DE102008062132A1

DE102008062132A1 - Verfahren zur Beschichtung von Bremsflächen von Bremsscheiben oder anderen Reibelementen von Bremsen sowie Reibelement für eine Bremse, insbesondere aus CFK

Info

Publication number: DE102008062132A1
Application number: DE200810062132
Authority: DE
Original assignee: Titan Pracis Metallurgie GmbH; TITAN PRAECIS METALLURG GmbH
Current assignee: Titan Pracis Metallurgie GmbH; TITAN PRAECIS METALLURG GmbH
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Bremsflächen von Bremsscheiben oder anderen Reibelementen von Bremsen, bei dem eine verschleißfeste Beschichtung auf die Bremsflächen aufgebracht wird. Die Erfindung betrifft weiter ein Reibelement einer Bremse, insbesondere eine Bremsscheibe, mit mindestens einer Bremsfläche und einer auf die Bremsfläche aufgebrachten verschleißfesten Beschichtung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Beschichtung durch thermisches Spritzen aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Bremsflächen von Bremsscheiben oder anderen Reibelementen von Bremsen, bei dem eine verschleißfeste Beschichtung auf die Bremsflächen aufgebracht wird. Die Erfindung betrifft weiter ein Reibelement einer Bremse, insbesondere eine Bremsscheibe, mit mindestens einer Bremsfläche und einer auf die Bremsfläche aufgebrachten verschleißfesten Beschichtung.
Die DE 698 12 344 T2 offenbart bereits ein Verfahren zum Beschichten eines Bremselements mit einem Reibmaterial in Form eines verschleißfesten Keramik-Metall-Verbundwerkstoffs, bei dem ein Keramik-Vorformling aus B₄C, AlB₂, Al₄BC, Al₃B₄₈C₂, AlB₁₂ und/oder AlB₂₄C₄ mit Metall infiltriert und der Vorformling anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen wird, bevor er zum Beispiel durch Kleben auf das Bremselement auflaminiert wird. An dem bekannten Verfahren wird jedoch als nachteilig angesehen, dass es sehr langwierig und zudem sehr aufwändig ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Reibelement der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass auf einfachere Art und Weise ein auf seiner Bremsfläche oder seinen Bremsflächen mit einer verschleißfesten Beschichtung versehenes Reibelement für Bremsen bereitgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Beschichtung durch thermisches Spritzen auf die Bremsfläche aufgebracht wird.
Es hat sich gezeigt, dass die Reibflächen von Reibelementen für Bremsen und insbesondere von Bremsscheiben durch thermisches Spritzen mit einer Beschichtung versehen werden können, die dafür sorgt, dass die Reibfläche im Zusammenwirken mit der Reibfläche eines weiteren Reibelements der Bremse, wie einer Bremsbacke, eine gute Griffigkeit besitzt, wobei selbst nach einer längeren Einsatzzeit keine merkliche Riefenbildung in den Bremsflächen der Bremsscheibe zu verzeichnen ist und wobei die Wärmeabfuhr durch die Beschichtung hindurch selbst bei starker Beanspruchung ausreichend ist, um für ausgezeichnete Bremseigenschaften zu sorgen.
Aufgrund der großen Härte und Verschleißfestigkeit der Beschichtung ist bei den erfindungsgemäßen Reibelementen darüber hinaus nahezu kein verschleißbedingter Abrieb zu verzeichnen. Somit wird praktisch kein Bremsstaub erzeugt, was nicht nur zur Reduzierung der Feinstaubproblematik im Straßenverkehr beiträgt, sondern auch vor allem bei Motorrädern lästige Anbackungen von Bremsstaub auf chromglänzenden Oberflächen in der Nähe der Bremsen verhindert.
Wenn es sich gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bei dem Reibelement um eine Bremsscheibe aus Stahl oder aus CFK (kohlefaserverstärktem Kunststoff) handelt, die zwei entgegengesetzte verhältnismäßig glatte Bremsflächen besitzt, an denen thermisch aufgespritzte Beschichtungen nur schlecht haften, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, diese Bremsflächen vor dem Aufbringen der Beschichtung aufzurauen, um die Haftung der Beschichtung zu verbessern. Das Aufrauen der Bremsflächen erfolgt vorteilhaft durch Strahlen der Bremsscheibe mit einem Strahlgut in Form eines Hartstoff-Granulats, wobei vorzugsweise ein Granulat aus Aluminiumkorund mit einer Korngröße von etwa 180 mesh verwendet wird. Die zum Strahlen verwendete Strahldüse wird bevorzugt in einem Abstand von etwa 150 bis 200 mm von den aufzurauenden Bremsflächen und unter einem Winkel von etwa 10 bis 20 Grad, vorzugsweise von etwa 15 Grad, zur Drehachse der Bremsscheibe linear über die Bremsflächen hinweg bewegt, während das Hartstoff-Granulat mit Hilfe von Druckluft aus der Sprühdüse ausgestoßen wird. Um eine unerwünschte Oxidation der gestrahlten Bremsscheibe zu verhindern, wird die beim Strahlen als Trägergas dienende, zweckmäßig unter einem Druck von 5 bis 9 bar stehende Druckluft vorteilhaft vorgereinigt, um sie vollständig von Staub, Öl oder Feuchtigkeit zu befreien.
Die Art und Korngröße des Strahlguts und der Druck der Druckluft werden zweckmäßig so aufeinander abgestimmt, dass die Bremsflächen nach dem Strahlen eine Oberflächenrauhigkeit Rz zwischen 20 und 30 μm und einen Profiltraganteil t_p von 70 bis 90% besitzen, was eine optimale Haftung der meisten thermisch aufgespritzten Beschichtungen gewährleistet.
Eine weitere Maßnahme zur Verbesserung der Haftung der Beschichtung am metallischen Reibelement besteht darin, dass das letztere vor dem Aufbringen der Beschichtung zweckmäßig angewärmt wird, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 120 bis 150°C, um das Korngefüge aufzuweiten.
Eines der beiden bevorzugten thermischen Spritzverfahren ist das Lichtbogenspritzen, bei dem die freien Enden zweier Drähte aus einem die spätere Beschichtung bildenden metallischen Werkstoff in einem Lichtbogen geschmolzen werden und die Schmelze mit Hilfe von Druckgas auf die jeweilige Bremsfläche gespritzt wird. Zum Beschichten von Bremsscheiben aus Stahl oder aus CFK durch Lichtbogenspritzen wird als Drahtwerkstoff vorzugsweise eine Eisenlegierung verwendet, die vorteilhaft mehr als 70 Gew.-% Eisen enthält. Drei besonders gut zum Beschichten von Bremsscheiben geeignete Eisenlegierung sind Fe 18 Cr 8 Ni 2 Mn, Fe 13 Cr 0,5 Si sowie Kohlenstoffstahl mit einem C-Gehalt von mehr als 0,35%. Neben den genannten Legierungsbestandteilen Cr, Ni, Mn und Si können die Eisenlegierungen kleine Mengen an anderen Legierungsbestandteilen enthalten, wie Spuren von Phosphor P und Schwefel S.
Das andere der beiden bevorzugten thermischen Spritzverfahren ist das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, bei dem ein Brennersystem mit einem zum Beschichten dienenden pulverförmigen Werkstoff in einem Trägergas sowie mit einem brennbaren Gasgemisch, bevorzugt einem Acetylen-Sauerstoff-Gemisch, beaufschlagt wird. Das Trägergas mit dem von ihm mitgeführten pulverförmigen Werkstoff und das brennbare Gasgemisch werden derart in das Brennersystem zugeführt, dass die beim Verbrennen des brennbaren Gasgemischs erzeugten heißen Verbrennungsgase zusammen mit dem Trägergas den pulverförmigen Werkstoff bis auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigen und gleichzeitig für ein teilweises Anschmelzen desselben sorgen, so dass es beim Aufprall der angeschmolzenen Werkstoffpartikel auf die aufgeraute Bremsfläche zu einer mechanischen Verklammerung zwischen den Werkstoffpartikeln und dem zu beschichtenden Reibelement kommt.
Der zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen vom Bremsscheiben verwendete Werkstoff ist bevorzugt ein Keramik-Metall-Verbundwerkstoff aus einem oxidfreien Keramik-Bestandteil und einem Metall-Bestandteil, von denen der erstere zweckmäßig ein Metallcarbid enthält und bevorzugt aus Wolframcarbid (WC) besteht, während der letztere zweckmäßig entweder aus einer Kobalt- oder Nickellegierung bzw. aus reinem Kobalt (Co) oder Nickel (Ni) besteht. Während durch Kobalt (Co) die Verscheißfestigkeit des Keramik-Metall-Verbundwerkstoffs verbessert werden kann, wird durch Nickel (Ni) die Wärmeleitfähigkeit, die Haftung am Reibelement und die Haftung innerhalb des aufgebrachten Keramik-Metall-Verbundwerkstoffs verbessert. Insgesamt gesehen besteht der Keramik-Metall-Verbundwerkstoff vorzugsweise zu mehr als 80% aus dem Keramik-Bestandteil und zu weniger als 20% aus dem Metall-Bestandteil.
Da durch thermisches Spritzen aufgebrachte Beschichtungen eine sehr große Oberflächenrauhigkeit besitzen, die sich wegen eines zu geringen Traganteils der Oberfläche nicht für Reibelemente von Bremsen eignet, muss die Oberflächenrauhigkeit vor dem Einsatz der Reibelemente verringert werden. Dazu wird die mit einer Schichtdicke von 0,4 bis 0,6 mm aufgebrachte Beschichtung zweckmäßig bis etwa auf die Hälfte dieser Schichtdicke, d. h. bis auf etwa 0,2 bis 0,4 mm abgeschliffen. Dadurch kann die Wärmeabfuhr durch die Beschichtung hindurch in das Reibelement verbessert und so die Gefahr von unerwünschten Rissbildungen in der Beschichtung oder von Abplatzungen der Beschichtung infolge unterschiedlicher Wärmedehnungskoeffizienten des Reibelements einerseits und der Beschichtung andererseits verringert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Beschichtung zweckmäßig mit einem diamanthaltigen Schleifmittel, zum Beispiel Diamant-Schleifpaste geschliffen, bis ihre Oberfläche eine Oberflächenrauhigkeit Rz von weniger als 5 μm und vorzugsweise zwischen 0,5 und 2 μm besitzt, was sich durch Verwendung einer Diamant-Schleifpaste mit feinster Körnung, zum Beispiel D-126, im letzten Schleifgang erreichen lässt.
Untersuchungen an Reibflächen fertiger, wie zuvor beschrieben durch thermisches Spritzen beschichteter Bremsscheiben aus Stahl ergaben, dass die Bremsscheiben eine sehr gute Wärmeschockbeständigkeit besaßen, da nach einer Erhitzung in einem Vakuumofen auf mehr als 1000°C und einem anschließenden Abschrecken in kaltem Wasser keine Risse oder Abplatzungen der Beschichtung festzustellen waren. Darüber hinaus wurde bei diesen Untersuchungen festgestellt, dass die Reibflächen nach der Beschichtung und dem Abschleifen eine Härte zwischen 1200 und 1300 HV01 besaßen, die auch nach der Erhitzung und Abschreckung während der Wärmeschockprüfung im Wesentlichen unverändert blieb.
Durch das Schleifen der Beschichtung wird außerdem im Vergleich zu einer unbeschichteten metallischen Bremsscheibe mit gleicher Oberflächenrauhigkeit von Rz < 5 μm der Profiltraganteil t_p der Bremsfläche nach DIN von etwa 50% auf nahezu das Doppelte erhöht, nämlich auf etwa 99,9%.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung vor dem Schleifen einer Laserbehandlung unterzogen wird, vorzugsweise mittels eines gepulsten CO₂- oder YAG-Lasers, dessen Pulsfrequenz zweckmäßig zwischen 2000 und 3000 Hz beträgt und dessen Laserstrahl vorteilhaft in geraden Bahnen über die gesamte beschichtete Reibfläche bewegt wird.
Durch die Erwärmung der Beschichtung bei der Laserbehandlung können zum einen Spannungen an der Grenzfläche zwischen der Beschichtung und dem metallischen Reibelement abgebaut werden, wodurch die Gefahr eines Abplatzens der Beschichtung infolge unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten des metallischen Reibelements und der Beschichtung vermindert werden kann.
Zum anderen kann die Struktur der Beschichtung selbst durch die Laserbehandlung vorteilhaft verändert werden, indem einerseits an der Oberfläche der Beschichtung Krater oder Vorsprünge mit steilen Flanken etwas eingeebnet oder abgeflacht werden und indem andererseits das Korngefüge der Beschichtung verändert wird. Dazu wird die Intensität des Laserstrahls bevorzugt so eingestellt, dass das Material der Beschichtung, das heißt der Keramik-Metall-Verbundwerkstoff, an den Korngrenzen leicht angeschmolzen wird, um für eine gleichmäßigere Rundung der Körner im Mikrometerbereich zu sorgen. Diese Gefügeänderung sorgt nach dem anschließenden Feinschliff der Beschichtung für eine bessere Griffigkeit und für ein geringeres Risiko eines Festbrechens des Reibelements.
Wenn es sich bei dem Reibelement um eine Bremsscheibe aus Stahl oder aus CFK handelt, die für Einsatzbedingungen bestimmt ist, unter denen die Bremsscheibe auf hohe Temperaturen erhitzt wird, kann die Bremsscheibe zweckmäßig vor dem Aufbringen der Beschichtung im Bereich der Reibflächen mit Durchbrechungen versehen werden, die beispielsweise durch Laserschneiden in der Bremsscheibe eingebracht werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert:
Ausführungsbeispiel 1
Die Bremsflächen einer handelsüblichen, aus Stahl bestehenden Motorrad-Bremsscheibe wurden zuerst durch Strahlen mit einem Strahlgut aus Aluminiumkorund-Partikeln mit einer Korngröße von 180 mesh aufgeraut, um die spätere Haftung der Beschichtung zu verbessern. Die Oberflächenaufrauung wurde durchgeführt, indem jede der beiden Bremsflächen bei eingespannter rotierender Bremsscheibe nacheinander aus einer Injektorstrahldüse mit den Aluminiumkorund-Partikeln beaufschlagt wurden, die mit vorgereinigter, von Öl, Staub und Feuchtigkeit befreiter Druckluft unter einem Arbeitsdruck von 5 bis 9 bar aus der Injektorstrahldüse ausgestoßen wurden. Die Vorreinigung der Druckluft diente dazu, eine Oxidation der Oberfläche zu verhindern. Beim Strahlen wurde die Strahldüse in einem Abstand von 150–200 mm und unter einem Neigungswinkel der Strahlachse zur Drehachse der Bremsscheibe von etwa 15 Grad linear über die zu beschichtende Bremsfläche geführt. Nach dem Strahlen wurde die Bremsfläche zur Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit gemäß DIN 4777 und DIN vermessen, wobei sich für die Oberflächenrauhigkeit ein Wert von Rz = 20 bis 30 μm und für den Profiltraganteil t_p ein Wert von 70 bis 90 ergab.
Anschließend wurden die beiden Bremsflächen der Bremsscheibe nacheinander in einer Beschichtungsanlage zur thermischen Beschichtung im Lichtbogenspritzverfahren mit Fe 18 Cr 8 Ni 2 Mn beschichtet. Dazu wurden zwei Drähte aus Fe 18 Cr 8 Ni 2 Mn verwendet, die mit Strom beaufschlagt und an den freien Enden zusammengeführt wurden, um dazwischen einen elektrischen Lichtbogen zum Aufschmelzen der freien Drahtenden zu erzeugen. Die Schmelztemperatur betrug etwa 3500–4000°C. Während der Erzeugung des Lichtbogens wurden die freien Drahtenden von der von der Bremsscheibe abgewandten Seite her mit Druckluft beaufschlagt, um geschmolzene Partikel von den Drahtenden zu lösen und auf etwa 700–800 m/s zu beschleunigen und sie in flüssigem oder teilflüssigem Zustand auf die zu beschichtende Bremsfläche zu spritzen, was eine mechanische Verklammerung der geschmolzenen Partikel mit dem Material der Bremsscheibe zur Folge hat. Die Beschichtung wurde in einer Schichtdicke von 0,6–0,7 mm auf die Bremsscheibe aufgebracht.
Nach dem Aufbringen der Beschichtung und dem Abkühlen der Bremsscheibe wurde die Beschichtung mit einem CO₂-Laser bearbeitet, indem aus dem Laser ein gepulster Laserstrahl mit einer Pulsfrequenz von 2000 bis 3000 Hz auf die Oberfläche der Beschichtung gerichtet und die Oberfläche zeilenweise mit dem Laserstrahl abgetastet wurde. Die Intensität des Lasers bzw. des Laserstrahls wurde so eingestellt, dass größere Unebenheiten der Oberfläche, wie Spitzen oder Krater mit steilen Flanken, eingeebnet und eckige Oberflächen von Körnern im Korngefüge der Beschichtung gerundet wurden, so dass die Oberfläche der Beschichtung nach der Behandlung in vergrößerter Ansicht ein ähnliches Gefüge wie eine Orangenhaut erhielt.
Anschließend wurde die erhabene Beschichtung auf den beiden Bremsflächen nacheinander auf einer Planflachschleifmaschine mit einem Diamant oder Korund enthaltenen Schleifmittel auf eine Schichtdicke von jeweils 0,3 bis 0,4 mm abgeschliffen, um eine hohe Planebenheit der Bremsflächen zu erzielen. Für den letzten Schliff wurde eine Diamantpaste D-126 verwendet. Anschließend wurde mit einem Rauhigkeitsmessgerät gemäß DIN 4777 die Oberflächenrauhigkeit Rz und mit dem Tastschnittverfahren gemäß DIN 4768 das Oberflächenprofil und der Profiltraganteil t_p der geschliffenen Bremsfläche bestimmt ermittelt. Für die Oberflächenrauhigkeit wurde dabei durchgängig ein sehr niedriger Wert von Rz < 2 μm bestimmt, während für den Profiltraganteil t_p ein sehr hoher Wert von 99,9% bestimmt wurde, der etwa doppelt so groß wie der Profiltraganteil t_p einer unbeschichteten Bremsfläche mit derselben Oberflächenrauhigkeit ist.
Anschließend wurde noch ein Haftzugversuch nach DIN EN 582 durchgeführt, wobei sich eine Haftung der Beschichtung von 2 275 N/cm² bzw. von 3 300 psi ergab.
Danach wurde die Wärmeschockbeständigkeit der Bremsscheibe geprüft, wozu diese in einem Vakuum-Ofen auf 1050°C, d. h. bis zur Rotglut, erhitzt und anschließend in einem Behälter mit 10 Litern Wasser mit einer Wassertemperatur von 15°C abgeschreckt wurde. Eine nachfolgende Begutachtung ergab, dass keine Risse oder andere Oberflächenfehler festzustellen waren.
Ausführungsbeispiel 2
Die Bremsflächen einer handelsüblichen, aus Stahl bestehenden Motorrad-Bremsscheibe wurden wie im Ausführungsbeispiel 1 vorbehandelt und im Lichtbogenspritzverfahren unter denselben Bedingungen wie im Ausführungsbeispiel 1 beschichtet, jedoch unter Verwendung von zwei Drähten aus Fe 13 Cr 0,5 Si. Nach dem Aufbringen der Beschichtung wurde diese einer Laserbehandlung unterzogen, wie zuvor beschrieben, und dann ebenfalls bis auf eine Schichtdicke von 0,3 bis 0,4 mm abgeschliffen. Nach dem letzten Schleifgang wiesen die Bremsflächen eine Oberflächenrauhigkeit von Rz < 2 μm und einen Profiltraganteil t_p von 99,9% auf.
Ein anschließender Haftzugversuch und eine Prüfung der Wärmeschockbeständigkeit der Bremsscheibe, wie zuvor beschrieben, führten zu ähnlichen Ergebnissen wie bei der Bremsscheibe aus dem Ausführungsbeispiel 1.
Ausführungsbeispiel 3
Die Bremsflächen einer handelsüblichen, aus Stahl bestehenden Motorrad-Bremsscheibe wurden wie im Ausführungsbeispiel 1 und 2 vorbehandelt und im Lichtbogenspritzverfahren unter denselben Bedingungen wie im Ausführungsbeispiel 1 und 2 beschichtet, jedoch unter Verwendung von zwei Drähten aus legiertem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,35 sowie weiteren Legierungsbestandteilen in Form von Si, Ni, Mn, P (Spuren) und Schwefel (Spuren). Die aufgebrachte Beschichtung wurde wieder mit einem Laserstrahl behandelt, wie zuvor beschrieben, und anschließend bis auf eine Schichtdicke von 0,3 bis 0,4 mm abgeschliffen, um die Bremsflächen mit einer hohen Planebenheit und einer Oberflächenrauhigkeit von Rz < 2 μm und einem Profiltraganteil t_p von 99,9% zu versehen.
Ein anschließender Haftzugversuch und eine Prüfung der Wärmeschockbeständigkeit der Bremsscheibe, wie zuvor beschrieben, führten zu ähnlichen Ergebnissen wie bei der Bremsscheibe aus den Ausführungsbeispielen 1 und 2.
Ausführungsbeispiele 4 bis 7
In einer weiteren Versuchsreihe wurden die Bremsflächen von mehreren handelsüblichen Bremsscheiben aus Stahl durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen im HVOF(High Velocity Oxy Fuel)-Verfahren mit verschiedenen pulverförmigen Werkstoffen beschichtet, nachdem sie zuvor in derselben Weise wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen durch Strahlen mit einem Aluminiumkorund-Hartstoff-Granulat vorbehandelt worden waren, um für eine Oberflächenrauhigkeit von Rz = 20 bis 30 μm und einen Profiltraganteil t_p von 70 bis 90% zu sorgen.
Zum Beschichten wurde der pulverförmige Werkstoff in einem Trägergas zusammen mit einem Acetylen-Sauerstoff-Gemisch in ein Brennersystem zugeführt, um den Werkstoff durch das Trägergas und die beim Verbrennen des Gasgemischs erzeugten heißen Verbrennungsgase auf Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen und gleichzeitig für ein teilweises Anschmelzen des Werkstoffs selben sorgen.
Die Beschichtung wurde bei sämtlichen Versuchen in einer Schichtdicke von 0,3–0,4 mm aufgebracht und nach einer anschließenden Laserbehandlung mit den im Ausführungsbeispiel 1 genannten Parametern bis auf eine Schichtdicke von 0,2–0,25 mm abgeschliffen, um eine ebene Bremsfläche mit einer hohen Planebenheit zu schaffen. Auch hier wurde im letzten Schleifgang eine Diamantschleifpaste mit feinster Körnung verwendet, um auf der gesamten Bremsfläche eine einheitliche Oberflächenrauhigkeit von Rz zwischen 0,5 und 1 μm sowie einen hohen Profiltraganteil t_p von 99,9% zu erreichen.
Nach dem Schleifen der Beschichtung wurde deren Härte im Bereich der Bremsflächen vor und nach einer Wärmeschockprüfung gemessen, bei der die Bremsscheiben in einem Vakuumofen auf 1200°C erhitzt und anschließend in Wasser mit einer Wassertemperatur von 15°C abgeschreckt wurden.
Ausführungsbeispiel 4
Eine der vorbehandelten Bremsscheiben wurde mit WC Co 10 4 Cr-Pulver beschichtet, das nach einem vorangehenden Anwärmen der Bremsscheibe auf 120 bis 150°C mit einer Geschwindigkeit von mehr als 2,5 bis 3 mach und bei Temperaturen von mehr als 3 000°C in einer Schichtdicke von 0,3 bis 0,4 mm auf die vorbehandelten Bremsflächen aufgespritzt wurde.
Ausführungsbeispiel 5
Eine weitere, für den Einsatz in einer Motorrad-Radbremse bestimmte Bremsscheibe wurde ebenfalls nach einem Anwärmen mit WC Co 12 beschichtet, wobei die Prozessparameter und die aufgespritzte Schichtdicke denjenigen beim vorangehenden Ausführungsbeispiel 4 entsprachen.
Die vor bzw. nach der Wärmeschockprüfung gemessene Härte der WC Co 12-Beschichtung betrug 1250 HV01, wobei keine merkliche Abnahme der Härte infolge der Wärmeschockprüfung feststellbar war.
Ausführungsbeispiel 6
Eine weitere, für den Einsatz in einer Pkw-Radbremse bestimmte Bremsscheibe wurde nach dem Anwärmen mit WC/Ni beschichtet, wobei die Prozessparameter und die aufgespritzte Schichtdicke denjenigen bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen 4 und 5 entsprachen.
Die vor bzw. nach der Wärmeschockprüfung gemessene Härte der WC/Ni-Beschichtung betrug 1210 HV01, wobei keine merkliche Abnahme der Härte infolge der Wärmeschockprüfung feststellbar war.
Ausführungsbeispiel 7
Noch eine weitere, für den Einsatz in einer Pkw-Radbremse bestimmte Bremsscheibe wurde statt mit WC/Ni mit agglomeriertem WC/Ni-Pulver beschichtet, wobei die Prozessparameter und die aufgespritzte Schichtdicke denjenigen bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen 4 bis 6 entsprachen.
Die vor bzw. nach der Wärmeschockprüfung gemessene Härte der WC/Ni-Beschichtung betrug 1280 HV01, wobei keine merkliche Abnahme der Härte infolge der Wärmeschockprüfung feststellbar war.
Die durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgebrachten Beschichtungen wiesen gegenüber den durch Lichtbogenspritzen aufgebrachten Beschichtungen höhere Wärmeschockbeständigkeiten auf, da bei der Wärmeschockprüfung vor dem Abschrecken eine Aufheizung auf Temperaturen von bis zu 1 200°C ohne jegliche negative Auswirkung auf die Beschichtung möglich war.
Weitere Ausführungsbeispiele
An Stelle von Bremsscheiben aus Stahl wurden in weiteren Beschichtungsversuchen Bremsscheiben aus CFK verwendet und unter Verwendung eines Lichtbogenspritzverfahrens mit Fe 18 Cr 8 Ni 2 Mn und mit Fe 13 Cr 0,5 Si sowie unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahrens mit WC Co und WC Ni beschichtet, wie zuvor beschrieben, wobei die Prozessparameter und die aufgespritzte Schichtdicke im Wesentlichen denjenigen bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen entsprachen.
Die durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgebrachten Beschichtungen wiesen gegenüber den durch Lichtbogenspritzen aufgebrachten Beschichtungen höhere Wärmeschockbeständigkeiten auf, da bei der Wärmeschockprüfung vor dem Abschrecken eine Aufheizung auf Temperaturen von bis zu 1 200°C ohne jegliche negative Auswirkung auf die Beschichtung möglich war.
Bremsscheiben aus Stahl und CFK mit diesen Beschichtungen besitzen daher voraussichtlich für den Einsatz bei Rennen auf Kurzkursen oder unter ähnlichen Einsatzbedingungen mit hohen Temperaturen und/oder Temperaturschwankungen eine längere Haltbarkeit.
Für einen Einsatz unter normalen Einsatzbedingungen im Straßenverkehr sind jedoch sämtliche der zuvor beschriebenen Bremsscheiben gut geeignet.
Bei Versuchen mit den beschichteten Bremsscheiben wurde festgestellt, dass diese Bremsscheiben im Zusammenwirken mit handelsüblichen Bremsbacken für eine gute Griffigkeit und hervorragende Bremsbedingungen sorgten, dass selbst nach einer längeren Einsatzzeit unter harten Bedingungen keine merkliche Riefenbildung zu verzeichnen war, und dass die Wärmeabfuhr durch die Beschichtung hindurch in die Bremsscheibe ausreichend war, um selbst bei starker Beanspruchung der Bremsscheibe eine zu Abplatzungen oder Beschädigungen der Beschichtung führende Aufheizung zu verhindern.
Darüber hinaus war auch nach einer längeren Einsatzzeit an den beschichteten Bremsscheiben nahezu kein Abrieb festzustellen, so dass praktisch kein Bremsstaub erzeugt wird, was zum einen in Anbetracht der wachsenden Bedeutung der Feinstaubproblematik im Straßenverkehr von großem Vorteil ist und zum anderen vor allem bei Motorrädern in der Nähe der Bremsen zu einer deutlichen Abnahme der Anbackungen von heißem Bremsstaub auf hochglänzenden verchromten Oberflächen führt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 69812344 T2 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 4777 [0022]
- DIN 4777 [0025]
- DIN 4768 [0025]
- DIN EN 582 [0026]

Claims

Verfahren zur Beschichtung von Bremsflächen von Bremsscheiben oder anderen Reibelementen von Bremsen, bei dem eine verschleißfeste Beschichtung auf die Bremsflächen aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch thermisches Spritzen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsflächen vor dem Aufbringen der Beschichtung aufgeraut werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsflächen durch Strahlen mit einem Hartstoffgranulat aufgeraut werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahldüse zum Versprühen des Hartstoffgranulats in einem Abstand von den aufzurauenden Bremsfläche linear über die Bremsflächen bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsflächen auf eine Oberflächerauhigkeit Rz zwischen 20 und 30 μm aufgeraut werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgerauten Bremsflächen einen Profiltraganteil t_p von 70 bis 90% besitzen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe vor dem Aufbringen der Beschichtung erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe vor dem Aufbringen der Beschichtung auf etwa 120 bis 150°C erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch Lichtbogenspritzen aufgebracht wird, indem die freien Enden zweier Drähte aus metallischen Werkstoffen in einem Lichtbogen geschmolzen werden und die Schmelze mit Druckgas auf die Bremsfläche gespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Werkstoffs aus einer Eisenlegierung besteht.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenlegierung mehr als 70 Gew.-% Eisen enthält.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenlegierung zwischen 10 und 20 Gew.-% Chrom enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenlegierung mehr als 0,35% Kohlenstoff enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenlegierung Nickel, Mangan und/oder Silizium in einer Menge von insgesamt weniger als 15 Gew.-% enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgebracht wird, indem ein pulverförmiger Werkstoff in einer Flamme angeschmolzen und mit Überschallgeschwindigkeit auf die Bremsfläche gespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff einen oxidfreien Keramikwerkstoff und mindestens ein Metall umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikwerkstoff ein Metallcarbid ist.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikwerkstoff Wolframcarbid (WC) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kobalt (Co) enthält oder aus Kobalt (Co) besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Nickel (Ni) enthält oder aus Nickel (Ni) besteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung nach dem Aufbringen abgeschliffen wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auf eine Schichtdicke von 0,2 bis 0,4 mm abgeschliffen wird.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung geschliffen wird, bis ihre Oberfläche eine Oberflächenrauhigkeit Rz von weniger als 5 μm, vorzugsweise von weniger als 2 μm besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung geschliffen wird, bis ihre Oberfläche einen Profiltraganteil t_p von mehr als 95%, vorzugsweise von mehr als 99% besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung vor dem Abschleifen einer Laserbehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Laserbehandlung die freie Oberfläche der Beschichtung zeilenweise mit einem Laserstrahl abgetastet wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Laserbehandlung Unebenheiten der freien Oberfläche der Beschichtung eingeebnet und Oberflächen von Körnern in einem Korngefüge der Beschichtung gerundet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement aus Stahl oder aus CFK (kohlefaserverstärktem Kunststoff) besteht.
Reibelement für eine Bremse, insbesondere Bremsscheibe, mit mindestens einer Bremsfläche und einer auf die Bremsfläche aufgebrachten verschleißfesten Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfesten Beschichtung thermisch auf die Bremsfläche aufgespritzt ist.
Reibelement nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfeste Beschichtung eine geschliffene Oberfläche besitzt.
Reibelement nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die geschliffene Oberfläche eine Oberflächenrauhigkeit Rz von weniger als 5 μm, vorzugsweise von weniger als 2 μm besitzt.
Reibelement nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die geschliffene Oberfläche einen Profiltraganteil t_p von mehr als 95%, vorzugsweise von mehr als 99% besitzt.
Reibelement nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfeste Beschichtung eine Schichtdicke zwischen 0,15 und 0,3 mm besitzt.
Reibelement nach einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfeste Beschichtung eine Härte zwischen 1200 und 1300 HV01 besitzt.
Reibelement nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einer Eisenlegierung besteht.
Reibelement nach einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einem oxidfreien Keramikwerkstoff und mindestens einem Metall besteht.
Reibelement nach einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Stahl oder aus CFK (kohlefaserverstärktem Kunststoff) besteht.