ENDLOS-FADENBREMSBAND UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Endlos-Fadenbremsband gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen des Endlos-Bremsbandes gemäß Anspruch 2.

[0002] In einer Fadenbremse mit kegelstumpfförmigern, endlosern Bremsband wird das Bremsband koaxial mit seiner Innenfläche gegen eine meist gerundete Fadenabzugsfläche beispielsweise eines Speicherkörpers angedrückt Zwischen der Innenfläche des Bremsbandes und der Fadenabzugsfläche entsteht ein Kontaktbereich, der als Bremszone genutzt wird. Der Faden ist in Windungen auf dem Speicherkörper bevorratet und wird aus den Windungen überkopf des Speicherkörpers und unter dem Bremsband abgezogen. Dabei passiert er die Berühnmgszone zwischen dem Bremsband und dem Abzugsrand, um gebremst zu werden, bzw. eine im Wesentlichen gleichmäßige Fadenspannung zu erhalten. Durch das Abziehen der Windungen entsteht eine Rotationsbewegung des abgezogenen Fadens, ähnlich der Bewegung eines Uhrzeigers. Bei dieser Umlaufbewegung wird das Bremsband mitwandernd verformt. Der Faden reibt am Bremsband. Der Speicherkörper und das Bremsband stehen im Wesentlichen stationär. Deshalb benötigt das Bremsband Flexibilität, gutes Federungsverhalten und hohe Verschleißfestigkeit unter der Reibbelastung durch das jeweilige Fadenmaterial und auch der Reibbelastung an der meist metallischen Abzugsfläche, mit der zusammen das Bremsband die Bremszone bildet.

[0003] Aus WO 98/23520 ist ein kegelstumpfförmiges Endlos-Bremsband bekannt, das aus einem Metall oder einer Metalliegierung besteht, wobei als Beispiel Beryllium-Kupfer genannt ist. Beryllium-Kupfer ist ein Werkstoff, der bei der Bearbeitung außerordentlicher Sorgfalt bedarf. Das Bremsband kann unter bestimmten Einsatzbedingungen oder bei bestimmten Fadenqualitäten frühzeitig spürbar und ungleichmäßig verschleißen.

[0004] Aus US 5 546 994 ist ein Bremsband bekannt, das aus Metallblech in einer Stärke von 0,1 mm oder weniger besteht und durch Stanzen und Tiefziehen hergestellt wird. Das Bremsband wird als flexibel beschrieben.

[0005] Aus US 5 678 779 ist ein Endlos-Bremsband aus einer Metallegierung bekannt.

[0006] Aus US 5 409 043 ist ein Endlos-Bremsband bekannt, das entweder als sehr dünne metallische Schicht auf die Innenseite eines Kevlar-Trägerkonus aufgebracht ist, oder aus einem Stahlblech in einer Stärke von 0,05 bis 0,1- mm besteht. Die aktive Oberfläche des Bremsbandes kann verchromt oder vernickelt sein.

[0007] Für eine einwandfreie Funktion muss das Bremsband endlos, fedemd, trotz der geringen Wandstärke glatt. und an der aktiven Oberfläche verschleißfest sein. Das Federverhalten und die Verschleißfestigkeit könnten mit gehärtetem konventionellen Stahlsorten erzielt werden. Gehärteter konventioneller Stahl ist aber in der Regel nicht mehr formbar. Umgekehrt ist das Härten zuvor verformten konventionellen Stahls bisher kaum möglich. Bei einer Härtung von konventionellen Stahlsorten nach dem Formen wäre ferner bei so dünnen Wandstärken (maximal wenige Zehntel Millimeter) mit Formfehlem des Kegelstumpfes zu rechnen, die die notwendige Ebenheit des Bremsbandes an der aktiven Oberfläche ausschließen und ein homogenes Verformungsverhalten des Bremsbandes im Betrieb nicht mehr erreichen lassen. Deshalb wurden solche Faden-Bremsbänder bisher aus anderen metallischen Werkstoffen hergestellt

[0008] Eine aus US 2 218 976 A bekannte. flexible Gam-Führungshütse besteht aus Stahl, wobei zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit nur ein freier Endabschnitt der Gam-Führungshülse durch eine Wärmebehandlung mit anschließendem Abschrecken gehärtet ist

[0009] Der Artikel von W.T. LANKFORD. JR. & AL.: "The Making, Shaping and Treating of Steel" 1985, HERBICK & HELD, PITTSBURGH, PENNSYLVANIA XP002193211. S. 1335, 1339, 1344, 1345 erörtert die Zusammensetzungen von Stählen mit hohem Cr-Ni-Anteil der Klasse "Precipitation Hardening Stainless Steel" und Verfahrensschritte, die beim Ausscheidungshärten dieser Stahlklassen durchgeführt werden.

[0010] Der Abschnitt ". Beüz, K.H. Grote, Dubbel: "Taschenbuch für den Maschinenbau", 19. Auflage, Springer Verlag, Berlin, 1997, ISBN 3-540-62467-8, E37-E39, beschreibt Siahlhärtungsverfahren für verschiedene Stahlklassen, die Folgen der Härtungsverfahren und einige Einsatzfälle für die gehärteten Stähle.

[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Faden-Bremsband der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Faden-Bremsbandes anzugeben, mit denen die Anforderungen an Verschleißfestigkeit, gleichmäßige Oberflächenglätte, uniforme Federung und industrieller Großserienproduktion auf kostengünstige Weise zu erfüllen sind.

[0012] Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und verfahrensgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.

[0013] Ausscheidungs-gehärteter rostfreier Stahl mit Chrom und Nickel als Hauptlegierungs bestandteile der Klasse ""Precipitation Hardening Stainless Steel", wie er normalerweise im Flugzeugbau verwendet wird. erfüllt unerwartet genau die Anforderungen, die für ein Bremsband einer Fadenbremse auftreten. D.h., der Stahl lässt sich vor dem Härten bequem verformen, um die Kegelstumpfform des Bremsbandes aus einem flachen Zuschnitt ohne Formfehler formen zu können, und lässt sich dann so härten, dass er die erforderliche Federung, die glatte Oberfläche und vor allem die Verschteißfestigkeit an der aktiven Oberfläche erbringt. Ausscheidungs-härtbarer Stahl ist in den gewünschten Dicken kostengünstig erhältlich, einfach mechanisch zu bearbeiten und bequem zu härten. Verfahrensgemäß wird die Verformbarkeit des ausscheidungs-härtbaren rostfreien Stahls genutzt, um zunächst die Kegelstumpfform des Bremsbandes auf dem flachen Zuschnitt zu bilden, und wird dann die gute Härtbarkeit im Hinblick auf hohe Federung und gute Verschleißfestigkeit an der aktiven Oberfläche durchgeführt, wobei sich erstaunlicherweise zeigt, dass der Härteprozess unter Erzielen einer glatten Oberfläche und ohne Formfehler des Kegelstumpfes des Faden-Bremsbandes trotz der dünnen Wandstärke durchführbar ist.

[0014] Der flache Zuschnitt wird zweckmäßigerweise durch Stanzen geformt. Hierbei lässt sich ein hoher Ausstoß mit ausreichender Genauigkeit erzielen. Das Kaltverfonnen in die Gestalt des Kegelstumpfmantels erfolgt zweckmäßigerweise durch Tiefziehen in einem Werkzeug. Die Härtung wird in drei Schritten durchgeführt, und zwar in einem Austenit-Konditionierschritt, einem anschließenden Austenit/Martensit-Transformierungsschritt und schließlich einem abschließenden Ausscheidungs-Härteschritt.

[0015] Bei dem Austenit-Konditionierschritt wird der kaltverformte Zuschnitt auf rund 955°C erwärmt und dann ca. zehn Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Danach darf sich der Zuschnitt in Luft auf Raumtemperatur abkühlen. Ehe eine Stunde verstrichen ist, wird der abgekühlte kaltverformte Zuschnitt bis auf etwa -73°C abgekühlt und für acht Stunden auf dieser Kühltemperatur gehalten. Dann darf er sich in Luft wieder auf Raumtemperatur erwärmen (Transformierungs-Schritt). Abschließend wird er auf ca. 510°C erwärmt, für ca. 90 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und schließlich in Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Damit ist die Ausscheidungs-Härtung abgeschlossen. Das Bremsband kann dann in üblicher Weise weiteren Verarbeitungsschritten zugeführt bzw. in die Fadenbremse eingegliedert werden.

[0016] Im Hinblick auf exakte Maßhaltigkeit und homogene Eigenschaften des Bremsbandes ist es zweckmäßig, den Zuschnitt als flachen Kreisring mit Übermaß in Radialrichtung zu stanzen, und erst nach der Kaltverformung und vor der Härtung auf die Sollmasse zu schneiden. Das Überschussmaterial in radialer Richtung kann zuvor bei dem Reck-Prozess, der mit dem Kaltverformen einhergeht, Materialverlagerungen kompensieren. Durch das anschließende Beschneiden liegen dann bis zu den endgültigen Schneidrändem gleiche Verhältnisse im Faden-Bremsband vor.

[0017] Alternativ kann die endgültige Beschneidung auch erst nach dem Härten erfolgen.

[0018] Beim Kaltvertormen wird zweckmäßigerweise eine gleichmäßige Wandstärke zwischen 0,01 mm bis 0,5 mm eingestellt. Ein Dickenbereich von ca. 0,05 mm bis ca. 0,3 mm ist für Fadenbremsbänder aus diesem ausscheidungs-gehärteten Stahl besonders günstig.

[0019] Damit bei Lagerhaltung, Transport oder dgl. keine die Bearbeitung des Stahles störende Korrosion eintritt, und ggfs. zur besseren Bearbeitbarkeit sollte der Zuschnitt aus einem angelassenen Blech gestanzt werden. Unter "angelassen" wird dabei die herstellerseitige Korrosionsschutzmaßnahme verstanden, so z.B. eine Lösungswärmebehandlung mit rascher Abkühlung (Mill Annealed, d.h. Solution Heat Treated and Rapid Cooled).

[0020] Anhand der Zeichnung wird die Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine Perspektivansicht eines Endlos-Bremsbandes für eine Fadenbremse,

Fig. 2

als Vertikalschnitt den Schritt des Anfertigens eines flachen Zuschnitts,

Fig. 3

schematisch die Kaltverformung des flachen Zuschnitts der Fig. 2 in eine Kegelstumpfgestalt mit anschließendem Zuschneiden der endgültigen Dimensionen, und

Fig. 4

einen Vertikalschnitt durch das Bremsband mit Hinweisen auf die durchzuführenden Vergütungs- oder Härtungsschritte.

[0021] Ein Endlos-Bremsband B in Fig. 1 hat die Form eines Kegelstumpfmantels mit einem Ein Endlos-Bremsband B in Fig. 1 hat die Form eines Kegelstumpfmantels mit einem kleineren Durchmesser di und einem großen Durchmesser da, einer Höhe h in Richtung der Kegelachse X, einer Bandweite b in Richtung der Erzeugenden, und einer Wandstärke y. Die Wandstärke y liegt zwischen etwa 0,01 mm und 0,5 mm und ist im gesamten Bremsband B gleich. Das Bremsband B besteht aus einem ausscheidungsgehärteten rostfreien Stahl S der Klasse "Precipitation Hardening Stainless Steel". Ein gutes Betriebsverhalten wird mit einer Wandstärke von 0.08 mm erzielt, z.B. bei einem Fadenbremsband mit etwa 110 mm Außendurchmesser, etwa 85 mm Innendurchmesser, und einem Kegelspitzwinket zwischen ca. 90° und 120°.

[0022] Die innere Oberfläche des Bremsbandes B ist die aktive Bremsfläche, die glatt und verschleißfest sein muss. Ferner muss das Band undehnbar sein, jedoch in radialer Richtung verformbar bzw. gut federnd.

[0023] Bei der Herstellung des Bremsbandes B von Fig. 1 wird wie folgt vorgegangen.

[0024] Gemäß Fig. 2 wird zunächst aus einem ebenen Blech M ein kreisringförmiger flacher Zuschnitt Z gebildet, z.B. durch Ausstanzen, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Soll-Innendurchmesser di des Bremsbandes und dessen Außendurchmesser größer ist als der Soll-Außendurchmesser da des Bremsbandes B.

[0025] Gemäß Fig. 3 wird der flache Zuschnitt Z in einem Werkzeug W, z.B. durch Tiefziehen, in die Form des Kegelstumpfes bzw. kegelstumpfförmigen Zwischenproduktes Z1 gebracht Da beim Tiefziehen unvermeidliche Materialverlagerungen auftreten, wurde der Zuschnitt Z in radialer Richtung mit Übermaßen dimensioniert, die im Verformungsschritt in Fig. 3 genutzt werden, um das Fließen des Materials zuzulassen. Nach der Verformung erfolgt ein Zuschneiden auf die Soll-Durchmesser di und da.

[0026] Der nun bereits die endgültigen Dimensionen aufweisende Zuschnitt Z1 wird nun wie folgt bearbeitet .

[0027] In einem Austenit-Konditionier-Schritt I wird der Zuschnitt Z1 zunächst auf beispielsweise 955°C erhitzt und für zehn Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Dann kann er sich in Luft wieder auf Raumtemperatur RT abkühlen.

[0028] In einem zweiten Austenit/Martensit-Transformierungs-Schritt II, der innerhalb einer Stunde nach dem ersten Schritt I beginnt, wird der Zuschnitt Z1 auf ca. -73°C abgekühlt, dann für ca. acht Stunden auf dieser Temperatur gehalten, ehe er sich in Luft wieder auf Raumtemperatur RT zu erwärmen vermag.

[0029] In einem anschließenden Ausscheidungs-Härteschritt III wird der Zuschnitt Z1 erneut. erwärmt, und zwar auf ca. 510°C, für 90 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, ehe er sich schließlich in Luft bis auf Raumtemperatur RT abkühlen darf. Dann liegt das Bremsband B aus dem ausscheidungs-gehärteten rostfreien Stahl S vor.

[0030] Eine Nachbearbeitung ist nicht erforderlich, kann jedoch fallweise vorgenommen werden.

[0031] Neben anderen Zusätzen enthält ausscheidungs-härtbarer rostfreier Stahl der Klasse "Precipitation Hardening Stainless Steel" als Hauptlegierungsbestandteile Chrom und Nickel. Dieser Stahl ist an sich bestimmt zum Herstellen von Federn, Clips, Rahmenstrukturen in Luftfahrzeugen und Drucktanks. Auf die Verschleißfestigkeit dieses Stahls kommt es in diesen Einsatzgebieten nicht so sehr an. Erfindungsgemäß wird hingegen vor allem die Verschleißfestigkeit als äußerst willkommener Nebeneffekt des ausscheidungs-härtbaren Stahls bei der Fadenbremsung genutzt.

Ansprüche

1. Endlos-Bremsband (B) für eine Fadenbremse, mit der Form eines Kegelstumpf-Mantels. der durch Kaltverformen eines flachen Zuschnitts (Z) aus dünnem Metallblech (M) hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsband (B) aus ausscheidungsgehärtetem rostfreiem Stahl (S) mit Chrom und Nickel als Hauptlegierungs-Bestandteilen der Klasse "Precipitation Hardening Stainless Steel" besteht.

2. Verfahren zum Herstellen eines Endlos-Bremsbandes für eine Fadenbremse gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren die folgenden sequenüellen Verfahrensschritte umfasst,
Zuschneiden des endlosen flachen Zuschnitts (Z) aus dem Blech (M),
Kaltverformen des Zuschnitts (Z) in eine Kegelstumpfform.
Ausscheidungshärten des kelgelstumpfförmigen Zuschnitts (Z1).

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Ausstanzen des Zuschnitts (Z),
Tiefziehen des ausgestanzten Zuschnitts (Z) in die Kegelstumpfform, und
Ausscheidungshärten des tiefgezogenen Zuschnitts (Z1) in einem Austenit-Konditionier-Schritt (I), einem nachfolgenden Austenit/Martensit-Transformations-Schritt (II) und einem abschließenden Ausscheidungs-Härteschritt (III).

4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Erwärmen des tiefgezogenen Zuschnitts (Z1) auf knapp unter 1000°C, vorzugsweise auf 955°C halten dieser Temperatur für ca. zehn Minuten, und
Abkühlen in Luft bis auf Raumtemperatur (RT) bei dem Austenit-Konditionier-Schritt (I),
Abkühlen des Zuschnitts (Z1) nachfolgend innerhalb einer Stunde bis etwa auf-73°C, Halten dieser Kühltemperatur über ca. acht Stunden bei dem Austenit-Martensit-Transformations-Schritt (II),
und Erwännen in Luft auf Raumtemperatur,
und Aufheizen des Zuschnitts auf etwas über 500°C, vorzugsweise auf 510°C. Halten über ca. neunzig Minuten auf dieser Temperatur,und Abkühlen in Luft auf Raumtemperatur (RT) bei dem Ausscheidungs- Härteschritt (III).

5. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Ausstanzen des Zuschnitts (Z) als flachen Kreisring mit Übermaß in Radialrichtung und Beschneiden in Radialrichtung auf das Sollmaß (di, da)erst nach dem Tiefziehen und vor den Ausscheidungshärten.

6. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Ausstanzen des Zuschnitts (Z) als flachen Kreisring mit Übermaß in Radialrichtung und Beschneiden in Radialrichtung auf das Sollmaß (di, da) erst nach dem Ausscheidungshärten.

7. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Tiefziehen des Zuschnitts auf eine gleichmäßige Wandstärke innerhalb eines Bereiches (y) zwischen 0,01 mm und 0.5 mm, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,3 mm.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch Anlassen des Blechs (M) vor dem Ausstanzen des Zuschnitts (Z).

Claims

1. Endless braking strip (B) for a yarn brake, the braking strip having the shape of a frustocone coat produced by cold deformation of a flat blank (Z) made from thin metal sheet (M), characterised in that the braking strip (B) consists of precipitation hardened stainless steel (S) of the class "Precipitation Hardening Stainless Steel" containing chromium and nickel as main alloy ingredients.

2. Method for manufacturing an endless braking strip for a yam brake according to claim 1, wherein the method comprises the following sequential method steps,
cutting the endless flat blank (Z) from the sheet metal (M),
cold forming of the blank (Z) into the shape of a frustocone,
precipitation hardening of the frustoconical blank (Z1).

3. Method as in claim 2, characterised by
stamping the blank (Z),
deep drawing the stamped blank (Z) into the frustoconical shape, and
precipitation hardening of the deep drawn blank (Z1) by an austenite conditioning step (I), a subsequent austenite-martensite-transforming step (II) and a final precipitation hardening step (III).

4. Method as in claim 2, characterised by heating the deep drawn blank (Z1) to slightly below 1000° C, preferably to 955°C, and maintaining this temperature for about ten minutes, and cooling down in ambient air to ambient temperature (RT) during the austenite conditioning step (I),
cooling the blank (Z1) subsequently within one hour to about -73°C, maintaining this cooling temperature over about eight hours during the austenite-martensite-transforming step (II),
heating the blank (Z1) in ambient air to ambient temperature,
and heating the blank to somewhat above 500°C, preferably to 510°C, maintaining this temperature of the blank over about ninety minutes, and cooling down in ambient air to ambient temperature (RT) during the precipitation hardening step (III).

5. Method as in claim 2, characterised by
stamping the blank (Z) as a flat annulus with oversize in radial direction and cutting the blank in radial direction to the target dimension (di, da) first after the deep drawing and prior to the precipitation hardening process.

6. Method as in claim 2, characterised by stamping the blank (Z) as a flat annulus with oversize in radial direction and cutting the blank in radial direction to the target dimension (di, da) first after the precipitation hardening step.

7. Method as in claim 2, characterised by deep drawing the blank to a uniform wall thickness within a range (y) between 0.01 mm and 0.5 mm, preferably between 0.05 mm and 0.3 mm.

8. Method as in at least one of claims 2 to 7, characterised by annealing the sheet metal (M) prior to stamping the blank (Z).

Revendications

1. Bande de freinage sans fin (B) pour un tendeur de fil, avec la forme d'une enveloppe de cône tronquée, qui est fabriquée par déformation à froid d'une pièce découpée (Z) plate dans de la tôle métallique (M) mince, caractérisé en ce que la bande de freinage (B) est à base d'acier (S) inoxydable et trempée par précipitation avec du chrome et du nickel comme composants d'alliage principal de la classe "Precipitation Hardening Stainless Steel".

2. Procédé pour la fabrication d'une bande de freinage sans fin pour un tendeur de fil selon la revendication 1, le procédé comprenant les étapes de procédé séquentielles suivantes,
coupe à dimension de la partie coupée (Z) plate et sans fin dans la tôle (M),
déformation à froid de la partie coupée (Z) dans une forme de cône tronquée,
durcissement par précipitation de la partie coupée (Z1) en forme de cône tronqué.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par matriçage de la partie coupée (Z),
emboutissage profond de la partie coupée (Z) matricée dans la forme de cône tronquée et,
durcissement par précipitation de la partie coupée (Z1) emboutie profonde dans une étape de conditionnement par austénite (I), une étape consécutive de transformation de austénite/martensite (II) et une étape terminale de durcissement par précipitation (III).

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le réchauffement de la partie coupée (Z1) emboutie profonde jusqu'à juste au-dessous de 1.000°C, de préférence jusqu'à 950°C, maintien de cette température pour environ dix minutes, et
refroidissement dans l'air jusqu'à la température ambiante (RT) lors de l'étape de conditionnement par austénite (I),
refroidissement de la partie coupée (Z1) ensuite en l'espace d'une heure jusqu'à environ -73°C, maintien de cette température de refroidissement pendant environ huit heures lors de l'étape de transformation par austénite/martensite (II),
et réchauffement à l'air jusqu'à température ambiante,
et réchauffement de la partie coupée jusqu'à un peu plus de 500°C, de préférence jusqu'à 510°C. Maintien pendant environ quatre-vingt dix minutes à cette température et refroidissement à l'air à la température ambiante (RT) lors de l'étape de durcissement par précipitation (III).

5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par matriçage de la partie coupée (Z) sous la forme d'une bague circulaire plate avec surcote dans le sens radial et détourage dans le sens radial à la dimension prescrite (di, da) seulement après l'emboutissage profond et avant le durcissement par précipitation.

6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par matriçage de la partie coupée (Z) sous la forme d'une bague circulaire plat avec surcote dans le sens radial et détourage dans le sens radial à la dimension prescrite (di, da) seulement après le durcissement par précipitation.

7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par l'emboutissage profond de la partie coupée jusqu'à une épaisseur de paroi uniforme à l'intérieur d'une plage (y) comprise entre 0,01 mm et 0,5 mm, de préférence entre 0,05 et 0,3 mm.

8. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé par le recuit de la tôle (M) avant le matriçage de la partie coupée (Z).

Zeichnung