DE102015204813A1

DE102015204813A1 - Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe sowie Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102015204813A1
Application number: DE102015204813.6A
Authority: DE
Inventors: Tomasz Pawel Grabiec; Ivan Bruggen; Clemens Maria Verpoort; Thomas Schläfer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: DE102015204813B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe (1) für ein Fahrzeug, bei welchem auf einem Basiskörper (2) der Bremsscheibe (1) zumindest bereichsweise eine Reibschicht (11) angeordnet wird. Vorgeschlagen wird, dass das Verfahren zumindest die Schritte umfasst: – Zumindest bereichsweises Vorbearbeiten des im Rohling vorliegenden Basiskörpers (2); – Erwärmen des Basiskörpers (2) auf eine Diffusionstemperatur – Eintauchen des erwärmten Basiskörpers (2) in eine Schmelze aufweisend unedle Metalllegierungen, so dass eine Funktionsschicht (10) zwischen dem Basiskörper (2) und der noch aufzubringenden Reibschicht (11) gebildet wird, wobei das unedle Metall besagter Schmelze in das Substratmaterial des Basiskörpers (2) eindiffundiert, und Zumindest bereichsweise aufbringen der Reibschicht (11) mittels thermischer Spritzverfahren, wobei zumindest teilweise Partikel (12) aus der Reibschicht (11) herausragen und/oder dass die Reibschicht (11) eingelagerte Partikel (12) aufweist, welche vom Durchmesser größer sind als die Dicke der Reibschicht (11), so dass die Partikel (12) aus der Reibschicht herausragen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für ein Fahrzeug, sowie eine Bremsscheibe für ein Fahrzeug.
Die DE 10 2011 089 923 A1 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung einer Reibfläche einer metallenen Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Landfahrzeuges. Die Scheibenbremse weist eine thermisch aufgebrachte Oberflächenbeschichtung auf. Vorgeschlagen wird, dass vor dem Auftragen der thermischen Oberflächenbeschichtung eine Zwischenschicht kalt aufgetragen wird, so dass mechanische Spannungen vermeidbar sein sollen.
Mit der DE 10 2011 089 918 A1 ist eine Bremsscheibe bekannt geworden, deren Reibfläche eine thermisch aufgebrachte Oberflächenbeschichtung hat. Dabei geht die DE 10 2011 089 918 A1 davon aus, dass Karbid-Partikel aus einer Metallmatrix hervorstehen, so dass die Oberflächenbeschichtung, die mit der DE 10 2011 089 918 A1 verbessert werden soll, eine gemittelte Rauhtiefe Rz von 8µm aufweist. Die Oberflächenbeschichtung der DE 10 2011 089 918 A1 weist eine Rauheit von weniger als 2µm auf, wobei die Karbid-Spitzen durch Feinbearbeitung abgetragen werden.
In der DE 10 2011 056 307 A1 ist eine Bremsscheibe und ein Verfahren zum Herstellen derselben beschrieben. Der Gusseisenwerkstoff ist zumindest im Bereich der Reibflächen mit einer Schutzbeschichtung versehen. Zwischen der Schutzbeschichtung und den Reibflächen ist eine Haftvermittlungsschicht zwischen geschaltet. Sowohl die Schutzbeschichtung als auch die Haftvermittlungsschicht werden bevorzugt mittels dem thermischer Spritzverfahren aufgebracht. Zuvor muss an den Reibflächen vorhandener Grafit entfernt werden, weswegen auch thermische Verfahren dazu, beispielsweise mittels einer Wärmebehandlung in einer stark oxidierenden Atmosphäre offenbart sind. Das sich so bildende Eisenoxid könne chemisch entfernt werden oder an der Reibfläche verbleiben. Die Haftvermittlerschicht besteht bevorzugt aus einem zur Schutzbeschichtung identischen Werkstoff. Offenbart ist auch, dass eine Korrosionsschutzbeschichtung mittels eintauchen vollständig auf die Bremsscheibe aufgebracht werden könne, wobei diese aber im Bereich der aufzubringenden Schutzbeschichtung wieder entfernt werden muss.
In der DE 10 2009 006 813 A1 ist ebenfalls eine Bremsschiebe und ein Verfahren zu deren Herstellung offenbart. Vorgeschlagen wird, die feste Verbindung der Verschleißfesten Beschichtung mit der Tragscheibe mittels Mikrowellenenergie metallurgisch erfolgen könne. Bei der Mikrowellenbestrahlung sei eine vorab Erwärmung der Tragscheibe nicht erforderlich.
Eine beschichtete Leichtmetallscheibe und ein Verfahren zu deren Herstellung ist in der DE 10 2009 003 161 A1 beschrieben. Die Reibschicht kann mittels thermischer Spritzverfahren aufgebracht werden. Zur Verbesserung der Haftung können zusätzlich haftvermittelnde Schichten aufgebracht oder es kann Flußmittel beim thermischen Spritzen eingesetzt werden.
Auch die DE 10 2008 035 849 A1 beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Beschichtung von Bremsflächen von Bremsscheiben. Die Beschichtung wird mittels thermischer Spritzverfahren aufgebracht. Die Bremsscheibe könne vor dem Beschichten auf eine Temperatur zwischen 120°C bis 150°C angewärmt werden, um das Korngefüge zu erweitern.
Die AT 504 820 A1 beschreibt einen Reibbelag, der eine Bindemittelmatrix hat, in dem Reibpartikel angeordnet sind. Die Reibpartikel ragen aus der Bindemittelmatrix heraus.
Die DE AS 1 625 680 befasst sich mit einem Reibkörper für Nass-Kupplungen und -Bremsen, mit einem Träger und mindestens einem an dem Träger angebrachten, gesinterten, porösen und metallischen Reibbelag. Vorgeschlagen wurde, dass der Reibbelag aus Metallfasern besteht, wobei der Porositätsgrad mindestens 50 % betragen soll.
Aus der DE 10 2010 049 797 A1 ist bekannt, dass eine Bremsscheibe integral mit einer Radnabe hergestellt werden kann, so dass der Planschlag der Bremsscheibe reduzierbar sein soll. Zudem könnten die Reibflächen der Bremsscheibe mit einer Reibbeschichtung versehen sein, die aus einem Hartmetall oder aus einer Keramik bestehen kann.
Die EP 1 987 267 B1 beschäftigt sich mit einer Bremsscheibe, die auf der Verwendung von Materialien beruht, wovon eines eine strukturelle Funktion und das andere eine Bremsfunktion erfüllen soll. Die Bremsscheibe umfasst eine Träger- oder strukturelle Scheibe, deren Seiten mit einer ersten und einer zweiten Reibscheibe ausgerüstet sind. Die Reibscheiben sind aus geeignetem Material zum Erfüllen der Bremsfunktion hergestellt. Die strukturelle Scheibe ist aus Verbundmaterial hergestellt. Das Verbundmaterial der strukturellen Scheibe kann aus einem Harz wahlweise zwischen Epoxid-, Phenol-, Cyanatester-, Cyanepoxid-, Keramikharzen und Email oder einer Kombination aus diesen bestehen. Die Reibscheiben können aus einem zwischen Stahl, Gusseisen, Aluminiumlegierung, Aluminiumoxid (Keramik), Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Titancarbid und Carbon-Keramik gewähltem Material hergestellt sein.
Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, bilden Scheibenbremsen die wohl am weitesten verbreitete Bauart von Bremsanlagen. Scheibenbremsen setzen sich im Wesentlichen aus einer Bremsscheibe und einem die Bremsscheibe randseitig umgreifenden Bremssattel zusammen. Hierbei ist die Bremsscheibe über eine drehbar im Achsschenkel gelagerte Radnabe mit dem abzubremsenden Rad des Fahrzeugs verbunden. Demgegenüber ist der Bremssattel an dem Achsschenkel fixiert. Die eigentliche Verzögerung wird durch an die Bremsscheibe anlegbare Bremsklötze erreicht, welche zu beiden Seiten der Bremsscheibe zwischen ihr und dem Bremssattel angeordnet sind.
Je nach Anwendungsfall können Bremsscheiben sowohl aus Eisen, z.B. aus Grauguss (GG) aber auch aus Karbon-Keramik oder Aluminium bestehen.
Bremsscheiben werden typischerweise aus unlegiertem Graugussmaterial (GG) gegossen. Solche Scheiben lassen sich zwar kostengünstig gießen und bearbeiten, sie liefern aber keinen ausreichenden Korrosionsschutz gegenüber Spritzwasser von der Fahrbahn oder Regenwasser. Besonders im Winter ist ein erhöhter Korrosionsangriff durch Streusalz zu beobachten. Wenn Fahrzeuge dann für längere Zeit geparkt werden, dann kann die starke Rostbildung auf der Grauguss-Oberfläche im Reibringbereich dazu führen, dass der Bremsbelag auf der Bremsscheibe quasi festrostet. Das ist darauf zurückzuführen, dass der Belag bei einer Bremsscheibe permanent eng an der Scheibenoberfläche anliegt und es daher in diesem engen Spalt zu dem Festrosten kommen kann. Wenn dann das Fahrzeug erneut bewegt wird, kann dabei festgerostetes Belagsmaterial aus dem Belag herausgerissen und auf die Scheibenoberfläche transferiert werden. Dies führt zu einem Rubbeln der Bremsen verbunden mit starker Geräuschentwicklung. Unter Umständen kann es notwendig werden, die Scheiben zu wechseln oder den anhaftenden Rost abzudrehen. Darüber hinaus erscheinen rostige Bremsscheiben als minderwertig, wenn die verrosteten Scheiben durch die edel erscheinenden Aluminium-Felgen hindurch wahrgenommen werden können.
Weiterhin ist bekannt, dass die Verschleißbeständigkeit der GG-Bremsscheiben nicht ausreichend hoch ist. Die typischerweise verwendeten Bremsbeläge sind für einen bestimmten Reibwert optimiert und dabei wird eine gewisse abrasive Verschleißbelastung des Reibringes in Kauf genommen. Diese abrasive Belastung führt unter anderem dazu, dass Bremsscheiben mit einer Rot-Rostbildung nach einem Regentag durch das Betätigen der Bremsen bei der nächsten Autofahrt wieder metallisch blank sind.
Bei dem Abrieb zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe entstehen Partikelemissionen, also Feinstaub. Neben der Feinstaub-Problematik spielt aber auch die optische Wirkung von verrosteten Bremsscheiben in Kombination mit teuren, edlen Aluminium-Felgen eine zusätzliche Rolle. Es ist bekannt, dass ca. 70% der Feinstaubpartikel von dem GG-Scheibenmaterial stammen. Diese Verschleißpartikel haben eine sehr hohe Temperatur von ca. 700°C, mit der sie auf die Aluminium-Felge auftreffen. Dabei können sie sich in den Klarlack auf der Aluminium-Oberfläche einfach einbrennen und das Entfernen des grau-schwarzen Belags ist selbst in der Waschanlage und bei intensiver Pflege sehr schwierig. Zudem werden zusätzlich Quietschgeräusche oder Bremsenrubbeln bei festgerosteten Belägen nach längerem Stillstand als störend angesehen.
Daher werden weltweit intensive Entwicklungsarbeiten betrieben, um sowohl die Korrosions- als auch Verschleißbeständigkeit der Bremsscheiben zu verbessern. Dabei werden z.B. Scheiben hergestellt aus einem Edelstahl-Gussmaterial. Hierbei kann zwar das Korrosionsproblem behoben werden, aber die Verschleißbeständigkeit ist nur wenig verbessert. Neben den hohen Kosten durch Verwendung von strategisch wichtigen Elementen wie Chrom und Nickel ist die Verschleißbeständigkeit nur wenig verbessert. Außerdem wird die Wärmeleitfähigkeit deutlich reduziert, wodurch es zu einer höheren Temperaturbelastung der Radlager kommen kann.
Weiterhin werden zahlreiche galvanische Beschichtungsverfahren zur Problemlösung vorgeschlagen. Diese Schichten sind sehr aufwendig in der Herstellung: Dazu muss das gesamte Bauteil z.B. mit Chrom oder Nickel oder Ni plus Hartstoffpartikel beschichtet werden. Häufig müssen solche Schichten durch eine Diffusionsglühbehandlung noch auf dem Substratmaterial verankert werden, um den Bremsbelastungen gewachsen zu sein.
Eine andere Möglichkeit stellen die Thermischen Spritzverfahren dar: Dazu werden die GG-Scheiben durch Profildrehen und nachfolgendes Korund Strahlen aufgeraut und dann z.B. mit einer 500µm dicken 17%Cr-Stahlspritzschicht versehen. Dazu kommen Pulver- und Drahtspritzenverfahren zum Einsatz. Nach der Beschichtung müssen die rauen Spritzschichten durch Drehen oder Schleifen nachgearbeitet werden um die geforderten Abmessungen der Bremsscheiben zu erfüllen. Bei dieser Spritzbeschichtung wird jedoch nur der Bereich der Reibfläche beschichtet, so dass der Nabenbereich wie heute üblich durch Lackierung vor Rostansatz geschützt werden muss. Für belüftete Bremsscheibe kann natürlich das Spritzverfahren für den Bereich zwischen den Deckscheiben keinen Korrosionsschutz erzeugen, sodass die Stege nach wie vor zu Rostbildung neigen und rostiges Wasser dann über die Reibfläche mit der teuren Spritzschicht laufen wird. Weiterhin zeigt sich in Salzsprühnebel-Tests, dass Thermische Spritzschichten aufgrund der mikroporösen Struktur unterwandert werden, wodurch es zur Unterkorrosion kommen kann. Nur durch teure Versiegelungsverfahren kann diese Korrosion unterbunden werden. Alleine der Aufwand zur Beschichtung der GG-Scheiben z.B. mit einer 500µm dicken, nachgeschliffenen 17%Cr-Stahlspritzschicht ist größer als die gesamte bisherige Herstellung derselben Scheibe durch Gießen plus mechanischer Nacharbeit.
Bei GG-Scheiben bzw. Scheiben mit einer geschliffenen thermischen Spritzschicht wirkt der Bremsbelag abrasiv auf die Oberfläche und bei jedem Bremsvorgang wird Material abrasiv abgetragen. Im Falle der harten Spritzschicht ist der Abtrag zwar deutlich weniger, aber der Abrasionsmechanismus bleibt erhalten.
Möglich ist auch, sog. temporäre, kostengünstige Schutzschichten vorzusehen, damit zumindest die Fahrzeuge vom Hersteller bis zum Endverbraucher gelangen, ohne dass das fabrikneue Fahrzeug bereits rostige Bremsscheiben hat. Dabei handelt es sich meist um Farb-Spritzschichten mit Zink-Pigmenten. Andererseits sind Bremssysteme bekannt, bei denen Zink auf die GG-Oberfläche während des Bremsvorganges aufgerieben wird und dadurch ein kathodischer Korrosionsschutz auftritt. Andererseits hat dieser Zink-Film eine negative Wirkung auf die Reib-Funktion des Bremsbelages, die Reibwerte sinken ab. Insofern wird die Zink-Schutzschicht vor der ersten Inbetriebnahme sinnvoller Weise wohl entfernt.
Möglich wäre auch, eine Nitrier-Diffusions-Beschichtung auf der Basis von Fe-Nitrid Diese Beschichtung führt zu einem kurzzeitigen Verschleiß- und Korrosionsschutz, allerdings scheint die Lebensdauer dieser Beschichtung doch auf weniger als 40.000km begrenzt und auch wohl nur für NAO Beläge für den USA Markt geeignet zu sein. Denn bei den z.B. in Deutschland durchaus höheren, zum Teil nicht vorhandenen Geschwindigkeitsbegrenzungen sind höhere Bremstemperaturen zu erwarten als z.B. in den USA, weswegen die NAO-Beläge dort geeignet scheinen. Darüber hinaus ist der Prozess sehr zeitintensiv und durch die notwendige große Ofenkammer sehr teuer.
Ebenso werden zahlreiche thermische Spritzverfahren (diese wurden oben bereits erwähnt) und galvanische Beschichtungsverfahren eingesetzt. Diese Schichten sind sehr aufwendig in der Herstellung. Bei Salzsprühnebeltests schneiden aber sowohl solche galvanischen Beschichtungen also auch thermisch gespritzte Beschichtungen eher schlecht ab. So ist die Unterwanderung von thermischen Spritzschichten selbst mit zusätzlichen Versieglungsverfahren nicht sicher zu vermeiden.
Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die einfache und haltbare Fertigung von Bremsscheiben als Massenartikel noch Raum für Verbesserungen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für ein Fahrzeug vorzustellen, welches eine kostengünstige und dennoch haltbare Massenfertigung ermöglicht. Weiterhin soll eine Bremsscheibe für ein Fahrzeug aufgezeigt werden, welche neben einer kostengünstigen Fertigung insbesondere eine verbesserte Resistenz gegenüber korrosiven Angriffen und eine verbesserte Lebensdauer besitzt.
Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe findet seine Lösung in den Maßnahmen des Anspruchs 1. Der gegenständliche Teil dieser Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Gemäß der Erfindung wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für ein Fahrzeug vorgestellt, bei welchem auf einem Basiskörper zumindest bereichsweise eine Reibschicht angeordnet wird. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zumindest die folgenden Schritte:
Zumindest bereichsweises Vorbearbeiten des im Rohling vorliegenden Basiskörpers; Erwärmen des Basiskörpers auf eine Diffusionstemperatur;
Eintauchen des erwärmten Basiskörpers in eine Schmelze aufweisend unedle Metalllegierungen, so dass eine Haftvermittlungsbeschichtung zwischen dem Basiskörper und der noch aufzutragenden Reibschicht gebildet wird, wobei das unedle Metall besagter Schmelze in das Substratmaterial des Basiskörpers eindiffundiert;
Zumindest bereichsweises Aufbringen der Reibschicht auf den Basiskörper mittels thermischer Spritzverfahren.
Das zumindest bereichsweise Vorbearbeiten des im Rohling vorliegenden Basiskörpers beinhaltet im Sinne der Erfindung, dass die Bremsscheibe quasi so fertig bearbeitet ist, dass nach den einzelnen Beschichtungsvorgängen optional noch eine Nachbearbeitung erfolgen kann. Zielführend wird der gesamte Basiskörper, also die komplette Bremsscheibe in die unedle Metallschmelze eingetaucht. Eine Schmelze aufweisend unedle Metalle ist im Sinne der Erfindung eine Aluminium- und/oder Zinklegierungsschmelze. Zusammen mit dem vorherigen Erwärmen des Basiskörpers bevorzugt auf eine Temperatur von 500° bis 700°C unter einer Schutzgasatmosphäre kommt es zu einer Eindiffusion des unedlen Metalls, also z.B. des Aluminiums und/oder des Zinks in das Substratmaterial, also in den Grauguss des Basiskörpers. Eine Diffusionstemperatur im Sinne der Erfindung ist also eine Temperatur, bei welcher die unedlen Metalle der Schmelze aufweisend unedle Metalllegierungen in das Substratmaterial des Basiskörpers eindiffundieren. Dabei wird eine metallurgische Verbindung mit einer sehr hohen Haftfestigkeit gebildet, wobei diese Haftvermittlerbeschichtung nicht wie direkt aufgebrachte, thermische Spritzschichten mikroporös ist, und somit auch nicht unterwandert werden können. Zudem führt die erfindungsgemäße Aluminium- und/oder Zinklegierungsschmelze dazu, dass ein kathodischer Korrosionsschutz gebildet wird, wobei sogar möglicher Weise vorhandene Fehlstellen oder im Betrieb auftretende Schadstellen aufgrund der Fernwirkung verschlossen werden können, so dass es quasi zu einer Selbstheilung kommt.
Die Bremsscheibe, also deren Basiskörper wird bevorzugt mittels Sandguss hergestellt. Dabei weist der Basiskörper, also der Rohling einen umlaufenden äußeren Bremskranz auf, welcher für den Kontakt mit einem Bremsklotz eines Bremssattels vorgesehen ist, wobei die Bremsklötze bzw. Bremsbeläge natürlich beidseitig des Bremskranzes, also der Reibflächen angreifen. Im Zentrum des Basiskörpers ist eine Öffnung vorgesehen, welche in einer Ausstellung des Basiskörpers angeordnet ist. Um die Öffnung herum sind in gleichmäßigen Abständen bevorzugt fünf Durchgangslöcher durch die Ausstellung hindurch angeordnet. Besagte Durchgangslöcher dienen der Aufnahme von Radbolzen, über welche die Bremsscheibe zusammen mit einem Rad mit einer Radnabe verbindbar ist. Die Ausstellung, welche auch als Scheibenhut bezeichnet werden kann, kann integral mit dem Bremskranz hergestellt werden, also gegossen werden, oder als separates Element mit dem Bremskranz in geeigneter Weise verbunden werden. Der Basiskörper kann als unbelüftete oder belüftete Bremsscheibe hergestellt sein, was an sich bekannt ist. Bei der belüfteten Bremsscheibe sind die Reibflächen an Deckscheiben angeordnet, wobei die gegenüberliegenden Deckscheiben über Rippen beabstandet sind. Jede Deckscheibe weist natürlich auch nur eine Reibfläche auf, was aber an sich bekannt ist. So ist ein Luftspalt zwischen den Deckscheiben gebildet, was aber an sich auch bekannt ist, weswegen darauf nicht weiter eingegangen wird.
Dadurch, dass die gesamte Bremsscheibe in das Schmelztauchbad eingetaucht wird, wird diese auch vollständig, also komplett mit der Haftvermittlerschicht überzogen. Dies ist dahin sinnvoll, da so auch die außerhalb der eigentlichen Reibflächen liegenden Bereiche in einem Zuge mittels der Schmelztauchbeschichtung mit der Haftvermittlerschicht, also mit einem Korrosionsschutz versehen sind, so dass weitere gesonderte Maßnahmen zum Schutz dieser Bereiche entfallen können. Die Erfindung eignet sich besonders für belüftete Bremsscheiben, da mittels des Tauchbades sowohl die Innenoberfläche der Deckscheiben vollständig als auch die Rippen zusätzlich zu den anderen Bereichen komplett überzogen werden.
Nachdem die Haftvermittlerschicht mittels des Schmelztauchbades aufgebracht ist, kann in einem weiteren Schritt vorgesehen sein, dass der Basiskörper, also die Bremsscheibe, insbesondere die Reibflächen auf Maß gedreht wird/werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die gewählten unedlen Metalllegierungen, insbesondere die Aluminiumlegierung eine „weiche“ Beschichtung bildet. Dieser eigentlich negative Umstand hinsichtlich der Bremsscheiben stellt bei der Erfindung allerdings eine ideale Haftvermittlerbeschichtung für die anschließende thermische Beschichtung zur Verfügung.
Dabei werden Hartstoff-Pulver mittels dem bevorzugten Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HP-HVOF) in die weiche Oberfläche der Haftvermittlerbeschichtung zumindest im Bereich des Reibringes, also der Reibflächen eingeschossen, so dass es zu einer innigen Verklammerung der Hartstoffpartikel und der Haftvermittlerschicht kommt.
Ausreichend im Sinne der Erfindung ist dabei, wenn eine sehr dünne Reibschicht mit einem Betrag von 30µm bis 50µm aufgetragen wird. Dabei liegt es im Sinne der Erfindung, dass die Reibschicht an sich nicht als Verschleißschicht dienen soll, sondern erfindungsgemäß dazu dient, aus dem Belagsmaterial der Bremsbeläge Materialpartikel herauszulösen, also herauszureißen, so dass ein Transferfilm gebildet wird. Bei dem Bremsvorgang wird also Belagsmaterial aus dem Bremsbelag herausgerissen und auf die Oberfläche, also z.B. auf die Aluminiumoberfläche oder Zinkoberfläche im Reibringbereich transferiert. Dieser Transfer-Film bettet die mikroraue Oberfläche der beispielhaften Aluminiumoberfläche des Reibringes ein. Die Reibung kommt hierbei nicht durch Abrasion zustande, sondern durch eine Art Adhäsion. Der Transfer-Film bleibt permanent auf dem Reibring und schützt die Aluminiumoberfläche vor Verschleiß, so dass die Bremsscheibe quasi nicht erneuert und ausgetauscht werden muss. Der Bremsbelag dagegen ist als Verschleißteil ausgebildet und liefert ständig neues Material nach, um den Transferfilm zu stabilisieren. Weist die Haftvermittlerschicht Zink oder Zinkbestandteile auf, ist ersichtlich, dass der Transferfilm auch die Zinkoberfläche einbettet, so dass auch diese vor Verschleiß geschützt ist. Das bedeutet aber auch, dass die zuvor erwähnten Reibwerte des Zinks aufgrund des Transferfilms keinen Einfluss haben.
Insofern sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine aufwändigen Strahloperationen und auch keine aufwändigen Nachschleifoperationen notwendig. Vielmehr wird die thermisch aufgebrachte Spritzschicht, also die Reibschicht im rauen Zustand in Betrieb genommen.
In möglicher Ausführung wird als Spritzpulver ein Wolframcarbid(WC)-Spritzpulver auf die Haftvermittlerschicht thermisch aufgebracht. In bevorzugter Ausgestaltung wird ein Wolframcarbid-Spritzpulver, also z.B. ein WC-Co-Cr-Spritzpulver thermisch aufgebracht. Denkbar im Sinne der Erfindung ist aber auch ein FeNiCr-Pulver als Matrix mit eingelagerten WC- oder TiC-Partikeln. Die Partikel können einen Durchmesser haben, der größer ist als die 30µm bis 50µm dicke Reibschicht. So ragen die scharfkantigen Partikel aus der Reibschicht heraus, und erzeugen so den Transferfilm. Insofern werden quasi scharfkantige Hartstoffpartikel in die Haftvermittlerschicht eingeschossen, so dass die (mikro)raue Hartstoffschicht erzeugt wird, welche für die Bildung des Transferfilms, also der Transferschicht benötigt wird. Dabei ist eine vorherige Strahloperation wie bisher bei konventionellen thermischen Spritzverfahren erforderlich bei der Erfindung nicht nötig. Bis auf das Abdrehen der mittels des Schmelztauchbades aufgebrachten Haftvermittlerschicht auf das Endmaß der Bremsscheibe, zumindest im Bereich der Reibflächen, ist eine weitere Nachbearbeitung der mittels des HVOF-Verfahrens aufgebrachten Hartstoffschicht nicht notwendig. Die fertig bearbeitete Haftvermittlerschicht im Reibringbereich kann z.B. eine Dicke von 200µm haben.
Die Haftvermittlerschicht kann auch als Funktionsschicht bezeichnet werden, und hat quasi eine Doppelfunktion. Zum einen dient die betreffliche Schicht als Korrosionsschutz auch der außerhalb der Reibflächen liegenden Bereiche der Bremsscheibe (auch Verhinderung von Rot-Rost). Zum anderen dient die Schicht gleichzeitig als Haftvermittler für das Auftragen der (micro)rauen Hartstoffschicht mittels des bevorzugten HP-HVOF-Verfahrens.
Der Basiskörper, also die Bremsscheibe ist aus GG gefertigt. Möglich ist natürlich auch, wenn eine Aluminiumbremsscheibe mit dem HP-HVOF-Verfahren beschichtet wird.
Erfindungsgemäß ist eine Bremsscheibe mit den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten hergestellt. Insofern weist die erfindungsgemäße Bremsscheibe eine auf seinem Substratmaterial aufgebrachte Haftvermittlerschicht auf, auf welcher zumindest bereichsweise eine Hartstoffschicht angeordnet ist.
Dabei ist die Haftvermittlerschicht auf der kompletten Bremsscheibe angeordnet. Das bedeutet, dass nicht nur die Reibflächen, sondern auch außerhalb dieser alle Bereiche mit der Haftvermittlerschicht versehen sind, also überzogen sind. Die Haftvermittlerschicht wird in bevorzugter Ausführung aufgebracht, indem die Bremsscheibe in eine unedle Metallschmelze eingetaucht wird. Die Haftvermittlerschicht weist nach einer Endbearbeitung, also z.B. nach dem Drehen auf Endmaß zumindest im Bereich der Reibringe eine Dicke von 200µm auf. Auf der Haftvermittlerschicht ist die Reibschicht angeordnet, welche bevorzugt aber lediglich im Bereich der Reibflächen der Bremsscheiben angeordnet ist. An den Reibflächen greifen Bremsklötze mit ihren Belägen an. Aufgrund der scharfkantigen Hartstoffe der Reibschicht wird Bremsbelagsmaterial aus dem Bremsbelag herausgerissen, so dass ein Transferfilm gebildet wird. So verschleißt der Bremsbelag, wobei ein Verschleiß der Bremsscheibe vermieden ist.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von unterschiedlichen, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe in einer Aufsicht,
2 eine belüftete Bremsscheibe in einer perspektivischen Ansicht,
3 die Bremsscheibe aus 2 in einer Teilschnittansicht, und
4 eine Vergrößerung des in 3 erkennbaren Ausschnittes. In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe 1 zu entnehmen. Diese weist einen kreisrunden Basiskörper 2 beispielhaft aus Gusseisen, also z.B. aus Grauguss (GG) auf. Der Basiskörper 2 besitzt in typischer Weise einen umlaufenden äußeren Bremskranz 3, welcher für den Kontakt mit einem nicht näher dargestellten Bremsbelag vorgesehen ist. Im Zentrum des Basiskörpers 2 ist eine Öffnung 4 vorgesehen, welche in einer Ausstellung 5 des Basiskörpers 2 angeordnet ist. Die Ausstellung 5 kann auch als Scheibenhut 5 bezeichnet werden.
Um die Öffnung 4 herum sind in gleichmäßigen Abständen vorliegend fünf Durchgangslöcher 6 durch die Ausstellung 5 hindurch angeordnet. Besagte Durchgangslöcher 6 dienen der Aufnahme hier nicht näher dargestellter Radbolzen, über welche die Bremsscheibe 1 zusammen mit einem nicht gezeigten Rad mit einer ebenfalls nicht gezeigten Radnabe verbindbar ist.
2 zeigt eine Bremsscheibe 1, welche Deckscheiben 7 und 8 aufweist zwischen denen Rippen 9 angeordnet sind, so dass eine belüftete Bremsscheibe 1 gebildet ist. Die Deckscheiben 7 und 8 weisen außenseitig jeweils den Bremskranz 3 auf.
3 zeigt einen Teilausschnitt der innenbelüfteten Bremsscheibe 1 aus 2. Erkennbar ist eine Funktionsbeschichtung 10. Die Funktionsbeschichtung 10, die auch als Haftvermittlerschicht 10 bezeichnet werden kann, ist vollständig auf der Bremsscheibe 1 aufgebracht ist.
Zum Auftrag der Funktionsbeschichtung 10 wurde die Bremsscheibe 1 bevorzugt unter Schutzgasatmosphäre auf eine Diffusionstemperatur erwärmt, also vorzugsweise auf eine Temperatur von 500° bis 700°C erwärmt. Die so erwärmte Bremsscheibe 1 wurde in ein unedles Metallschmelzbad eingetaucht. Das Schmelzbad kann eine Aluminium- und/oder Zinklegierungsschmelze sein.
Nach dem Tauchbad wurde die Bremsscheibe 1, zumindest der Bremskranz 3, an welchem die Bremsflächen angeordnet sind, auf Maß bearbeitet, wobei die Funktionsschicht 10 nach der Bearbeitung bevorzugt am Bremskranz 3 noch ein Dicke von 200µm aufweist.
Die Bremsscheibe 1 wurde vollständig in das Schmelztauchbad eingetaucht, so dass auch alle Bereiche, also alle Komponenten 2 bis 6 mit der Funktionsschicht 10 überzogen sind. Insbesondere bei der innenbelüfteten Bremsscheibe 1 sind nicht nur die beiden Deckscheiben 7 und 8 von außen, sondern auch innen mit der Funktionsschicht 10 überzogen. Zudem sind auch die Rippen 9 mit der Funktionsschicht 10 überzogen.
So weist die Bremsscheibe 1 auch außerhalb des jeweiligen Bremskranzes 3 quasi einen Korrosionsschutz auf.
In einem weiteren Herstellungsschritt wurde die Bremsscheibe 1, insbesondere der jeweilige Bremskranz 3, also bevorzugt die Reibflächen mittels thermischer Spritzverfahren beschichtet. Dabei wurden Hartstoffpulver mittels des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens (HVOF) zumindest im Bereich der die Haftvermittlerschicht 10 aufweisenden Reibflächen aufgetragen.
So weist die Bremsscheibe 1 bevorzugt im Bereich ihrer Reibflächen eine mittels des bevorzugten HVOF-Verfahrens aufgebrachte Reibschicht 11 auf, welche eine Dicke von 30µm bis 50µm aufweist. Mittels des HVOF werden die Hartstoffpulver mit eingelagerten scharkantigen Partikeln 12 in die weiche Haftvermittlerschicht 10 eingeschossen, so dass es zu einer innigen (mechanischen) Verklammerung der Hartstoffpartikel und der Haftvermittlerschicht 10 kommt.
Die Hartstoffpartikel 12 sind scharfkantig und weisen einen Durchmesser auf, der größer ist als die Dicke der Reibschicht 11. So ragen die Partikel 12 aus der Oberfläche der Reibschicht 11 heraus (4). Wie in 4 weiter erkennbar, verzahnen sich einige Partikel 12 auch mit der „weichen“ Haftvermittlerschicht 10, wobei auch einige Partikel 12 in der Reibschicht 11 eingebettet sind, also nicht herausragen. Die in 4 erkennbaren Partikel 12 sind vom Durchmesser kleiner als die Dicke der Reibschicht 11, ragen gleichwohl aber aus der Reibschicht 11 heraus.
Bei einem Bremsvorgang, bei welchem Bremsbeläge in Kontakt mit der Reibfläche, also vorliegend mit der Reibschicht 11 treten, wird Bremsbelagsmaterial aufgrund des Einwirkens der scharkantigen Partikel 12 aus dem Bremsbelag herausgerissen, und auf die Oberfläche der Reibflächen transferiert, so dass ein Transferfilm oder eine Transferschicht gebildet wird. Dieser Transferfilm bettet die mikroraue Oberfläche ein. Der Transferfilm verbleibt auf der Oberfläche und schützt die Bremsscheibe 1, also die Haftvermittlerschicht 10 so vor Verschleiß. Der Bremsbelag dagegen ist als Verschleißteil ausgebildet, und liefert ständig neues Material nach, um den Transferfilm zu stabilisieren.
Bezugszeichenliste

1: Bremsscheibe
2: Basiskörper
3: Bremskranz
4: Öffnung
5: Ausstellung/Scheibenhut
6: Durchgangsloch
7: Deckscheibe
8: Deckscheibe
9: Rippen
10: Funktionsbeschichtung/Haftvermittlerschicht
11: Reibschicht
12: Partikel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011089923 A1 [0002]
DE 102011089918 A1 [0003, 0003, 0003, 0003]
DE 102011056307 A1 [0004]
DE 102009006813 A1 [0005]
DE 102009003161 A1 [0006]
DE 102008035849 A1 [0007]
AT 504820 A1 [0008]
DE 1625680 [0009]
DE 102010049797 A1 [0010]
EP 1987267 B1 [0011]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe (1) für ein Fahrzeug, bei welchem auf einem Basiskörper (2) der Bremsscheibe (1) zumindest bereichsweise eine Reibschicht (11) angeordnet wird, umfassend zumindest die folgenden Schritte: Zumindest bereichsweises Vorbearbeiten des im Rohling vorliegenden Basiskörpers (2); Erwärmen des Basiskörpers (2) auf eine Diffusionstemperatur Eintauchen des erwärmten Basiskörpers (2) in eine Schmelze aufweisend unedle Metalllegierungen, so dass eine Funktionsschicht (10) zwischen dem Basiskörper (2) und der noch aufzubringenden Reibschicht (11) gebildet wird, wobei das unedle Metall besagter Schmelze in das Substratmaterial des Basiskörpers (2) eindiffundiert, und zumindest bereichsweise Aufbringen der Reibschicht (11) mittels thermischer Spritzverfahren, wobei zumindest teilweise Partikel (12) aus der Reibschicht (11) herausragen und/oder dass die Reibschicht (11) eingelagerte Partikel (12) aufweist, welche vom Durchmesser größer sind als die Dicke der Reibschicht (11), so dass die Partikel (12) aus der Reibschicht herausragen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Basiskörper (2) in die Schmelze eingetaucht wird, so dass dieser vollständig mit der Funktionsschicht (10) überzogen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper unter Schutzgasatmosphäre auf eine Temperatur zwischen 500°C und 700°C erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt nach dem Eintauchen des Basiskörpers (2) in die Schmelze zumindest dessen Bremskranz (3) auf Maß bearbeitet wird, wobei die Funktionsschicht (10) nach der Endbearbeitung eine Dicke von 200µm haben kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze Aluminium- und/oder Zinklegierungen aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschicht (11) mittels des Hochtemperaturflammspritzens aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschicht (11) mittels dem Auftragen von Hartstoffpulvern erzeugt wird, wobei die Reibschicht (11) eine Dicke von 30µm bis 50µm aufweist.
Bremsscheibe) für ein Fahrzeug, bei welchem auf einem Basiskörper (2) der Bremsscheibe (1) zumindest bereichsweise eine Reibschicht (11) angeordnet wird, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Reibschicht (11) und dem Basiskörper (2) eine Funktionsschicht (10) angeordnet ist, welche auf dem kompletten Basiskörper (2) diesen vollständig umgebend angeordnet ist, wobei der Basiskörper (2) vor einem Eintauchen in eine die Funktionsschicht (10) bildende Schmelze aufweisend unedle Metalllegierungen auf eine Diffusionstemperatur erwärmt wird, so dass die unedlen Metalle der Schmelze in das Substratmaterial des Basiskörpers (2) eindiffundieren, und wobei in der Reibschicht (11) Partikel (12) angeordnet sind, welche aus der Reibschicht (11) herausragen.
Bremsscheibe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (10) nach einer Endbearbeitung eine Dicke von 200µm aufweist, wobei die Reibschicht eine Dicke von 30µm bis 50µm hat.