DE102006004156A1

DE102006004156A1 - Verbundbremsscheibe mit Stahlbeschichtung

Info

Publication number: DE102006004156A1
Application number: DE200610004156
Authority: DE
Inventors: Oliver Lembach
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2007-08-09

Abstract

Verbundbremsscheibe aus Grauguss-Tragscheibe und Reibringen, die zumindest den wesentlichen, einem Bremsbelag gegenüberliegenden Bereich abdecken, wobei die Reibringe durch eine thermische Spritzschicht aus Cr/Ni-Stahl mit mindestens 16% Cr und mindestens 10% Ni gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundbremsscheibe, welche aus einer Grauguss-Tragscheibe und durch thermisches Spritzen aufgebrachte Reibringe aufgebaut ist.

Scheibenbremsen sind in Kraftfahrzeugen sehr weit verbreitet. Die gängigen Scheibenbremsen sind je nach Bremsleistung teils massiv ausgeformt oder weisen eine Innenbelüftung auf. Die in Automobilen eingesetzten Scheibenbremsen bestehen ganz überwiegend aus Fe-Gusslegierungen. Hierzu zählen beispielsweise Gusseisen mit Lamellengraphit (beispielsweise GG 20 oder GG 25) oder mit Kugelgraphit (z.B. GGG 40, GGG 50 oder GGG 60), Stahlguss (z.B. GS60) oder Baustahl (z.B. St 52-3). Seltener werden auch Vergütungsstähle verwendet (z.B. C45 oder 42 CrMo4). Die Vergütungsstähle bzw. hochlegierte Stähle sind jedoch deutlich teurer als unvergütete oder hochlegierte Stähle.

Die gängigen Graugusswerkstoffe weisen jedoch den Nachteil unzufrieden stellender Korrosionsbeständigkeit auf. Dies macht sich insbesondere als Streusalz-Korrosion negativ bemerkbar.

Zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit wird in der DE 197 35 217 B4 oder der DE 198 57 557 A1 vorgeschlagen, einen Gusswerkstoff aus der ternären Gruppe Fe/Al/C für die Bremsscheiben zu verwenden. Aufgrund des hohen Al-Gehaltes ist die Bremsscheibe vergleichsweise teuer.

Eine weitere Möglichkeit des Korrosionsschutzes ist der Auftrag von Beschichtungen, beispielsweise einer Zn-Beschichtung, wie in EP 0040054 A1 beschrieben.

Aus der DE 100 56 161 A1 sind Bremsscheiben bekannt, deren Reibflächen zur Verschleißminderung mit einer metallischen, nicht-keramischen Beschichtung versehen sind. Der Kern der Bremsscheibe besteht aus Eisen-Gusswerkstoff. Als Beschichtungsverfahren werden das Lichtbogenspritzen, Flammspritzen, Plasmaspritzen und das Explosionsbeschichten angegeben. Die Beschichtungen sollen aus einem legierten oder unlegierten Stahl, insbesondere Cr-reichen Stahl bestehen. Als bevorzugte Zusammensetzung der Beschichtung wird ein legierter Stahl mit den folgenden Zusätzen angegeben: Cr: 16%, Ni: 0,43, Mn: 0,43%, Mo: 0,01% C: 0,36.

Aus der DE 103 42 743 A1 sind Bremsscheiben bekannt, bei denen die Reibschicht aus einer verschleißfesten äußeren Beschichtung besteht. Zwischen dem Grundkörper und der verschleißfesten äußeren Schicht wird eine Haftvermittlungsschicht gebildet. Der Bereich aus dem Material zur Haftvermittlung und die äußere Schicht sind als Gradientenschicht ausgebildet. Die Gradientenschicht umfasst bevorzugt eine NiAl-, NiCrAl- oder Chromlegierung. Als bevorzugte verschleißfesten Schicht wird keramisches Material, vorzugsweise Cermet, angegeben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Bremsscheibe bereitzustellen, bei welcher die Reibflächen einen weiter verbesserten Korrosionsschutz und verbesserte Verschleißfestigkeit aufweisen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verbundbremsscheibe aus Grauguss-Tragscheibe und Reibringen, die zumindest den wesentlichen einem Bremsbelag gegenüberliegenden Bereich abdecken, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß sind Reibringe aus einer thermischen Spritzschicht aus Cr/Ni-Stahl mit mindestens 16% Cr und mindestens 10% Ni vorgesehen. Hierbei handelt es sich insbesondere um austenitische Cr/Ni-Stähle. Für die vorliegende Erfindung ist es von wesentlicher Bedeutung, dass der überwiegende Anteil der Bremsscheibe aus den konventionellen und kostengünstigen Graugusswerkstoffen gebildet wird und nur ein kleinerer die Reibringe bildender Teil der Bremsscheibe durch einen hochwertigen und teureren korrosionsbeständigen Cr/Ni-Stahl. Dieser Stahl zeichnet sich sowohl durch sehr gute Korrosionsbeständigkeit, als auch durch hohe Verschleißbeständigkeit aus. Die Verschleißbeständigkeit resultiert insbesondere aus der Bruchzähigkeit und Temperaturbeständigkeit des Werkstoffs aus Cr/Ni-Stahl.

Die erfindungsgemäße Bremsscheibe gliedert sich somit in eine Graugss-Tragscheibe und Reibringe. Die Grauguss-Tragscheibe ist mit den herkömmlichen Grauguss-Bremsscheiben vergleichbar. Insbesondere hinsichtlich der Werkstoffqualität und des Korrosionsschutzes kann auf bewährte Technologie zurückgegriffen werden. Während die Tragscheibe konventionell aufgebaut ist, besteht der Reibring aus einem sehr hochwertigeren Reibwerkstoff der auch unter andauernder Reibbelastung eine sehr gute Korrosionsstabilität aufweist.

Erfindungsgemäß ist der Reibring-Werkstoff so gewählt, dass dieser mit dem Grauguss-Werkstoff des Tragrings chemisch und physikalisch kompatibel ist. Dies bedeutet, dass die thermomechanischen Eigenschaften, insbesondere die thermische Ausdehnung ähnliche Werte aufweisen, sowie dass nur geringe ungünstige elektrochemische Kontaktkorrosion auftreten kann.

Die erfindungsgemäße Bremsscheibe hat den Vorteil, dass die kostengünstigen und bewährten Graugusswerkstoffe für den überwiegenden Teil der Bremsscheibe beibehalten werden können.

Da nur ein geringer Anteil der herkömmlichen Bremsscheibe durch einen Reibring ersetzt wird, lassen sich die herkömmlichen Bremsscheiben ohne weitere Konstruktive Anpassungen in bereits laufenden Serien durch die erfindungsgemäßen Bremsscheiben ersetzen. Die Dicke der thermisch gespritzten Reibringe liegt dabei in der Größenordnung der Verschleißgrenze der entsprechenden Bremsscheibe. Bevorzugt werden Dicken im Bereich der 1,5 bis 3 fachen Dicke der Verschleißgrenze. Hierdurch wird über die gesamte Lebensdauer der Bremsscheibe ein optimaler Korrosionsschutz erreicht.

Gegenüber den üblichen Stahl-Werkstoffen für Bremsscheiben oder Reibflächen besitzen die erfindungsgemäß eingesetzten Legierungen eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und bessere mechanische Eigenschaften. Insbesondere liegt die Zähigkeit und Verschleißfestigkeit der Cr/Ni-Stähle auf vergleichsweise hohem Niveau. Bei den erfindungsgemäßen Cr/Ni-Stählen handelt es sich im Wesentlichen um Austenitische Stähle. Die Ferrit-Stähle weisen dagegen in der Regel schlechtere mechanische Eigenschaften auf.

Die erfindungsgemäßen Reibringe werden durch thermisches Spritzen aufgebracht. Hierbei gelangt das Spritzgut in derart heißem Zustand auf die Oberfläche des Tragrings, dass eine metallurgische Reaktion erfolgt. Hierdurch wird eine feste Verbundschicht zwischen den beiden Werkstoffen gebildet. Die Reibringe und die Grauguss-Tragscheibe sind durch eine Verbindungsschicht aus Grauguss und Ni/Cr-Stahl, sowie deren Mischungen verbunden.

Durch die sehr hohen Abkühlgeschwindigkeiten bei der thermischen Abscheidung, beziehungsweise beim thermischen Spritzen der Cr/Ni-Stähle wird die Austenitbildung mit sehr feinem Korn in besonderem Maße begünstigt. Hierdurch werden bevorzugt sehr zähe und verschleißfeste Gefüge gebildet.

Aufgrund der guten chemischen und physikalischen Kompatibilität, sowie der guten metallurgischen Verbindung können die Reibringe unmittelbar auf der Grauguss-Tragscheibe aufgespritzt werden. Eine zusätzliche Haftvermittlerschicht ist in der Regel nicht erforderlich, kann jedoch optional ebenfalls aufgebracht werden. Die Verbindungsschicht zwischen Reibringen und Grauguss-Tragscheibe ist bevorzugt nur durch die Legierungselemente des Reibring-Werkstoffes und des Graugusswerkstoffes des Tragrings gebildet.

Erfindungsgemäß bevorzugte Stähle weisen einen Cr-Gehalt von 16 bis 2 6% und einen Ni-Gehalt von 8 bis 25% auf. Besonders bevorzugt sind Stähle mit

– Cr: 16 bis 18% und Ni: 8 bis 14%, oder
– Cr: 19 bis 26% und Ni: 20 bis 26%,

wobei der Kohlenstoffgehalt bei C < 0,2%, bevorzugt < 0,03% liegt.

Zu den besonders bevorzugten Stählen zählen insbesondere die folgenden:

Die bevorzugten Stähle weisen eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit bei guten Reibeigenschaften auf. Im Gegensatz zu den gängigen Graugusswerkstoffen ist ein gesonderter Korrosionsschutz auch unter sehr korrosiven Bedingungen nicht erforderlich.

Es kann dennoch zweckmäßig sein, die freiliegende Oberfläche der Graugss-Tragscheibe durch eine Beschichtung gegen Korrosion zu schützen. Hierzu können die bekannten korrosionsschützenden Beschichtungen verwendet werden, insbesondere Zn-Beschichtungen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft besonders geeignete Verfahren zur Herstellung von Verbundbremsscheiben aus Grauguss-Tragscheibe und Cr/Ni-Stahl-Reibringen.

Die thermisch gespritzten Reibringe werden besonders bevorzugt durch Flammspritzen oder Lichtbogendrahtspritzen aufgebracht. Dabei wird das Verfahren bevorzugt mit hohen Spritzenenergien gefahren, so dass die Spritzpartikel mit hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen auf das Substrat abgeschieden werden.

Bevorzugt wird die Oberfläche der Grauguss-Tragscheibe vor der Beschichtung aufgeraut. Dies kann beispielsweise durch Sandstrahlen erfolgen. Besonders bevorzugt sind das Hochdruckwasserstrahlen und Kombinationen aus Hochdruckwasserstrahlen und Sandstrahlen.

Claims

Verbundbremsscheibe aus Grauguss-Tragscheibe und Reibringen, die zumindest den wesentlichen einem Bremsbelag gegenüberliegenden Bereich abdecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringe durch eine thermische Spritzschicht aus Cr/Ni-Stahl mit mindestens 16% Cr und mindestens 10% Ni gebildet sind.
Verbundbremsscheibe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Cr/Ni-Stahl in den Reibringen einen Cr-Gehalt von 16,5 bis 20% und einen Ni-Gehalt von 10 bis 26 aufweist.
Verbundbremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringe und die Grauguss-Tragscheibe durch eine Verbindungsschicht aus Grauguss und Cr/Ni-Stahl, sowie deren Mischungen verbunden sind.
Verbundbremsscheibe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringe unmittelbar auf der Grauguss-Tragscheibe aufgespritzt sind.
Verbundbremsscheibe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringe aus X2CrNi19-11, X5CrNiMo17-12-2, X2CrNiMo17-12-2 oder X6CrNiMoTi17-12-2 gebildet sind.
Verbundbremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringe aus X1CrNiMoN25-25-2, X1NiCrMoCuN25-20-5 oder X1NiCrMoCuN25-20-7 gebildet sind.
Verbundbremsscheibe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Graugss-Tragscheibe außerhalb der Reibflächen eine korrosionsschützende Beschichtung trägt.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundbremsscheibe mit den Merkmalen eines der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringe unmittelbar durch Flammspritzen oder Lichtbogendrahtspritzen auf die aufgeraute Oberfläche der Grauguss-Tragscheibe abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring und die Tragscheibe beim thermischen Spritzen miteinander metallurgisch verbunden werden.