DE10056161A1 - Bremsscheibe und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Bremsscheibe und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe mit axialen Reibflächen, vorzugsweise für Landfahrzeuge, insbesondere eine innenbelüftete Bremsscheibe mit zwei über Stege verbundenen Reibringen, wobei die Bremsscheibe an einer ihrer axialen Außenfläche mit einer metallischen, nichtkeramischen Beschichtung versehen ist. Vorzugsweise wird die Spritzgußbeschichtung im Flamm-, Lichtbogen- oder Plasmaspritzgußbeschichtungsverfahren ausgebildet.
Description
Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe mit axialen Reibflächen nach dem Oberbegriff des
Anspruch 1 und ein Verfahren zu deren Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruches 26.
Eine gattungsgemäße Bremsscheibe ist aus der DE G 298 13 236 bekannt. Die in dieser
Schrift dargestellte Bremsscheibe ist insbesondere gut für die bei Nutzfahrzeugen auftreten
den hohen Belastungen geeignet und hat sich auch als verschleißresistent bewährt. Im All
tagseinsatz sind Lebensdauern im LKW von 300.000 km oder mehr keine Seltenheit. Den
noch besteht grundsätzlich der Bedarf nach einer weiteren Erhöhung der Verschleißresistenz,
wobei die Herstellkosten der Bremsscheibe wirtschaftlich vertretbar bleiben sollen.
Zwar wird in neuerer Zeit der Einsatz von Keramikbremsscheiben diskutiert, welche im Be
reich der Sportwagen auch bereits in Kleinserien eingebaut werden. Die Herstellkosten derar
tiger Bremsscheiben liegen jedoch im Bereich mehrerer tausend DM. Insbesondere im Be
reich der Nutzfahrzeuge erscheint der Einsatz derartiger Bremsscheiben daher unwirtschaft
lich. Es besteht vielmehr der Bedarf nach einer deutlichen Erhöhung der Verschleißresistenz
bei vertretbar bleibenden Herstellkosten der Bremsscheibe.
Allerdings ist es nicht einfach möglich, die Verschleißresistenz der Bremsscheibe allein durch
eine Erhöhung der Härte des Bremsscheibenmaterials zu erhöhen, da die Bremsscheibe nicht
nur verschleißresistent sein soll sondern auch weiteren Randbedingungen zu genügen hat.
Mit den legierten Graugußsorten der DE G 298 13 236 konnten insbesondere bereits die An
forderungen an die Wärmerißbeständigkeit bei gleichzeitig guter Wärmeabfuhr aus der
Bremsscheibe und damit hoher Leistungsfähigkeit verbessert werden. Bei diesen Materialien
ist auch das Verschleißverhalten durch die Ausbildung von Sekundärkarbiden im Gefüge
gegenüber üblichen Bremsscheiben aus Grauguß verbessert. Diese Anforderungen werden
von Graugußwerkstoffen für die meisten Anforderungen im Fahrzeugbau zufriedenstellend
erfüllt. Dennoch besteht der Bedarf nach einer nochmals deutlichen Erhöhung der Verschleiß
resistenz der Bremsscheibe. Eine derartige Erhöhung der Verschleißresistenz kann aber nicht
einfach dadurch erreicht werden, daß die Härte des Graugusses durch Variation der Legie
rungszusätze erhöht wird, denn mit zunehmender Härte verschlechtern sich u. U. andere
Eigenschaften der Bremsscheibe wie deren Neigung zur Rißbildung oder deren Wärmeleit
fähigkeit. Bei extremer Beanspruchung können auch Bremsscheiben mit verbesserter Gestal
tung und Materialauswahl noch eine unzulässige Wärmerißbildung aufweisen. Ein weiteres
verbleibendes Problem von Bremsscheiben aus Graugußwerkstoffen ist eine unter bestimmten
Betriebsbedingungen auftretende Ungleichförmigkeit des Bremsmomentes (Bremsenrubbeln).
Bremsscheibenwerkstoffe müssen also sehr unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden,
die z. T. gegensätzliche Werkstoffeigenschaften erfordern.
So dienen sie der Übertragung des Bremsmomentes. Hierzu sollten sie eine hohe Festigkeit,
eine hohe Bruchdehnbarkeit und ein hohes E-Modul aufweisen.
Aufgrund der bei Bremsungen auftretenden Wärme sollten sie ferner eine hohe bzw. gute
Wärmeabfuhr erlauben. Hierzu sollen sie eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen hohen
Emissionsgrad aufweisen.
Zu fordern ist ferner eine hohe Wärmerißbeständigkeit. Hierzu sollten die Bremsscheiben eine
hohe Wärmeleitfähigkeit, einen niedrigen E-Modul und eine niedrige Wärmedehnung auf
weisen.
Wünschenswert ist ferner ein geringer Verschleiß der Scheibenbremse. Hierzu sind eine hohe
Härte, eine hohe Zähigkeit und eine hohe Oxidationsbeständigkeit vorteilhaft.
In Hinsicht auf möglichst gleichmäßige Reibeigenschaften wird ferner eine hohe Homogenität
des Materials auch bei starker Wärmebeanspruchung sowie die Vermeidung von Wand
dickenschwankungen durch ungleichen Verschleiß gefordert.
Wünschenswert sind ferner wie bei allen ungefederten Massen an der Fahrzeugachse ein
möglichst niedriges Gewicht und möglichst niedrige Herstellkosten.
Der bei der gattungsgemäßen Bremsscheibe eingesetzte Grauguß - insbesondere mit einem
C-Gehalt von 3,8 bis 4%, einem Mo-Gehalt zwischen 0,6 und 0,8% und vorzugsweise einem
Cr-Gehalt von 0,2-0,3% sowie vorzugsweise weiteren Zusätzen wie Mn, P, S, Cu und/oder
Ni - ist bei relativ niedrigen Herstellkosten bereits gut verschleißresistent.
Wünschenswert wäre im Bereich der Nutzfahrzeuge, wo ein Scheibenwechsel relativ auf
wendig sein kann, aber insbesondere eine derartige Erhöhung der Verschleißresistenz, daß
während der Lebensdauer des Fahrzeuges auf einen Scheibenwechsel verzichtet werden kann.
In diesem Fall könnten sich durchaus auch die Bremsscheibenkosten erhöhen, allerdings nur
derart, daß gegenüber einem Scheibenwechsel noch ein wirtschaftlicher Vorteil verbleibt.
Die Erfindung setzt angesichts der Probleme bei der Aufgabe an eine Bremsscheibe, vorzugs
weise eine Graugußbremsscheibe, zu schaffen, welche bei einfacher Herstellbarkeit möglichst
verschleißresistent ist. Vorzugsweise sollen dabei die übrigen Eigenschaften der Brems
scheibe gegenüber dem gattungsgemäßen Stand der Technik möglichst wenig verschlechtert
werden. Geschaffen werden soll ferner ein vorteilhaftes Herstellverfahren für die erfindungs
gemäßen Bremsscheiben.
Diese Aufgabe löst die Erfindung in Hinsicht auf die Bremsscheibe durch den Gegenstand des
Anspruches 1 und in Hinsicht auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruches 26.
Die Erfindung schafft danach eine Bremsscheibe mit axialen Reibflächen, vorzugsweise für
Landfahrzeuge, die auch innenbelüftet sein kann, welche an mindestens einer ihrer axialen
Reibflächen abschnittsweise oder vollständig mit einer metallischen, nichtkeramischen
Beschichtung versehen ist.
Da anstelle einer keramischen eine metallische Beschichtung eingesetzt wird, wird die
Haftung der Beschichtung gegenüber Bremsscheiben mit keramischen Beschichtungen auf
einfache Weise optimiert. Diese Bremsscheibe eignet sich besonders für LKW, ist aber auch
bei PKW einsetzbar.
Besonders bevorzugt weist die Bremsscheibe einen scheibenartigen Kern aus einem Eisen
guß-Werkstoff auf, der zumindest an einer seiner axialen Außenflächen mit einer metallischen
Spritzgußbeschichtung oder eine Explosionsbeschichtung versehen ist.
Zwar sind verschleißschützende Beschichtungen auf die Reibflächen von Bremsscheiben an
sich bekannt (EP 0 674 114 B1). Diese Beschichtungen auf keramischer Basis weisen
günstige Verschleißeigenschaften auf sind aber wegen der unterschiedlichen Eigenschaften
zum Grundmaterial auf Graugußbremsscheiben und aufgrund der bei der Beschichtung
auftretenden Thermoschockbeanspruchung Haftungsprobleme problematisch.
Die Erfindung schafft dagegen auf einfache Weise eine kostengünstige, verschleißschützende
Beschichtung von Bremsscheiben, welche mit Bremsscheibenmaterialien aus Eisengußwerk
stoffen - insbesondere Graugußmaterialien - kompatibel ist, wobei es überraschend möglich
ist, unter Beibehaltung der günstigen Eigenschaften dieser für die Anwendung in Brems
scheiben optimierten Werkstoffe die Verschleißlebensdauer so zu steigern, daß die Brems
scheiben nur noch sehr viel seltener, so z. B. in selten auftretenden, besonders verschleiß
intensiven Anwendungen wegen Erreichen des Verschleißgrenzmaßes ausgetauscht werden
müssen.
Die Beschichtung erlaubt ferner eine Reduzierung der Wärmerißbildung der Bremsscheibe,
wobei auch der Effekt des Bremsenrubbeln infolge von im Betrieb entstandenen Dicken
schwankungen der Bremsscheibe vermeidbar wird.
Bei der Erfindung werden vorzugsweise im thermischen Spritzbeschichtungsverfahren die
Beschichtungen auf den Bremskörper aus Grauguß, der damit eine Art Kern bildet, aufge
bracht.
Zwar sind thermische Spritzbeschichtungsverfahren sind an sich bekannt, so z. B. bei der
Beschichtung von Kolbenringen (siehe z. B. K. Kirner, Auftragen von Schutzschichten auf
technische Teile mit Hilfe thermischer Spritzverfahren; aus: Kunst et al "Verschleiß
hemmende Schichten" Band 436, Kontakt & Studium, Werkstoffe, Expert Verlag). Ihr
Einsatz im Bereich der Beschichtungen von Bremsscheiben zur Herstellung einer
metallischen Bremsscheibenbeschichtung wurde bisher jedoch nicht Erwägung gezogen, da
man glaubte, daß die metallischen Spritzgußbeschichtungen die sonstigen gewünschten
Eigenschaften des Eisenwerkstoffkernes verschlechtern würden.
Bei der Anwendung derartiger thermischer Spritzschichten auf Graugußbremsscheiben ergab
sich nun aber die überraschende Erkenntnis, daß diese thermischen Spritzschichten aufgrund
der auftretenden metallurgischen Reaktion mit dem Material der Bremsscheibe sowie dem
durch die hohe Wärmespeicherkapazität der Bremsscheibe beeinflußten Erstarrungsverlauf
der Spritzschicht nicht nur das Verschleißverhalten der Bremsscheibe selbst bei hohen
Temperaturen unerwartet positiv beeinflussen sondern auch die Wärmerißbildung und
Bremsmomentschwankungen reduzieren.
Alternative Herstellverfahren zum bevorzugten und bewährten Lichtbogenspritzen sind das
Flammspritzen, das Plasmaspritzen und das Explosionsbeschichten.
Die Erfindung schafft somit eine Schutzschicht für Bremsscheiben aus Eisengußwerkstoffen,
die durch thermisches Spritzen auf die Reibflächen der Bremsscheibe aufgebracht wird,
wobei das aufgespritzte Material ein Metall ist. Insbesondere wird das aufgespritzte Material
so gewählt, daß neben dem Verschleißschutz auch ein Schutz gegen Oxydation und gegen
unerwünschte metallurgische Veränderungen der Reibfläche erzielt wird.
Vorzugsweise besteht die Spritzgußbeschichtung aus einem härteren Metall als der Kern,
insbesondere einem unlegierten oder legierten Stahl. Vorzugsweise besteht die Spritzguß
beschichtung aus einer Cr enthaltenden Stahllegierung. Insbesondere liegt der Cr-Gehalt der
Beschichtung zwischen 10 und 20%, zwischen 13 und 19%, zwischen 15 und 17% oder
besonders bevorzugt bei 16%.
Ganz besonders bewährt hat sich eine Bremsscheibe, bei der der die Beschichtung bildende
legierte Stahl folgende Zusätze enthält: 16% Cr, 0,44% Ni, 0,43% Mn, 0,01% Mo, und 0,36% C.
Bewährt hat sich ferner, daß der Kern aus einem kostengünstigen Grauguß besteht. Vorzugs
weise ist der der den Kern bildende Grauguß ein hochgekohlter Grauguß, der einen Kohlen
stoffgehalt von 3,7-4,0% aufweist und Mo und/oder Cr enthält. Insbesondere liegt der Mo-
Gehalt des Kernes bei 6-8% und der Cr-Gehalt bei weniger als 5%.
Bewährt haben sich ferner axiale Beschichtungsdicken von 0,3 bis 1,5 mm, vorzugsweise 0,5
-1,2 mm, insbesondere 0,6-0,9 mm. Mit einer Beschichtungsdicke von 0,7 mm läßt sich
bei Einsatz einer Spritzgußbeschichtung mit hohem Cr-Gehalt oftmals eine Verdopplung der
Lebensdauer der Bremsscheibe erreichen.
Einsetzbar ist die Erfindung bevorzugt bei Nutzfahrzeugbremsscheiben mit einer Scheiben
dicke von 38 bis 45 mm und einer Luftkanalbreite von 12 mm.
Vorzugsweise erfüllt das Verhältnis zwischen Scheibendicke D 1 und Luftkanalbreite D die
Bedingung 3,2 < = D1/D2 < = 4.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung
näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe;
und
Fig. 2 einen Schnitt durch den Bereich der Reibringe eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe.
Fig. 1 zeigt eine Bremsscheibe 1, die zwei Reibringe 2, 3 aufweist, welche über Stege 4 ein
stückig miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Reibringen 2, 3 sowie den Stegen
ein Lüftkanal 5 ausgebildet wird. An den einen Reibring 2 ist an topfartiger Ansatz 6 zur
Befestigung der Bremsscheibe an einer hier nicht gezeigten Radnabe dargestellt.
Die beiden Reibringe 2, 3 sowie die Stege (und hier auch der Ansatz 6) bilden zusammen
einen einstückigen Bremsscheibenkörper bzw. einen Kern 7. Dieser ist an seinen beiden
axialen Außenflächen jeweils mit einer verschleißresistenten metallischen, nichtkermaischen
Spritzgußbeschichtung 8 versehen. Nach Fig. 1 sind die vollständigen axialen Außenflächen
mit der Spritzgußbeschichtung überzogen.
Bei Bremsungen wird also bis zum vollständigen Verschleiß der Spritzgußbeschichtung 8
lediglich diese als Reibfläche dem bei Bremsungen auftretenden Abrieb ausgesetzt. Da die
metallische Spritzgußbeschichtung härter ist als der Kern 7 aus Grauguß, wird die Lebens
dauer der Bremsscheibe erhöht. Da aber der wesentliche Volumenanteil der Bremsscheibe,
nämlich der Kern 7, aus Grauguß besteht, bleiben dessen vorteilhafte weitere Eigenschaften
z. B. hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit und der Neigung zur Rißbildung erhalten oder
werden sogar durch das Auftragen der Spritzgußbeschichtung verbessert.
Nach Fig. 2 ist es alternativ denkbar, im äußeren und/oder inneren Umfangsbereich eine Art
axialen Bund 9 an den Kern 7 anzuformen, dessen axiale Erstreckung hier der axialen
Erstreckung der Beschichtung 8 entspricht. Ist sowohl am inneren sowie am äußeren Rand der
Reibflächen jeweils ein axialer Bund 9 ausgebildet, entsteht zwischen den beiden Bünden 9
eine Art Vertiefung zu Aufnahme der Beschichtung 8 (hier nicht dargestellt).
Nach Fig. 2 ist es ferner vorgesehen, zwischen der Beschichtung 8 und dem Kern 7 keine
ebene Grenzfläche sondern eine räumliche Oberflächenstruktur auszubilden, bei welcher die
Spritzgußbeschichtung 8 und der Kern 7 axial ineinandergreifen.
Diese Struktur entsteht dadurch, daß in den axialen Außenflächen des Kernes 7 trapezförmige
Nuten 10 ausgebildet sind, welche die Beschichtung 8 ausfüllt, wobei die Beschichtung 8
axial so dick ausgebildet ist, daß sie sich axial über die Nuten hinaus erstreckt. Hierdurch
wird axial außerhalb der Nuten 10 ein flächiger Beschichtungsbereich ausgebildet, welcher
bis auf den Bereich der Bünde 9 die axialen Außenflächen der Bremsscheibe abdeckt.
Das Ausbilden einer räumlichen, in Fig. 2 lediglich beispielhaft dargestellten Struktur im
Grenzbereich zwischen der Beschichtung 8 und dem Kern 7 bat mehrere Vorteile. So wird
vermieden, daß nach dem Abrieb der vollständigen Spritzgußbeschichtung 8 ein abrupter
Übergang zum Graugußmaterial und damit ein relativ abrupter Übergang einem anderen
Bremsverhalten erfolgt. Darüber hinaus wird die Haftung der Spritzgußbeschichtung 8 auf
den Reibringen verbessert, u. a., da die Kontaktfläche zwischen der Beschichtung 8 und dem
Kern bzw. den Reibringen 2, 3 vergrößert wird.
Im Übergangsbereich zwischen dem Kern 7 und der Spritzgußbeschichtung 8 sind
verschiedenste Geometrien realisierbar, so z. B. wechselseitig ineinandergreifende Trapez-
oder Rechteckformen oder aber beispielsweise eine Noppenstruktur auf der Oberfläche der
Reibringe 2, 3 welche von der Spritzgußbeschichtung 8 abgedeckt wird.
Nachfolgend werden weitere Details der Herstellung einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe
beschrieben.
Besonders bewährt hat sich im Rahmen der Erfindung zur Herstellung der Spritzgußbeschich
tung auf der Bremsscheibe das Verfahren des Lichtbogenspritzens. Dabei wird das aus einem
Lichtbogen, in dem eine Temperatur von bis zu 4000°C herrscht, mittels eines Zerstäuber
gases, im einfachsten Fall Druckluft, auf die Oberfläche der Bremsscheibe 1 bei gleichzeitiger
Fortbewegung derselben in dünnen Schichten aufgebracht. Z. B. werden auf die Reibflächen
einer Bremsscheibe 1 von 430 mm Durchmesser und einem Gewicht von ca. 25 kg pro Seite
etwa 250 bis 450 Gramm Beschichtungswerkstoff aufgespritzt.
Aufgrund der hohen Masse der Bremsscheibe 1 in Verbindung mit der hohen Wärmeleit
fähigkeit des Bremsscheibenmaterials kommt es nach dem Auftreffen der Spritztropfen auf
die Bremsscheibe 1 nach kurzer metallurgischer Reaktion mit dem Bremsscheibenmaterial zu
einem extrem schnellen Erstarren und Abkühlen des aufgespritzten Materials. Als Folge
ergibt sich eine z. T. unterdrückte Gefügeausbildung in der Spritzbeschichtung 8 die gegen
über dem Normalgefüge des gleichen Materials erheblich verbesserte mechanische und
Verschleiß-Eigenschaften zur Folge hat.
Als Basiswerkstoff wird bevorzugt ein Eisenwerkstoff, vorzugsweise ein Graugußmaterial
eingesetzt, wobei u. a. auch andere Gußmaterialen prinzipiell denkbar sind.
Graugußbremsscheiben weisen in der Regel einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von einigen
(z. B. 3-4) Gewichtsprozent auf. Insbesondere die in der DE G 298 13 236 Grauguß
materialien sind zur Erzielung höchstmöglicher Wärmeleitfähigkeit bis an die Sättigungs
grenze aufgekohlt. Hier werden Kohlenstoffgehalte von 3,7 bis 4,0 Gewichtsprozent realisiert.
Die aus dem Lichtbogen ausgeblasenen Metalltropfen reagieren beim Auftreffen auf die
Bremsscheibe mit Bestandteilen des Bremsscheibenmaterials, insbesondere mit dem hohen
Anteil vorhandenen Kohlenstoffes, und bilden dabei harte Metall-Kohlenstoffverbindung.
Ein weiteres bevorzugtes Beschichtungsmaterial nach Werkstoff Nr. 1.4122 hat z. B. in einer
Analyse folgende Zusammensetzung (Gewichts Prozent):
- - 16% Cr,
- - 0,44% Ni,
- - 0,43% Mn,
- - 1.01% Mo,
- - 0,36% C
Der hohe Chromanteil bildet in Verbindung mit den anderen Legierungszusätzen sowie dem
Kohlenstoff Chromkarbid aus, durch welches die Verschleißfestigkeit der Spritzschicht
gesteigert wird.
Die Bildung von Wärmerissen in der Bremsscheibenreibfläche wird durch folgenden
Mechanismus bewirkt. Während des Bremsvorganges wird in die äußerste Schicht der Reibflächen
Wärme eingebracht die aufgrund des begrenzten Wärmeleitvermögens zunächst zu
einem Wärmestau verbunden mit sehr hohen Temperaturen in dieser äußersten Schicht führt.
Als Folge der hohen Temperaturen will sich die äußerste Schicht ausdehnen. Diese wärmebe
dingte Ausdehnung wird jedoch unterdrückt, da das Basismaterial der Bremsscheibe noch
nicht entsprechend erwärmt ist.
Die äußerste Schicht der Reibfläche kommt infolge der auftretenden hohen Druckspannungen
ins Fließen. Bei der nach dem Bremsvorgang eintretenden Abkühlung der Bremsscheiben
reibfläche wird jedoch das nun erfolgende Schrumpfen der äußersten Schicht der Reibfläche
ebenfalls unterdrückt, so daß es nunmehr zu hohen Zugspannungen und zu einem Einreißen
dieser äußersten Schicht der Reibfläche kommt. Diese Wärmerisse sind zunächst sehr fein
ausgebildet. Durch wiederholte Beanspruchung in der beschriebenen Weise tritt jedoch ein
Rißwachstum ein.
Durch die thermische Spritzschicht wird die Wärmerißbildung in der Weise beeinflußt, daß
aufgrund der höheren Festigkeit des Beschichtungsmaterials gegenüber Grauguß das Fließen
des Materials in der Aufheizphase während der Bremsung nicht so schnell eintritt und damit
die hohen Zugspannungen in der Abkühlphase unterdrückt werden, wodurch in Verbindung
mit der höheren Festigkeit des Beschichtungsmaterials die Rißbildung vermieden wird.
Rubbelprobleme bei Bremsscheiben werden durch Dickenschwankungen des Bremsscheiben
reibringes hervorgerufen, die als Folge von Herstellungsfehlern oder als Folge von Betriebs
einflüssen auftreten.
Eine derartige Folge von Betriebseinflüssen können Auswaschungen der Reibflächen sein die
während der Fahrt, also im nicht gebremsten Zustand, durch periodisch gegen die Brems
scheibe schlagende Bremsbeläge hervorgerufen werden (Kaltrubbeln).
Diese Erscheinung läßt sich seitens der Bremsscheibe nur durch bestmögliche Verschleiß
festigkeit hinsichtlich der beschriebenen Beanspruchung vermeiden. Diese erhöhte
Verschleißfestigkeit wird durch die thermischen Spritzschichten erzielt, so daß damit auch
eine Abhilfe gegen das Kaltrubbeln vorliegt.
Eine zweite Form des Rubbelns wird durch Gefügeveränderungen des Bremsscheiben
materials unter Wärmeeinwirkung hervorgerufen. Hierbei wird örtlich z. T. als Folge von
Reaktionen mit dem Bremsbelagmaterial ein Gefüge mit Hartstoffanteilen gebildet, welches
auch eine Volumenvergrößerung gegenüber dem Grundgefüge aufweist, so daß diese umge
wandelten Partien aus der Bremsscheibenreibfläche herauswachsen. Da diese Partien auf
grund des Hartstoffanteils auch weniger stark verschleißen als die nicht umgewandelten
Bereiche der Reibfläche, wird dieses Herauswachsen mit zunehmendem Verschleiß der
Bremsscheibe verstärkt und damit auch das in der Folge auftretende Bremsen rubbeln. Da für
die thermischen Spritzschichten relativ inerte Materialien wie z. B. der beschriebene Chrom
stahl angewendet werden, können die beschriebenen Reibflächenveränderungen und damit
auch das Heißrubbeln vermieden werden.
Ein vorteilhafter Beschichtungsprozeß - ein Lichtbogenspritzen - zur Herstellung einer
erfindungsgemäßen Bremsscheibe wird nachfolgend näher beschrieben
Zunächst empfiehlt sich eine spanende Vorbehandlung des Rohgußkörpers z. B. durch
Feindrehen auf ein Reibringdickenmaß, welches um den Betrag der gewünschten
Beschichtungsdicke unter dem gewünschten Endmaß liegt.
Daraufhin empfiehlt sich ein Reinigen der Bremsscheibe von Bearbeitungsrückständen
Empfehlenswert sind ein mechanisches Reinigen und ein Aufrauhen durch Bestrahlen mit
feinem Korund oder einem Strahlgut mit vergleichbaren Eigenschaften. Vorzugsweise erfolgt
nach dem Reinigen der Bremsscheibe von Bearbeitungsrückständen auch ein Aufrauhen der
Oberfläche so wie vorzugsweise ein Beseitigen von Oxidationsschichten durch Partikel
strahlen.
Es werden vorzugsweise folgende Prozeßparameter verwendet:
Spritzdraht: Werkstoff Nr. 4122; Durchmesser 1.6 mm
Spritzbahnen: 5 Einzelbahnen mit 160 mm/min Parallelvorschub
Werkstückdrehzahl: 60 Umdrehungen/min
Schichtstärke: ca.: 0,7 mm
Spritzparameter: Stromstärke 300 A, Spannung 30 V
Zerstäubergas: 80 qm/h Druckluft bei 5 bar
Drahtmenge pro Scheibe: ca. 0,8 kg
Beschichtungszeit: 3 min
Spritzdraht: Werkstoff Nr. 4122; Durchmesser 1.6 mm
Spritzbahnen: 5 Einzelbahnen mit 160 mm/min Parallelvorschub
Werkstückdrehzahl: 60 Umdrehungen/min
Schichtstärke: ca.: 0,7 mm
Spritzparameter: Stromstärke 300 A, Spannung 30 V
Zerstäubergas: 80 qm/h Druckluft bei 5 bar
Drahtmenge pro Scheibe: ca. 0,8 kg
Beschichtungszeit: 3 min
Neben dem Lichtbogenspritzen sind auch das Flammspritzen und das Plasmaspritzen zum
Beschichten von Bremsscheiben anwendbare Verfahren. Diese Verfahren sind im Anhang in
Auszügen aus dem Fachbuch "Verschleißhemmende Schichten. Helmut Kunst und 7
Mitautoren, Band 436 Kontakt und Studium Werkstoffe, Expert Verlag" beschrieben.
Da die Bremsscheibe nach der Beschichtung eine relativ rauhe Oberfläche aufweist ist eine
Schlichtbearbeitung zum Glätten der Oberfläche erforderlich. Dies erfolgt vorzugsweise
mechanisch durch Schleifen. Zur Vermeidung des Verlustes von Beschichtungsmaterial kann
jedoch auch eine spanlose Endbearbeitung wie z. B. Glattwalzen angewendet werden. Zur
Endbearbeitung ist ferner ein Feindrehen vorteilhaft.
1
Bremsscheibe
2
,
3
Reibringe
4
Stege
5
Lüftkanal
6
Ansatz
7
Kern
8
Spritzgußbeschichtung
9
Bund
10
Nuten
Claims (27)
1. Bremsscheibe mit axialen Reibflächen, vorzugsweise für Landfahrzeuge, insbesondere
innenbelüftete Bremsscheibe (1) mit zwei über Stege (45) verbundenen Reibringen (2,
3),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bremsscheibe (1) an mindestens einer ihrer axialen Reibflächen abschnittsweise
oder vollständig mit einer metallischen, nichtkeramischen Beschichtung (7) versehen
ist.
2. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe (1) einen scheibenartigen Kern (7) aus einem
Eisenguß-Werkstoff aufweist, der zumindest an einer seiner axialen Reibflächen mit
einer metallischen Spritzgußbeschichtung (8) oder eine Explosionsbeschichtung
versehen ist.
3. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzguß
beschichtung (8) als Flamm-, Lichtbogen- oder Plasmaspritzgußbeschichtung ausge
bildet ist.
4. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spritzgußbeschichtung (8) aus einem härteren Metall als der Kern besteht.
5. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spritzgußbeschichtung (8) oxidationsresistenter und verschleißresistenter als der
Kern (7) ausgebildet ist.
6. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beschichtung (8) aus einem unlegierten oder legierten Stahl besteht.
7. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beschichtung (8) aus einer Cr enthaltenden Stahllegierung besteht.
8. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Cr-Gehalt der Beschichtung (8) zwischen 10 und 20% liegt.
9. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Cr-Gehalt der Beschichtung (8) zwischen 13 und 19% liegt.
10. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Cr-Gehalt der Beschichtung (8) zwischen 15 und 17% liegt.
11. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Cr-Gehalt der Beschichtung (8) bei 16% liegt.
12. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der die Beschichtung (8) bildende legierte Stahl folgende Zusätze enthält:
16% Cr,
0,44% Ni,
0,43% Mn,
1,01% Mo, und
0,36% C.
16% Cr,
0,44% Ni,
0,43% Mn,
1,01% Mo, und
0,36% C.
13. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (7) aus einem Grauguß besteht.
14. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der den Kern (7) bildende Grauguß ein hochgekohlter Grauguß ist, der einen Kohlen
stoffgehalt von 3,7-4,0% aufweist
15. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der den Kern (7) bildende Grauguß Mo und/oder Cr enthält.
16. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Mo-Gehalt des Kernes bei 0,6-0,8% und der Cr-Gehalt bei weniger als 0,5% liegt.
17. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Reibringe (2, 3) am inneren und/oder äußeren Umfangsrand mindestens einen
axialen Bund (9) aufweisen, dessen Höhe vorzugsweise der axialen Erstreckung der
Beschichtung (8) entspricht.
18. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beschichtung (8) eine axiale Erstreckung von 0,3 bis 1,5 mm aufweist.
19. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beschichtung (8) eine axiale Erstreckung von 0,5-1,2 mm aufweist.
20. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beschichtung (8) eine axiale Erstreckung von 0,6-0,9 mm aufweist.
21. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beschichtung (8) eine axiale Erstreckung von 0,7 mm aufweist.
22. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Scheibendicke 38 bis 45 mm und die Luftkanalbreite 12 mm beträgt.
23. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verhältnis zwischen Scheibendicke D1 und Luftkanalbreite D die Bedingung
3,2 < = D1/D2 < = 4 erfüllt.
24. Bremsscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
im Übergangsbereich zwischen dem Kern (7) und der Spritzgußbeschichtung (8)
wechselseitig ineinandergreifende Konturen, vorzugsweise Nuten (10) und/oder eine
Noppenstruktur ausgebildet ist.
25. Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bremsscheibenkörper aus einem
Eisenguß-Werkstoff zumindest abschnittsweise und wenigstens an eines seiner axialen
Außenflächen mit einer metallischen, nichtkeramischen Beschichtung versehen wird.
26. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzgußbeschichtung
im Flamm-, Lichtbogen oder Plasmaspritzgußbeschichtungsverfahren oder im
Explosionsbeschichtungsverfahren aufgebracht wird.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26 mit folgenden Schritten:
- - spanende Vorbehandlung des Rohgußkörpers,
- - Reinigen der Bremsscheibe von Bearbeitungsrückständen,
- - vorzugsweise aufrauhende Oberfläche und/oder Beseitigung von Oxidationsschichten durch Partikelstrahlen,
- - Beschichtung der Bremsscheibe, und
- - Schlichtbearbeitung zum Glätten der Oberfläche und/oder Feindrehen.
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