DE102016224009A1

DE102016224009A1 - Rad-Nabe-Verbindung für ein Kraftfahrzeugrad

Info

Publication number: DE102016224009A1
Application number: DE102016224009.9A
Authority: DE
Inventors: Josef Hofstetter; Kordian KOKOTT
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2018-06-07
Also published as: WO2018099872A1; EP3548764A1

Abstract

Nach der Erfindung ist eine Radscheiben-Radnaben-Verbindung für ein Kraftfahrzeug, mit einer dazwischen befestigten Bremsscheibe einer Scheibenbremse, deren Bremsscheibentopf aus Leichtmetall besteht, dadurch gekennzeichnet, dass, wenigstens über einen Flächenbereich möglicher Berührflächen der Radscheibe mit dem Bremsscheibentopf, an diesem eine Beschichtung angebracht ist, deren elektrisches Eigenpotential gleich dem des Werkstoffs der Radscheibe ist oder die mit ihrem Eigenpotential-Wert dazwischen liegt, zwischen dem elektrischen Eigenpotential des Leichtmetalls des Bremsscheibentopfes und dem elektrischen Eigenpotential des Werkstoffs der Radscheibe.

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Rad-Nabe-Verbindung für ein Kraftfahrzeugrad nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs, zur Kombination von Leichtmetallbremsscheiben mit Stahlrädern.
Besteht zwischen mittels einer Verbindung zu paarenden unterschiedlichen Metallwerkstoffen Kontakt, kann dieser unter Anwesenheit eines Elektrolyten dazu führen, dass Bimetallkorrosion stattfindet. Dies umso eher, je größer die Differenz der Eigenpotentiale der unterschiedlichen Metalle ist.
Die elektrische Spannungsreihe der Metalle gibt an, welches Normalpotenzial einzelne Metalle haben. Aluminium liegt hier bei etwa -1,6 V, während Stahl in den meisten Fällen bei ungefähr -0,5 V liegt, da er nur aus Kohlenstoff und Eisen besteht. Zwischen den beiden Metallen besteht also eine Potenzialdifferenz von rund 1 V.
In der Praxis bedeutet das, bei der Materialauswahl immer darauf zu achten, dass aneinander grenzende, unterschiedliche Metalle nur ein minimal unterschiedliches Eigenpotenzial haben.
Bedingt durch das relativ niedrige Potenzial von Aluminium kann Bimetallkorrosion unter passenden Umständen auch zwischen Leichtmall und Stahl auftreten.
Zur Vermeidung von Korrosion ist es bekannt, eine Bremsscheibe mit einem Schutzlack zu versehen. Die DE 20 2012 004 374 beschreibt eine solche Bremsscheibe, die ihr ästhetisches Erscheinungsbild im Betrieb länger beibehält, wobei dies einfach und kostengünstig erreicht werden soll.
Dazu wird die Bremsscheibe einer Scheibenbremse, deren Bremsscheibentopf aus Metall oder einer Metallverbindung gebildet ist, mindestens im Bereich des Bremsscheibentopfes mit einer Korrosionsschutzbeschichtung überzogen. Die Art und Ausführung der Korrosionsschutzbeschichtung wird so gewählt, dass sie einfach und kostengünstig auf die Bremsscheibe aufgebracht werden kann.
Eine unter Serienfertigungsbedingungen effektiv herstellbare Korrosionsschutzbeschichtung wird beschrieben, die als Lack ausgestaltet ist. Lacke sind kostengünstig und einfach verarbeitbar. Sie sind für den Einsatzzweck ästhetischer Gesichtspunkte ausreichend geeignet, da direkte mechanische Einwirkungen auf die Oberfläche des Bremsscheibentopfes bei normaler Verwendung von Fahrzeugen auf Straßen und befestigten Wegen begrenzt sind. Die Ausgestaltung der Korrosionsschutzbeschichtung als Lackbeschichtung bietet einen hinreichenden Schutz vor äußeren Einflüssen im Betrieb wie Hitze, Sonneneinstrahlung, Wasser, Salz und Staub. Ferner bildet eine Lackbeschichtung eine verhältnismäßig glatte Oberfläche, an der Verschmutzungen nur schlecht anhaften und die damit bereits durch die Fahrbewegungen und durch Spritzwasserbenetzung einen Selbstreinigungseffekt besitzt.
Allerdings weist eine Lackbeschichtung jedoch den Nachteil auf, dass diese aufgrund häufiger Radwechselintervalle beispielsweise durch den Sommer- /Winterreifenwechsel vergleichsweise schnell abgetragen oder beschädigt wird, womit die schützende Wirkung schnell nachlässt und dann vor allem bei verbauten Leichtmetall-Bremsscheibentöpfen in Kombination mit Stahlradscheiben an deren Kontaktfläche oben erwähnte Bimetallkorrosion entstehen kann.
Deshalb hat die Erfindung die Aufgabe, eine Rad-Nabe-Verbindung der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln dahingehend zu verbessern, dass die genannten Nachteile im Zusammenspiel der Komponenten vermieden werden, wobei zudem die einzelnen betroffenen Komponenten unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten preiswert herzustellen sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Rad-Nabe-Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Nach der Erfindung ist eine Radscheiben-Radnaben-Verbindung für ein Kraftfahrzeug, mit einer dazwischen befestigten Bremsscheibe einer Scheibenbremse, deren Bremsscheibentopf aus Leichtmetall besteht, dadurch gekennzeichnet, dass, wenigstens über einen Flächenbereich möglicher Berührflächen der Radscheibe mit dem Bremsscheibentopf, an diesem eine Beschichtung angebracht ist, deren elektrisches Eigenpotential gleich dem des Werkstoffs der Radscheibe ist oder die mit ihrem Eigenpotential-Wert dazwischen liegt, zwischen dem elektrischen Eigenpotential des Leichtmetalls des Bremsscheibentopfes und dem elektrischen Eigenpotential des Werkstoffs der Radscheibe.
Das hat den Vorteil, dass mittels baulicher Trennung durch eine Zwischenschicht, der Potenzialunterschied der Stahlrad-Bremsscheibentopfpaarung durch die Materialauswahl zuverlässig verringert oder vermieden und so Bimetallkorrosion verhindert wird.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch ein thermisches Spritzverfahren aufgebracht ist, insbesondere mittels Lichtbogendrahtspritzen.
Das hat den Vorteil, dass eine widerstandsfähige Beschichtung des Leichtmetall-Bremsscheibentopfes mit einem metallischen Werkstoff mit geeignetem Potential zum Zwecke der Veränderung und gezielten Anpassung der Oberflächeneigenschaften im elektrochemischen Bereich auf einfache Weise, insbesondere beschränkt auf die betroffene Berührpaarungsfläche stattfinden kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung auf das Wesentliche beschränkt dargestellt. Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Rad-Nabe-Verbindung in einem Teil-Querschnitt im Bereich einer Radschraube.
Eine Radscheiben-Radnaben-Verbindung zur Befestigung eines Kraftfahrzeugrads mit einer nur teilweise gezeichneten Radscheibe 1 an einer Radnabe 2, die einen Bremsscheibentopf 3 und das Kraftfahrzeugrad trägt, das in seiner Radscheibe 1 eine an die Radnabe 2 angepasste Durchbrechung 4 aufweist, wofür die Radnabe 2 einen Zentrierfortsatz 5 besitzt und mit diesem und der Durchbrechung 4 der Radscheibe 1 einen Sitz für das Rad bildet, dessen Radscheibe 1 über Ausbuchtungen 6, wenigstens in der Nähe von Radschrauben 7, verfügt, die in axialer Richtung, zur Radnabe 2 hin, das Rad an dem Bremsscheibentopf 3 abstützen, während die Radschrauben 7 das Rad über die Radscheibe 1 zentriert fixieren. Die Befestigung des Rades an der Radnabe 2 geschieht über die Radschrauben 7 oder aber über nicht gezeichnete Stehbolzen, in Kombination mit nicht gezeichneten Radmuttern, die durch in der Radscheibe 1 vorgesehene Anschlussaugen 8 in die Radnabe 2 eingeschraubt werden. Üblich sind bei Personenkraftwagen drei bis fünf über den Umfang verteilte Radschrauben 7 oder Stehbolzen, regelmäßig angeordnet auf einem Teilkreis, angedeutet dargestellt durch dessen Radius R. Bei der Ausführungsform mit in die Radnabe 2 eingeschraubten Stehbolzen, werden die zugehörigen Muttern die zur Befestigung des Rades auf die durch die Anschlussaugen 8 ragenden Stehbolzen aufgeschraubt.
Bei der Montage des Rades wird die Radscheibe 1 mit der zentrisch angeordneten Durchbrechung 4 auf den Zentrierfortsatz 5 der Radnabe 2 geschoben, so dass eine Vor-Zentrierung des Kraftfahrzeugrades erreicht wird. Durch das Einschrauben der Radschrauben 7 mit einem vorgegebenen Drehmoment wird dann über die Anschlussaugen 8, die Radscheibe 1, endgültig zentriert, an den Bremsscheibentopf 3 angepresst, mit der Radnabe 2 verbunden.
Zur Vermeidung von Bimetallkorrosion oder auch Kontaktkorrosion zwischen der Radscheibe 1 aus Stahl und dem Bremsscheibentopf 3 aus einer Leichtmetalllegierung, ist auf diesen eine Beschichtung 9 durch Lichtbogendrahtspritzen aufgebracht, örtlich begrenzt, jeweils insbesondere auf die Berührflächen 10 zwischen Scheibenrad 1 und Bremsscheibentopf 3. Lichtbogendrahtspritzen ist als ein Verfahren des thermischen Spritzens ein Oberflächenbeschichtungsverfahren. Dabei werden Zusatzwerkstoffe, die so genannten Spritzzusätze, innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners ab- , an- oder aufgeschmolzen, in einem Gasstrom in Form von Spritzpartikeln beschleunigt und wenigstens an den Berührflächen 10 auf die Oberfläche des Bremsscheibentopfes 3 geschleudert. Die Oberfläche des Bremsscheibentopfes 3 wird dabei, im Gegensatz zum Auftragschweißen, nicht angeschmolzen und nur in geringem Maße thermisch belastet. Die Bildung einer Beschichtungsschicht 9 findet statt, da die Spritzpartikel beim Auftreffen auf die Bauteiloberfläche prozess- und materialabhängig mehr oder minder abflachen, vorrangig durch mechanische Verklammerung haften bleiben und lagenweise die Spritzschicht 9 aufbauen. Qualitätsmerkmale der Spritzschicht 9 sind geringe Porosität, gute Anbindung an den Bremsscheibentopf 3, Rissfreiheit und homogene Mikrostruktur. Die erzielten Schichteigenschaften werden maßgeblich beeinflusst von der Temperatur und der Geschwindigkeit der Spritzpartikel zum Zeitpunkt ihres Auftreffens auf die zu beschichtenden Oberflächen der Berührstellen 10. Der Oberflächenzustand (Reinheit, Aktivierung, Temperatur) übt ebenfalls maßgeblichen Einfluss auf Qualitätsmerkmale wie die Haftfestigkeit aus.
Der qualitativ beste Korrosionsschutz wird dadurch erzielt, dass die Spritzpartikel der Beschichtung 9 aus einem Stahlwerkstoff sind, der das gleiche Standardpotential in der elektrochemischen Spannungsreihe besitzt, wie der Werkstoff des Scheibenrads 1. Alternativ ist es auch möglich, dass die Spritzpartikel-Beschichtung 9 mit ihrem Eigenpotential-Wert dazwischen liegt, zwischen dem elektrischen Eigenpotential des Leichtmetalls des Bremsscheibentopfes 3 und dem elektrischen Eigenpotential des Werkstoffs der Radscheibe 1.
Dabei ist es in einem weiteren Anwendungsfall auch denkbar, dass die Radscheibe 1 aus Kohlenstofffaser verstärktem Kunststoff, CFK, besteht und eine Beschichtung 9 aufgebracht wird, die einen diesem Material entsprechenden Eigenpotential-Wert besitzt.
Außerdem kann die Fläche der Beschichtung 9 auf dem Bremsscheibentopf 3 auch größer sein als die Berührfläche 10 zwischen diesem und der Radscheibe 1, um mit einer Ausführungsform eines Bremsscheibentopfs 3 auch für verschiedene Ausführungsformen von Radscheiben 1 an all deren Kontaktstellen mit dem Bremsscheibentopf 3 Bimetallkorrosion zu verhindern. So kann die Beschichtung 9 zum Beispiel in Kreisringen auf die Oberfläche des Bremsscheibentopfs 3 aufgebracht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202012004374 [0006]

Claims

Radscheiben (1)-Radnaben (2)-Verbindung für ein Kraftfahrzeug, mit einer dazwischen befestigten Bremsscheibe einer Scheibenbremse, deren Bremsscheibentopf (3) aus Leichtmetall besteht, dadurch gekennzeichnet, dass, wenigstens über einen Flächenbereich möglicher Berührflächen (10) der Radscheibe (1) mit dem Bremsscheibentopf (3), an diesem eine Beschichtung (9) angebracht ist, deren elektrisches Eigenpotential gleich dem des Werkstoffs der Radscheibe (1) ist oder die mit ihrem Eigenpotential-Wert dazwischen liegt, zwischen dem elektrischen Eigenpotential des Leichtmetalls des Bremsscheibentopfes (3) und dem elektrischen Eigenpotential des Werkstoffs der Radscheibe (1).
Radscheiben (1)-Radnaben (2)-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9) durch ein thermisches Spritzverfahren aufgebracht ist.
Radscheiben (1)-Radnaben (2)-Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9) mittels Lichtbogendrahtspritzen aufgebracht ist.