DE102018004270A1

DE102018004270A1 - Process for the partial or complete coating of metallic parts of vehicle brakes and brake disc or brake drum of metal subject to corrosion or wear

Info

Publication number: DE102018004270A1
Application number: DE102018004270.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Styrnol
Original assignee: Zermet Zerspanungstechnik & Co KG GmbH
Current assignee: Zermet Zerspanungstechnik & Co KG GmbH
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2019-11-14

Abstract

Gezeigt ist ein Verfahren zum teilweisen oder vollständigen Beschichten von der Korrosion oder dem Verschleiß unterliegenden, metallischen Teilen (10) von Fahrzeugbremsen, wobei die Beschichtung (11) mit Hilfe des PVD-Verfahrens erfolgt. Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung liegt bei den Bremsscheiben (10) als Teilen der Kfz-Bremse mit einem Schwerpunkt bei den Bremsflächen (20, 21) der Bremsscheiben.

Shown is a method of partially or completely coating corrosion-affected or worn metal parts (10) of vehicle brakes, wherein the coating (11) is done by the PVD method. The main field of application of the invention is the brake discs (10) as parts of the motor vehicle brake with a focus on the braking surfaces (20, 21) of the brake discs.

Description

Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum teilweisen oder vollständigen Beschichten von der Korrosion oder dem Verschleiß unterliegenden Teilen von Bremsen in Fahrzeugen oder anderen Maschinen mit Reibbremsen.
Die Erfindung betrifft in einem zweiten Aspekt eine Bremsscheibe oder Bremstrommel aus Metall.The invention in a first aspect relates to a method of partially or completely coating parts of brakes in vehicles or other machines with friction brakes subject to corrosion or wear.
The invention relates in a second aspect to a brake disk or brake drum made of metal.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, mit dem insbesondere Bremsscheiben verschleißarm und korrosionsgeschützt hergestellt werden können.The invention is therefore based on the object to find a method with which particular brake discs can be made wear and corrosion protected.

Die Aufgabe wird in einem ersten Aspekt durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und in einem zweiten Aspekt durch eine Bremsscheibe oder Bremstrommel gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung entsteht sehr wenig Abrieb beim Bremsen. Vergleichende Tests haben ergeben, dass bei den erfindungsgemäßen Bremsscheiben kein gewichtsmäßig erfassbarer Abrieb durch das Testprogramm konstatiert wurde, während bei den herkömmlichen Bremsen 80g Gewichtsverlust konstatiert wurden. Bei den Bremsklötzen ist der Abrieb um ca. 2/3 reduziert.The object is achieved in a first aspect by a method according to claim 1 and in a second aspect by a brake disc or brake drum according to claim 9.
In the solution according to the invention, very little abrasion occurs during braking. Comparative tests have shown that in the brake discs according to the invention no statistically detectable abrasion was noted by the test program, while in the conventional brakes 80g weight loss were noted. At the brake pads, the abrasion is reduced by about 2/3.

Gerade unter dem aktuellen Politikum der zu hohen Belastung der Luft durch Feinstäube erlangt die Erfindung ihre Bedeutung. Die mechanisch bearbeiteten Flächen von Bremsscheiben werden durch Nassstrahlen, durch Trockenstrahlen oder mit Ultraschall porentief gereinigt.Especially under the current policy of too high exposure of the air through fine dust, the invention acquires its importance. The machined surfaces of brake discs are cleaned pore-deep by wet blasting, dry blasting or ultrasound.

Die PVD-Beschichtung bietet dann zudem den Vorzug einer dichten Beschichtung, auch bei Lunkern im Trägermaterial. Das bedeutet auch einen guten Korrosionsschutz.The PVD coating also offers the advantage of a dense coating, even with voids in the substrate. This also means good corrosion protection.

Da die beschichteten Bremsscheiben nach der Erfindung wesentlich weniger Verschleiß haben, können Sie geringer dimensioniert werden, was eine Gewichtsreduzierung der nicht oder kaum gefederten Massen bedeutet.Since the coated brake discs according to the invention have significantly less wear, they can be dimensioned smaller, which means a weight reduction of the hardly or hardly sprung masses.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Beschichtung mit Hilfe des PVD-ARC-Verfahrens erfolgt. Ein positiver Nebeneffekt entsteht dadurch, dass sich beim PVD-ARC-Verfahren auf der beschichteten Oberfläche kleine Mikrospritzer auf der Oberfläche absetzen. Diese kleinen Mikrospritzer erleichtern, wenn sie neu sind, das Einbremsen, weil sie die Bremsbeläge geringfügig abtragen. Bei den seltener benutzten Reibbremsen von Elektro-Fahrzeugen, die neben der Reibbremse eine Dynamo-Bremse haben, kommt der Verwendung von mit einer Korrosionsschutzschicht versehenen Bremsscheiben eine höhere Bedeutung zu. Die Reibbremsen der Elektro-Fahrzeuge werden seltener benutzt, da die gesamte Entschleunigungsarbeit oft von der Dynamo-Bremse alleine verrichtet wird. Durch die längeren Zeiträume zwischen den Betätigungszeiten der Reibbremsen besteht die Möglichkeit, dass nicht mit einer Korrosionsschutzschicht überzogene Bremsscheiben der Reibbremsen korrodieren und erst wieder eingebremst werden müssen. Dann, wenn die Dynamo-Bremse nicht für die notwendige Entschleunigung sorgt, müssen die korrosionsgeschützten Bremsscheiben nicht wieder eingebremst werden. Das wird durch die beschichteten Bremsscheiben vermieden.A preferred embodiment of the invention is to be seen in that the coating takes place with the aid of the PVD ARC method. A positive side effect comes from the fact that in the PVD-ARC process small microspatters settle on the surface of the coated surface. These small micro-spatters, when new, facilitate braking because they slightly remove the brake pads. In the less frequently used friction brakes of electric vehicles, which in addition to the friction brake have a dynamo brake, the use of provided with a corrosion protection brake discs is of greater importance. The friction brakes of the electric vehicles are used less frequently, since the entire deceleration work is often done by the dynamo brake alone. Due to the longer periods between the actuation times of the friction brakes, it is possible that brake discs of the friction brakes, which are not coated with a corrosion protection layer, have to corrode and only have to be braked again. Then, if the dynamo brake does not provide the necessary deceleration, the corrosion-protected brake discs must not be slowed down again. This is avoided by the coated brake discs.

Wenn Reibbremse und Antriebsmotor nahe beieinander auf einer Antriebswelle sitzen, kann nach der Erfindung wegen des geringen Anfalls von elektrisch leitendem Abrieb eine Verschmutzung des Elektro-Motors reduziert werden.If friction brake and drive motor sitting close to each other on a drive shaft, pollution of the electric motor can be reduced according to the invention because of the low incidence of electrically conductive abrasion.

Eine Weiterbildung der Erfindung wird darin gesehen, dass der Schichtauftrag in mehreren Lagen wechselnder Zusammensetzung erfolgt. Das Material der Beschichtung kann dabei den Bedürfnissen des Reibprozesses angepasst werden. Es können bis zu sechzig Lagen der Beschichtung vorgesehen sein. Vorzugsweise werden maximal zwanzig Lagen der Beschichtung eingesetztA development of the invention is seen in that the layer is applied in several layers of varying composition. The material of the coating can be adapted to the needs of the friction process. It can be provided up to sixty layers of the coating. Preferably, a maximum of twenty layers of the coating are used

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu erblicken, Schichten großer Härte und Schichten geringerer Härte beim Beschichten im Wechsel aufeinander folgen zu lassen um so die gewünschte Zähigkeit des Belags einzustellen und den Bedürfnissen des Reibungsprozesses anzupassen.A further advantageous embodiment of the invention is to be seen to let layers of high hardness and layers of lower hardness during coating alternately follow each other so as to adjust the desired toughness of the coating and adapt to the needs of the friction process.

Insbesondere zur Einstellung des gewünschten Härtegrades des Reibbelages wird nach einer Weiterbildung der Erfindung empfohlen, einzelne Lagen aus Titan-Aluminium-Stickstoff auf Lagen von Aluminium-Titan-Stickstoff folgen zu lassen.In particular, for setting the desired degree of hardness of the friction lining is recommended according to a development of the invention to follow individual layers of titanium-aluminum-nitrogen on layers of aluminum-titanium-nitrogen.

Zur Stabilisierung des erfindungsgemäßen Erfolges wird nach einem die Erfindung ergänzenden Merkmal vorgeschlagen, dass dem PVD-Beschichtungsverfahren ein Plasma-Nitrierverfahren vorgeschaltet ist.To stabilize the success of the invention, it is proposed according to a feature which supplements the invention that the PVD coating process is preceded by a plasma nitriding process.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Gesamtschichtdicke weniger als zwanzig um beträgt. Ein in der Praxis bewährter Bereich für die Dicke der Beschichtung liegt zwischen 5 µm und 10pm. Die Wirtschaftlichkeit setzt der Schichtdicke Obergrenzen, die in den genannten Bereichen zum Ausdruck kommen.In a preferred embodiment of the invention, it is proposed that the total layer thickness is less than twenty microns. A field-proven thickness range of the coating is between 5 μm and 10 μm. The cost-effectiveness sets the layer thickness upper limits, which are expressed in the areas mentioned.

Die PVD-beschichteten Teile der Fahrzeugbremsen sind aufwendiger als die nicht beschichteten Teile und deshalb teurer. Um diese höhere Wertigkeit zum Ausdruck zu bringen, wird vorgeschlagen, dass die Bremsscheiben allseitig beschichtet werden. Dadurch wird auch vermieden, dass die Bremsscheiben auf der Scheibenträgerplatte festrosten.The PVD-coated parts of the vehicle brakes are more expensive than the uncoated parts and therefore more expensive. To express this higher value, it is proposed that the brake discs are coated on all sides. This also prevents the brake discs from rusting on the disc carrier plate.

Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe durch eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel aus Metall gelöst. Von den Metallen kommen in erster Linie Grauguss und Edelstähle als Trägermaterialien für die PVD-Beschichtung in Frage, die, nach einem der vorstehend gekennzeichneten Verfahren, beschichtet sind.According to the second aspect of the invention, the object mentioned above is achieved by a brake disk or a brake drum made of metal. Of the metals, primarily gray cast iron and stainless steels are suitable as support materials for the PVD coating, which are coated according to one of the above-identified processes.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die komplette Bremsscheibe PVD-beschichtet.In a further embodiment of the invention, the complete brake disc is PVD-coated.

Die Erfindung wird im Einzelnen anhand der Zeichnung erläutert, dabei zeigen:

1: einen Ausschnitt aus einem beschichteten, metallischen Werkstück;
2: eine Bremsscheibe teilweise im Längsschnitt;

The invention will be explained in detail with reference to the drawing, in which:

1 a section of a coated, metallic workpiece;
2 : a brake disc partially in longitudinal section;

1 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Bremsfläche 20 eines als Bremsscheibe ausgebildeten Teils 10 einer Fahrzeugbremse, das in der vereinfachten Darstellung nach 1 Teil einer Kfz-Bremse ist, mit gasnitriertem, metallischem Trägermaterial 25. Eine Beschichtung 11 ist mit dem PVD-ARC-Verfahren aufgetragen worden. Das Beschichtungsmaterial trägt an seiner Oberfläche Mikrospritzer 24, die, auf eine Bremsscheibe 10 übertragen, das Einbremsen erleichtern. Beim Einbremsen wird die Oberseite des Teils 10 mit den Mikrospritzern 24 mit dem nicht gezeigten Bremsbelag in Kontakt gebracht und raut diesen wie eine Egge auf. Der Bremsbelag wird dadurch aktiviert. Die Schichtdicke beträgt 7 µm. 1 shows an enlarged section of the braking surface 20 a formed as a brake disc part 10 a vehicle brake, in the simplified representation of 1 Part of a vehicle brake is, with gas-nitrided, metallic carrier material 25 , A coating 11 has been applied by the PVD ARC method. The coating material carries on its surface microspray 24 , on a brake disc 10 transfer, facilitate braking. When braking, the top of the part 10 with the micro-spatters 24 brought into contact with the brake pad, not shown, and roughened like a harrow. The brake pad is activated. The layer thickness is 7 μm.

In 2 ist eine Bremsscheibe 10 als Teil einer üblichen Kfz-Bremse gezeigt. Die Bremsscheibe 10 besteht aus einem Topf 19 und der eigentlichen Scheibe 26 mit den Bremsflächen 20, 21. Die Bremsscheibe 10 ist durch Lüftungsschlitze 22 innenbelüftet und ist damit für ein schnelles oder schweres Kfz, wie z.B. Sportwagen, Busse, LKW und für Schienenfahrzeuge oder Luftfahrzeuge und für Energieanlagen bestimmt. Durch ihre allseitige Beschichtung ist sie weitestgehend korrosionsgeschützt und passt sich so dem Gesamtbild einer Nobelkarosse an, da eine korrodierte Bremsscheibe nicht zu einem teuren Auto passt.In 2 is a brake disc 10 shown as part of a standard automotive brake. The brake disc 10 consists of a pot 19 and the actual disc 26 with the braking surfaces 20 . 21 , The brake disc 10 is through vents 22 ventilated and is thus intended for a fast or heavy vehicle, such as sports cars, buses, trucks and for rail vehicles or aircraft and for energy systems. Due to its all-round coating, it is largely protected against corrosion and thus adapts to the overall appearance of a noble body, as a corroded brake disc does not fit into an expensive car.

In 2 ist auch ein herausgezogener, vergrößerter Partialschnitt der Bremsfläche 20 gezeigt. Eine plasmanitrierte Schicht 23 von wenigen 1/10tel mm Dicke ist abgedeckt mit sechs Lagen 13, 14, 15, 16, 17, 18, die mit dem PVD-ARC Verfahren aufgebracht wurden. Von den sechs Lagen sind drei als harte Schichten 13, 14, 15 und die anderen drei als nicht ganz so harte Lagen 16, 17, 18 ausgebildet. Die harten und die weniger harten Lagen sind im steten Wechsel aufgetragen. Der gesamte Schichtauftrag ist bei 12 dargestellt und misst 3 µm.In 2 is also an extracted, enlarged partial section of the braking surface 20 shown. A plasma-nitrided layer 23 of a few 1/10 mm thickness is covered with six layers 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 that were applied by the PVD-ARC method. Of the six layers, three are hard layers 13 . 14 . 15 and the other three as not so hard situations 16 . 17 . 18 educated. The hard and the less hard layers are applied constantly. The entire layer application is shown at 12 and measures 3 μm.

Alle beschriebenen oder bildlich dargestellten Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.All described or illustrated features form the subject of the invention, alone or in any meaningful combination, regardless of their combination in the claims or their dependency.

Claims

Method a) for partially or completely coating b) metallic parts (10) of brakes in vehicles subject to corrosion or wear or c) other machines with friction brakes, characterized in that the coating (11) by means of a PVDd) method he follows.

Method according to Claim 1 , characterized in that the coating (11) takes place by means of the PVD ARC method.

Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the layer application (12) in a plurality of layers (13, 14, 15, 16, 17, 18) of varying composition takes place.

Method according to Claim 3 , characterized in that layers (13, 14, 15) of great hardness and layers (16, 17, 18) of lower hardness alternately follow one another.

Method according to Claim 4 , characterized in that, to achieve different hardnesses individual layers (13, 14, 15) of titanium-aluminum-nitrogen on layers (16, 17, 18) of aluminum-titanium-nitrogen follow.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the PVD coating process is preceded by a plasma nitriding process.

Method according to Claim 1 , characterized in that the total layer thickness (12) is less than twenty microns.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the brake discs (10) are coated on all sides.

Brake disc (10) or brake drum made of metal, coated according to one of the above-identified methods.

Brake disc (10) or brake drum after Claim 9 , characterized in that it is coated on all sides.