einem Vakuum von 1,5 Torr evakuiert und dann wird die Innenatmosphäre des Vakuumbehälters 55 für 40 Minuten auf 850°C erhitzt, um die innere Lotlage 45 und die äußere Lotlage 46 zu schmelzen. Dementsprechend wird das innere Reibungselement 40 mit der inneren Fläche 36a des Scheibenkörpers 35 durch die geschmolzene innere Lotlage 45 verbunden und das äußere Reibungselement 42 wird mit der äußeren Fläche 36b (3) des Scheibenkörpers 35 durch die geschmolzene äußere Lotlage 46 verbunden.
Das Lötverfahren belastet die Druckplatte 53 mit der Last P von etwa 2 kg, um die Verformung des inneren Reibungselements 40 und des äußeren Reibungselements 42 zu verhindern.
Das äußere Reibungselement 42, die äußere Lotlage 46, der Scheibenkörper 35, die innere Lotlage 45 und das innere Reibungselement 40 sind durch die Stifte 54 angeordnet, um die Verlagerung von diesen Elementen während des Lötens zu verhindern.
Das Lötverfahren kann Elemente aus verschiedenen Materialien, wie z.B. ein Element aus einer Titanlegierung und ein Element aus einem Material auf Eisenbasis, miteinander verbinden. Somit kann der Scheibenkörper 35 aus einer leichten Titanlegierung mit einer hohen Festigkeit gebildet werden, welche das Gewicht der Bremsscheibe 30 effektiv reduziert.
In einem in 5(c) gezeigten Schritt werden die Oberflächen des mit dem Scheibenkörper 35 verbundenen inneren Reibungselements 40 und des äußeren Reibungselements 42 durch ein Zerspanungswerkzeug 57 bearbeitet, um die Oberflächen des inneren Reibungselements 40 und des äußeren Reibungselements 42 in einer von der Bremsscheibe 30 verlangten Ebenheit fertigzustellen. Vorzugsweise liegt die Dicke von solchen fertigbearbeiteten Reibungselementen 40 und 42 im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm.
Wenn die Oberflächen des mit dem Scheibenkörper 35 verbundenen inneren Reibungselements 40 und des äußeren Reibungselements 42 eine Ebenheit haben, welche für die Bremsscheibe 30 verlangt wird, müssen dieselben Flächen nicht durch spanende Formgebung fertigbearbeitet werden.
Die Reibungselemente 40 und 42 werden durch das Lötverfahren mit dem Scheibenkörper 35 verbunden. Die Reibungselemente 40 und 42 können leicht mit dem Scheibenkörper 35 verbunden werden, indem einfach ein Lot zwischen den Reibungselementen 40 und 42 und dem Scheibenkörper 35 verteilt wird, und das Lot geschmolzen wird.
Die Bremsscheibe kann einen aus einer Aluminiumlegierung gebildeten Scheibenkörper haben, und Reibungselemente, welche aus einem rostfreien Stahl gebildet sind und mit dem Scheibenkörper durch Löten verbunden sind. Somit ist die Bremsscheibe in der zweiten Ausführungsform dieselbe wie die Bremsscheibe 30 in der ersten Ausführungsform mit Ausnahme davon, dass die Erstgenannte den aus der Aluminiumlegierung gebildeten Scheibenkörper hat.
6 ist eine graphische Darstellung, welche die Veränderung des Reibungskoeffizienten, welcher dem Reibungselement der Bremsscheibe in der zweiten Ausführungsform zugeordnet ist, samt der Temperatur derselben zeigt, in welcher der Reibungskoeffizient, welcher dem Reibungselement zugeordnet ist, auf der vertikalen Achse gemessen ist, die Temperatur des Reibungselements auf der horizontalen Achse gemessen ist, ein voller Kreis für eine Bremsscheibe im Vergleichsbeispiel ist und ein leerer Kreis für die Bremsscheibe im Beispiel ist. Die Bremsscheibe im Vergleichsbeispiel hat einen Scheibenkörper, welcher integral mit Reibungsteilen versehen und aus einem rostfreien Stahl gebildet ist. Die Bremsscheibe im Beispiel ist die Bremsscheibe gemäß der Erfindung.
Der rostfreie Stahl hat einen Wärmeübertragungskoeffizienten von etwa 0,18 cal/cm·s·°C und die Aluminiumlegierung hat einen Wärmeübertragungskoeffizienten von etwa 0,53 cal/cm·s·°C. Somit ist der Wärmeübertragungskoeffizient der Aluminiumlegierung etwa dreimal so groß wie der von rostfreiem Stahl.
Die Temperatur des Reibungselements und der dem Reibungselement zugeordnete Reibungskoeffizient wurden gemessen, indem die Bremsscheibe mit einer vorbestimmten Drehzahl gedreht wurde und Bremsbeläge gegen die drehende Bremsscheibe zum Bremsen gepresst wurden.
Die in dem Reibungselement der Bremsscheibe in dem Vergleichsbeispiel durch eine Bremswirkung erzeugte Wärme kann nicht mit einer hohen Rate auf den Scheibenkörper übertragen werden. Wenn daher die Bremswirkung für eine lange Zeit andauert, steigt die Temperatur des Reibungselements an und der Reibungskoeffizient nimmt etwas ab, wie durch einen vollen Kreis angedeutet. Obwohl diese Bremsscheibe in dem Vergleichsbeispiel im Bremseffekt zufriedenstellend ist, wurde eine wirksamere Bremsscheibe verlangt.
Da der Scheibenkörper der Bremsscheibe aus der Aluminiumlegierung gebildet ist, kann eine in dem Reibungselement während einer Bremsung erzeugte Wärme zufriedenstellend von dem Scheibenkörper absorbiert werden. Daher kann selbst dann, wenn eine große Bremsenergie erzeugt wird, der Temperaturanstieg des Reibungselements, wie durch einen leeren Kreis angedeutet, unterdrückt werden. Folglich bleibt der Reibungskoeffizient im Wesentlichen konstant und eine ausreichende Bremskraft kann erzeugt werden.
Darüber hinaus kann die Bremsscheibe mit einer leichten Struktur gebildet werden, welche die Leistungsfähigkeit des Kraftrads wirksam verbessert.
Eine Bremsscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, welche die Bremsscheibe in einer Schnittansicht zeigt, in welcher Teile wie oder entsprechend jenen der Bremsscheibe in der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind und wobei die Beschreibung derselben unterlassen wird.
Eine Bremsscheibe 60 hat einen Scheibenkörper 35, welcher aus einer Titanlegierung gebildet ist, ein inneres Reibungselement 62 und ein äußeres Reibungselement 64. Das innere Reibungselement 62 und das äußere Reibungselement 64 sind jeweils mit der inneren Fläche 36a des Scheibenkörpers 35 auf der Seite eines Rads und einer äußeren Fläche 36b des Scheibenkörpers 35 gegenüber der inneren Fläche 36a durch Löten verbunden.
Das innere Reibungselement 62 ist mit der inneren Fläche 36a eines ringförmigen Teils 36 durch eine innere Lotschicht 45 verbunden und das äußere Reibungselement 64 ist mit der äußeren Fläche 36b des ringförmigen Teils 36 durch eine äußere Lotschicht 46 verbunden. Die Fläche des äußeren Reibungselements 64 ist mit der Fläche der äußeren Fläche des Scheibenkörpers 35 bündig.
Das innere Reibungselement 62 ist aus einem rostfreien Stahl gebildet, wie z.B. SUS410M, JIS, in einer Form, welche im Wesentlichen der der inneren Fläche 36a des ringförmigen Teils 36 entspricht. Vorzugsweise ist die Dicke t5 des inneren Reibungselements 62 im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm, aber die Dicke ist nicht darauf beschränkt.
Das äußere Reibungselement 64 ist aus einem rostfreien Stahl gebildet, wie z.B. SUS410M, JIS, in einer Form, welche im Wesentlichen der der äußeren Fläche 36b des Scheibenkörpers 35 entspricht. Vorzugsweise ist die Dicke t6 des äußeren Reibungselements 64 ähnlich zu der des inneren Reibungselements 62 im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm, aber dieselbe Dicke ist nicht darauf beschränkt.
Die Dicke t5 des inneren Reibungselements 62 der Bremsscheibe 60 ist größer als die Dicke t6 des äußeren Reibungselements 64 der Bremsscheibe 60, d.h. das innere Reibungselement 62 und das äußere Reibungselement 64 haben jeweils verschiedene Dicken. Die Bremsscheibe 60 ist an der Nabe 21 des Rads 19 des in 1 gezeigten Kraftrads 10 angebracht, wobei das dickere Reibungselement 62 dem Rad 19 zugewandt ist und das dünnere Reibungselement 64 nach außen weist, um dem Fahrtwind effektiver als das Erstgenannte ausgesetzt zu sein.
Das innere Reibungselement 62 und das äußere Reibungselement 64 haben jeweils denselben Aufbau wie das innere Reibungselement 40 und das äußere Reibungselement 42 der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass das innere Reibungselement 62 und das äußere Reibungselement 64 jeweils die verschiedenen Dicken t5 und t6 haben.
Wenn die Bremsscheibe 60 in das in 1 gezeigte Kraftrad 10 eingebaut ist, wird bekanntlich die äußere Fläche der Bremsscheibe 60, d.h. das äußere Reibungselement 64, effektiver dem Fahrtwind ausgesetzt als die innere Fläche derselben, d.h. das innere Reibungselement 62.
Daher wird dann, wenn eine Bremskraft auf die Bremsscheibe 60 ausgeübt wird, das innere Reibungselement 62 auf eine höhere Temperatur erwärmt als die, auf welche das äußere Reibungselement 64 erwärmt wird. Die Reibungskoeffizienten, welche dem inneren Reibungselement 62 und dem äußeren Reibungselement 64 zugeordnet sind, nehmen ab, wenn die Temperaturen des inneren Reibungselements 62 und des äußeren Reibungselements 64 ansteigen. Daher ist es wichtig, die Reibungselemente auf einer festen Temperatur zu halten.
Um dies zu realisieren, ist das innere Reibungselement 62 in der Dicke t5 gebildet, welche größer als die Dicke t6 des äußeren Reibungselements 64 ist. Das dickere innere Reibungselement 62 kann eine größere Wärmemenge absorbieren, welche erzeugt wird, wenn eine Bremskraft auf die Bremsscheibe 60 ausgeübt wird. Somit können das innere Reibungselement 62 und das äußere Reibungselement 64 im Wesentlichen auf derselben Temperatur gehalten werden, obwohl das innere Reibungselement 62 dem Fahrtwind weniger effektiv als das äußere Reibungselement 64 ausgesetzt ist. Folglich können sowohl der Reibungskoeffizient, welcher dem inneren Reibungselement 62 zugeordnet ist, als auch der Reibungskoeffizient, welcher dem äußeren Reibungselement 64 zugeordnet ist, auf einem im Wesentlichen festen Niveau gehalten werden und die im Wesentlichen selbe Bremskraft kann auf den gegenüberliegenden Seiten der Bremsscheibe 60 erzeugt werden.
Ein Einfluss der Dicke des Reibungselements auf den Reibungskoeffizienten wird unter Bezugnahme auf die 7 und 8 erläutert.
8 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einem Reibungskoeffizienten, welcher der Bremsscheibe zugeordnet ist, und der Dicke der Reibungselemente zeigt, in welchem der Mittelwert der Reibungskoeffizienten, welche jeweils den Reibungselementen 62 und 64 zugeordnet sind, auf der vertikalen Achse gemessen ist, und das Dickenverhältnis t5/t6, d.h. das Verhältnis der Dicke t5 des inneren Reibungselements 62 zu der Dicke t6 des äußeren Reibungselements 64 auf der horizontalen Achse gemessen ist. Die Reibungskoeffizienten wurden unter härteren Messbedingungen als jenen für die Messung der Reibungskoeffizienten gemessen, welche in der Tabelle 1 gezeigt sind, welche den Bremsscheiben zugeordnet sind, und jenen in den Vergleichsbeispielen, um den Effekt der Dickendifferenz zwischen dem inneren und dem äußeren Reibungselement auf die Differenz beim Reibungskoeffizienten zu verdeutlichen. Daher sind die Werte der Reibungskoeffizienten von den in der Tabelle 1 gezeigten verschieden.
Die Reibungskoeffizienten, welche jeweils den gegenüberliegenden Flächen der Bremsscheibe zugeordnet sind, sind 0,41, wenn das Dickenverhältnis t5/t6 0,25 ist, d.h. wenn die Dicke t5 des inneren Reibungselements 62 1/4 der Dicke t6 des äußeren Reibungselements 64 ist. Die Reibungskoeffizienten, welche jeweils den gegenüberliegenden Flächen der Bremsscheibe zugeordnet sind, sind 0,43, wenn das Dickenverhältnis t5/t6 0,5 ist, d.h. wenn die Dicke t5 des inneren Reibungs elements 62 1/2 der Dicke t6 des äußeren Reibungselements 64 ist. Die Reibungskoeffizienten, welche jeweils den gegenüberliegenden Flächen der Bremsscheibe zugeordnet sind, sind 0,46, wenn das Dickenverhältnis t5/t6 0,75 ist, d.h. wenn die Dicke t5 des inneren Reibungselements 62 3/4 der Dicke t6 des äußeren Reibungselements 64 ist.
Die Reibungskoeffizienten, welche jeweils den gegenüberliegenden Flächen der Bremsscheibe zugeordnet sind, sind 0,48, wenn das Dickenverhältnis t5/t6 1,0 ist, d.h. wenn die Dicke t5 des inneren Reibungselements 62 gleich der Dicke t6 des äußeren Reibungselements 64 ist. Die Reibungskoeffizienten, welche jeweils den gegenüberliegenden Flächen der Bremsscheibe zugeordnet sind, sind 0,49, wenn das Dickenverhältnis t5/t6 1,25 ist, d.h. wenn die Dicke t5 des inneren Reibungselements 62 das 1,25-fache der Dicke t6 des äußeren Reibungselements 64 ist. Die Reibungskoeffizienten, welche jeweils den gegenüberliegenden Flächen der Bremsscheibe zugeordnet sind, sind 0,5, wenn das Dickenverhältnis t5/t6 1,5 ist, d.h. wenn die Dicke t5 des inneren Reibungselements 62 das 1,5-fache der Dicke t6 des äußeren Reibungselements 64 ist.
Wie es aus der in 8 gezeigten graphischen Darstellung deutlich ist, sind die Reibungskoeffizienten, welche jeweils den gegenüberliegenden Flächen der Bremsscheibe zugeordnet sind, 0,46, welche ziemlich zufriedenstellend sind, wenn die Dicke t5 des inneren Reibungselements 62 der Dicke t6 des äußeren Reibungselements 64 entspricht.
Die Reibungskoeffizienten, welche jeweils den gegenüberliegenden Flächen der Bremsscheibe zugeordnet sind, können über 0,46 hinaus erhöht werden, wenn die Dicke t5 des inneren Reibungselements 62 größer als die Dicke t6 des äußeren Reibungselements 64 ist. Insbesondere, wenn die Dicke t5 des inneren Reibungselements 62 das 1,t-fache der Dicke t5 des äußeren Reibungselements 64 ist, sind die Reibungskoeffizienten, welche den gegenüberliegenden Flächen der Bremsscheibe zugeordnet sind, so groß wie 0,5.
Die jeweiligen Scheibenkörper der Bremsscheiben sind aus der Titanlegierung gebildet; diese Scheibenkörper können aus einem leichten Material mit einer hohen Steifigkeit gebildet sein, welches ein anderes als die Titanlegierung, wie z.B. Titan, Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder dgl. ist.
Der Scheibenkörper der Bremsscheibe kann aus einer Aluminiumlegierung gebildet sein; dieser Scheibenkörper kann aus einem Material mit einem hohen Wärmeübertragungskoeffizienten, wie z.B. Aluminium, gebildet sein.
Obwohl die Reibungselemente der vorangehenden Ausführungsformen aus dem rostfreien Stahl gebildet sind, können dieselben aus einem anderen Material auf Eisenbasis als dem rostfreien Stahl gebildet sein, wie z.B. einem Kohlenstoffstahl oder Gusseisen, vorausgesetzt, dass das Material auf Eisenbasis in der Lage ist, Reibungselemente auszubilden, welche ein durch einen zufriedenstellenden Reibungskoeffizienten repräsentiertes Reibungsvermögen haben.
Das innere Reibungselement 62, welches dem Rad zugewandt ist, ist dick und das äußere Reibungselement 64, welches dem Rad nicht zugewandt ist, ist dünn.

Claims

Bremsscheibe für ein Kraftrad (10), welche an einer in einem Rad (19) enthaltenen Nabe (21) anzubringen ist, wobei die Bremsscheibe (60) umfasst: einen Scheibenkörper (35), welcher aus einer Titanlegierung oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist; und Reibungselemente (62, 64), welche aus einem Material auf Eisenbasis gebildet sind und mit den gegenüberliegenden Flächen (36a, 36b) des Scheibenkörpers (35) durch Löten verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (t5) des mit einer Fläche (36a) der Bremsscheibe (60) verbundenen Reibungselements (62) in der axialen Richtung größer als die Dicke (t6) des mit der gegenüberliegenden Fläche (36b) der Bremsscheibe (60) verbundenen Reibungselements (64) ist.
Kraftrad, umfassend eine Bremsscheibe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement (62), welches die größere Dicke (t6) hat, dem Rad (19) des Kraftrads zugewandt ist.