-
Die Erfindung betrifft eine Verbundbremsscheibe mit einem Reibring aus einem Metall-Matrix-Verbundwerkstoff sowie Herstellungsverfahren für eine solche Verbundbremsscheibe.
-
Im Zuge der Leichtbauweise ist es in der Automobilbranche gewünscht, für Fahrzeugkomponenten anstelle von Grauguss leichtere Werkstoffe einzusetzen. Zu diesem Zweck kommen hochfeste Aluminiumlegierungen in Frage, insbesondere in Form von Metallmatrixverbundlegierungen oder MMC, die zur Verstärkung Hartstoffpartikel umfassen, um so dem Verbundwerkstoff die erforderlichen mechanischen und thermischen Eigenschaften und weitere Werkstoffcharakteristika zu verleihen. Die Herstellung von Bremsscheiben für Kraftfahrzeuge aus einer solchen Aluminiummetall-Matrixverbundlegierung erfolgt beispielsweise durch Unterdruckinfiltration in eine keramische Pre-Form oder durch Gießen geschmolzener Aluminium-MMC-Barren, die keramische Hartstoffpartikel, meistens aus Siliziumkarbid oder Korund, in unterschiedlichen Formen und Größen enthalten.
-
Zur Verbesserung der Reibungseigenschaften einer Oberfläche einer solchen Legierung sowohl in Bezug auf Bremsvorgänge als auch auf Verschleißeigenschaften der Bremse werden beispielsweise die Reibflächen des Reibrings einer Bremsscheibe speziell beschichtet. So kann beispielsweise an vorgefertigte Aluminiumreibringe eine Reibschicht angegossen werden, die eine höhere keramische Partikeldichte aufweist. Der Anteil von keramischen Hartstoffpartikeln an der Reibfläche bestimmt die tribologischen Eigenschaften der Bremsscheibe, insbesondere auch die Effizienz der Transferfilmbildung sowie die Verschleißfestigkeit der Oberfläche.
-
Aus der
WO 2005/06 99 72 A2 ist eine Scheibenbremsenanordnung mit Reibringen aus einem Verbundwerkstoff bekannt, die Leichtbauanforderungen genügen und die erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweisen. Ferner ist ein Herstellungsverfahren dafür offenbart. Die Reibringe aus einem partikelverstärkten Aluminium basierten Metallmatrixverbundwerkstoff, Keramikmatrixverbundwerkstoff oder einem Karbongraphitschaum werden an den ringförmigen Flächen einer zentralen Laufscheibe befestigt, die aus einem anderen Material besteht, indem zwischen den Reibringen und der zentralen Laufscheibe Verbindungsschichten aus einer Metalllegierung mit niedrigerem Schmelzpunkt und einem Hochtemperaturklebstoff angeordnet werden.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verbundbremsscheibe bereitzustellen, die prozesssicher und kostengünstig herzustellen ist, und die eine verbesserte, hohe Verbindungsqualität zwischen den einzelnen Komponenten der Bremsscheibe aufweist. Die Verbundbremsscheibe soll für den Leichtbau geeignet sein.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Verbundbremsscheibe mit Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung von Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbundbremsscheibe, das eine kostengünstige und einfache Bearbeitung der Komponenten erlaubt und schnell durchführbar ist, daher also kurze Taktzeiten aufweist und in einem sicheren Prozess hohen Qualitätsstandards genügt.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
-
Weiterbildungen der jeweiligen Gegenstände sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
-
Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundbremsscheibe bezieht sich auf eine Bremsscheibe, die aus einem an einem Bremsscheibentopf angeordneten Reibring besteht, der die zwei voneinander abgewandten ringförmigen Reibflächen aufweist. Aus Gründen der Gewichteinsparung soll wenigstens eine Schicht des Reibrings, oder der gesamte Reibring, aus einem Metall-Matrix-Verbundwerkstoff, beziehungsweise aus einem MMC bestehen. In diesem Fall muss die Verbundwerkstoffschicht die Reibfläche des Reibrings bereitstellen.
-
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Reibring zweiteilig und besteht aus zwei Reibringhälften, wobei eine Trennungsebene des Reibrings parallel zu dessen Reibflächen verläuft, so dass die zwei Reibringhälften jeweils vollständige Ringscheiben bilden, jedoch von geringerer Dicke als der gesamte Reibring. Die beiden Reibringhälften werden aus dem Metall-Matrix-Verbundwerkstoff hergestellt und jede Reibringhälfte weist eine der Reibflächen auf. Die von der Reibfläche abgewandte Seite jeder Reibringhälfte bildet eine Fügefläche, über die die Reibringhälften an einem Trägerkörper angeordnet werden, der sowohl den Bremsscheibentopf als auch einen Trägerring umfasst. Der Durchmesser dieses Trägerrings entspricht dem der Reibringhälften, so dass der Trägerring vollflächig zwischen den beiden Reibringhälften zur Anlage kommen kann. Der Trägerring selbst weist ebenfalls Fügeflächen auf, die zu den beiden Fügenflächen der zwei Reibringhälften hinweisen.
-
Die Verbundbremsscheibe wird dadurch erhalten, dass die Reibringhälften mit dem Trägerkörper verschweißt werden, indem jeweils die Fügeflächen der Reibringhälften mit den Fügeflächen des Trägerrings verschweißt werden. Die Verbundbremsscheibe kann somit in einem prozesssicheren und kostengünstigen Schweißverfahren hergestellt werden, das zur Ausführung wenig Zeit bedarf. So liegen in der seriellen Fertigung kurze Taktzeiten vor und die Verbindungsqualität von Reibringhälften und Trägerkörper ist durch die Schweißverbindung sehr hoch.
-
Vorteilhaft ermöglicht die Erfindung auch die einfache und kostengünstige Lösung zur Schaffung einer innen belüfteten Verbundbremsscheibe, indem der Trägerring des Trägerkörpers schon bei seiner Herstellung mit einer Hohlraumstruktur zwischen seinen beiden Fügeflächen ausgestattet wird. Die Hohlraumstruktur kann durch geeignet angeordnete Kühlrippen bzw. Kühlkanäle bereitgestellt werden.
-
Während als Metall-Matrix-Verbundwerkstoff für die Reibringhälften vorzugsweise eine Aluminiumlegierung mit Hartstoffpartikeln verwendet wird, wird der Trägerkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung aufgebaut, um für Leichtbau geeignet zu sein und in einem einfachen Gussvorgang hergestellt werden zu können.
-
Vorteilhaft lassen sich die erfindungsgemäßen Verbundbremsscheiben nach einem Verfahren fertigen, das nach dem Bereitstellen der zwei Reibringhälften, die jeweils eine Reibfläche und eine Fügefläche aufweisen, das Anordnen des Trägerrings des Trägerkörpers zwischen den zwei Reibringhälften umfasst, wobei die jeweiligen Fügeflächen von Reibringhälften und Trägerkörper aneinander zur Anlage kommen. Ein stoffschlüssiger Verbund zwischen den Reibringhälften und dem Trägerkörper wird durch ein Verschweißen der jeweiligen Fügeflächen erreicht, so dass die Reibringhälften auch langzeitig bei starken Bremsvorgängen mit dem Trägerkörper verbunden bleiben.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung betrifft eine Leichtbau-Verbundbremsscheibe, deren Reibringe aus einer hochfesten Aluminiumlegierung, einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff mit integrierten Hartstoffpartikeln etwa aus Siliziumkarbid, Wolframcarbid, Aluminiumoxid und/oder Korund, bestehen, und deren tribologische, mechanische und thermische Eigenschaften optimiert sind, so dass auch der bei der ersten Bremsung gebildete Transferfilm besser und schneller, respektive effektiver, erzeugt wird. Bevorzugte Hartstoffpartikel in dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff oder auch MMC sind SiC, WC, TiC, TiO2 und/oder Al2O3.
-
Die Hartstoffpartikel des Metallmatrix-Verbundwerkstoffs sind bevorzugt keramisch. Sie können bevorzugt aus Korund oder aus Siliziumkarbid (SiC) bestehen. Ferner ist es auch von Vorteil, die Hartstoffpartikel durch Karbide, wie SiC, WC und B4C, oder durch Nitride, wie Si3N4 und kubisches BN, oder durch Boride, wie TiBx oder durch SiO2 oder durch Al2O3 oder durch Diamant zu bilden.
-
Bevorzugt wird eine Leichtmetall-MMC, bzw. ein Aluminium-MMC. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausgestaltung, bei welcher die Aluminium-Legierung übereutektisch konzipiert wird. Insbesondere kann die MMC-Legierung als weitere Partikel Silizium-Primär-Kristalle enthalten, die zusätzlich zu den Hartstoff-Partikeln in der Metallmatrix enthalten sind. Derartige Silizium-Primär-Kristalle besitzen üblicherweise eine Härte zwischen 900–1100 HAV.
-
Bevorzugt handelt es sich bei der Aluminiumlegierung um eine hypereutektische AlSi-Legierung ist. Bspw. handelt es sich bei dem MMC um eine Metallmatrix aus AlSi20 mit 10% SiC-Hartstoffpartikeln. Innerhalb der Metallmatrix bilden sich beim Erstarren des Gefüges die Primär-Silizium-Kristalle aus, die dann zusätzliche Partikel repräsentieren.
-
Besonders geeignet sind auch MMC aus Aluminiumlegierung und Al2O3, sowie aus Aluminiumlegierung und einer Mischung aus TiO2 und Al2O3 oder auch aus einer Wolframbasislegierung und Hartstoffpartikeln aus Carbiden, wie SiC, Chromcarbiden, WC und/oder TiC.
-
Die Herstellung der Reibringe aus dem Metall-Matrix-Verbundwerkstoff, beziehungsweise MMC kann mittels eines Sprühkompaktierverfahrens erfolgen, indem ein zylinder- oder scheibenförmiges Halbzeug aus der Metallschmelze und den Hartstoffpartikeln beziehungsweise Verstärkungspartikeln erzeugt wird, aus dem dann die gewünschten Reibringhälften in der gewünschten Dicke scheibenförmig herausgetrennt werden.
-
Alternativ dazu können die zur Bildung des Reibrings erfindungsgemäß verwendeten Reibringhälften auch separat in einer Gießform durch Gießen der Metall-Matrix-Verbundlegierung hergestellt werden. Während des Gießens der Reibringe können schon Maßnahmen ergriffen werden, um die Reiboberfläche zu modifizieren, etwa durch Beaufschlagung mit Ultraschall, der die Viskosität der Schmelze während des Erstarrens erniedrigt. So können enthaltene Hartstoffpartikel mit der Schwerkraft zum Boden der Gießform sinken, wodurch eine Anreicherung der Hartstoffpartikel der entsprechenden Reibfläche erfolgt.
-
Herkömmlicherweise werden Bremsscheiben, also Bremsscheibenreibring und -topf aus einem Aluminiummetallmatrix-Komposit einteilig in einer Form gegossen und mittels teurer und aufwändiger spanabhebender Bearbeitungsschritte nachbearbeitet, etwa gedreht und geschliffen. Hingegen ermöglicht die erfindungsgemäß durchgeführte Trennung der beiden Funktionsabschnitte des Bremsscheibenreibring und -topfes einfachere und kostengünstigere Herstellungs- und Bearbeitungsmaßnahmen: So können die Reibringhälften wie oben beschrieben wegen ihres einfachen und symmetrischen Aufbau auf die beschriebene Weise gefertigt werden, und es kann die getrennte Bearbeitung von Reibfläche und Fügefläche erfolgen, was sich im Prozess besser handhaben lässt, wenn die Komponenten nicht im Verbund mit den Bremsscheibentopf vorliegen.
-
Der Trägerkörper umfasst den Bremstopf, an den der Trägerring flanschartig angeschnitten ist und kann in einem einfachen Gussverfahren aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ohne Hartstoffpartikel gegossen werden, so dass dessen Nachbearbeitung auch wiederum vereinfacht wird. So können auch die zur Herstellung einer innen belüfteten Bremsscheibe vorgesehenen Kühlrippen und -kanäle in den gegossenen Trägerkörper einfach integriert werden.
-
Somit besteht die erfindungsgemäße Verbundbremsscheibe aus einem Metall, vorzugsweise aus einem Leichtmetall, etwa einem aus einer Aluminiumlegierung gegossenen Trägerkörper und den Reibringhälften aus dem Metall-Matrix-Verbundwerkstoff, der dem Reibring der Bremsscheibe die erforderlichen tribologischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften verleiht. Vorteilhaft können die Komponenten der erfindungsgemäßen Verbundbremsscheibe, respektive Reibringhälften und Trägerkörper, durch Schweißen ohne weiteren Zusatzwerkstoff miteinander verbunden werden, und der dadurch entstehende Verbund ist mit sehr hohen Drehmomenten beziehungsweise Bremsmomenten belastbar.
-
Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen von Ausführungsformen der Erfindung.
-
Dabei zeigen:
-
1 Eine perspektivische Seitenansicht der Verbundbremsscheibe als Explosionsansicht vor dem Schweißen,
-
2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Innen belüftenden Verbundbremsscheibe,
-
3 eine Draufsicht auf eine mittels Elektronenstrahl geschweißte Verbundbremsscheibe,
-
4a–d in schematischer Ansicht eine Ablauffolge beim Elektronen-Schweißprozess einer Anordnung des Trägerkörpers zwischen Reibringhälften,
-
5 einen Mehrfokus-Elektronenstrahl zur Verwendung in einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
-
6 eine Draufsicht auf Wärmefelder, Elektronenstrahlen und Schweißnaht eines Mehrfokus-Elektronenstrahls.
-
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundbremsscheibe werden, wie in 1 dargestellt, zwei Reibringhälften 3 beidseitig eines Trägerrings des Trägerkörpers 2 angeordnet. Die zum Verschweißen mit dem Trägerkörper 2 vorgesehenen Fügeflächen 3'' der Reibringhälften 3 können für den Schweißvorgang feingedreht bzw. geschliffen sein. Der Trägerkörper 2, der einstückig aus dem Bremsscheibentopf 2' und den daran flanschartig angeschnittenen Trägerring mit den Fügeflächen 2'' besteht, kann aus einer herkömmlichen hochfesten Aluminiumlegierung gegossen sein. Der Trägerring des Trägerkörpers kann dabei massiv gefertigt sein, er kann jedoch alternativ auch, wie in 2 angedeutet, Kühlrippen 4 und Kühlkanäle 4' aufweisen, die dann zwischen den beiden Fügeflächen 2'' des Trägerkörpers angeordnet sind, um so eine wie die in 2 dargestellte innen belüftete Verbundbremsscheibe 1 zu schaffen. Die Fügeflächen 2'' des Trägerkörpers 2 können ebenfalls für den Erhalt einer besseren Schweißqualität bearbeitet sein, so dass die gebildete Bremsscheibe erhöhten mechanischen und thermischen Beanspruchungen Stand hält.
-
Da der Trägerkörper 2 einstückig mit dem Bremsscheibentopf 2' ausgebildet ist, wird durch das Anschweißen der Reibringhälften 3 an den Trägerring des Trägerkörpers 2 schon die fertige Verbundbremsscheibe bereit gestellt, wie sie in 2 in der Ausführungsform mit Innenbelüftung dargestellt ist.
-
Zum Verschweißen kann erfindungsgemäß auf das Verfahren des Reibschweißens zurückgegriffen werden, bei dem die Fügeflächen 2'' des Trägerkörpers 2 vollflächig mit dem Fügeflächen 3'' der Reibringhälften 3 verschweißt werden. Dazu werden die jeweiligen Fügeflächen 2'', 3'' in einer dafür geeigneten Oberflächengüte mittels spanabhebender Bearbeitung bereit gestellt.
-
Um eine Reibschweißverbindung zwischen den Reibringhälften 3 und dem Trägerring des Trägerkörpers 2 herzustellen, sind in hohem Maße Reibungskräfte zur Bereitstellung der benötigten Wärme erforderlich; diese Kräfte entstehen in radialer, tangentialer und axialer Richtung, indem eine der Komponenten, entweder Trägerkörper 2 oder eine Reibringhälfte 3, stationär gehalten, während die entsprechend andere Komponente, also Reibringhälfte oder Trägerkörper, rotieren gelassen wird. Beiden Komponenten werden während des Rotierens mit ihren Fügeflächen 2'', 3'' aneinander gedrückt, indem entweder das rotierende oder stationär gehaltene Bauteil axial vorgeschoben wird. Die so erzeugte hohe Trockenreibung und die damit erzeugte sehr hohe Reibungswärme bewirkt einen Anstieg der Temperatur in den Bereichen der Fügeflächen, und zwar bis zu einer Fügetemperatur, die höher ist als die Rekristallisations-Temperatur des Metall-Matrix-Verbundwerkstoff des Reibrings als auch höher ist als die Schmelztemperatur der Aluminiumlegierung des Trägerkörpers. So wird während des Fügevorgangs mittels Reibschweißen in einem ersten Schritt eine Grenzflächenschicht, die eine sehr dünne Oxidschicht auf den Fügeflächen ist, durch den Abrieb zerstört und das darunter liegende Metall freigelegt.
-
Die infolge der Trockenreibung wirkenden tangentialen, axialen und radialen Kräfte bewirken nun bei Erreichen der Fügetemperatur einen superplastischen Zustand des Metalls an den Fügezonen, der einen optimalen metallischen Werkstofffluss zulässt. Dadurch entsteht eine Bindezone zwischen dem Trägerring des Trägerkörpers und dem Reibring, aus der anschließend die Schleißbrücken erzeugt werden. Ist der superplastische Zustand erreicht, wird die rotierende Komponente sehr schnell abgebremst und beide Komponenten werden mit einer höheren Einpresskraft zusammengedrückt. Die Metallatome beider Komponenten in der Bindezone und deren gegenseitige Anziehungskräfte bewirken die Ausbildung eines stabilen Atomgitters. Der so auf atomarer Ebene geschaffene stoffschlüssige Verbund erzeugt zwischen den Flächen des Trägerkörpers und der Reibringhälfte eine hochfeste Schweißnaht. Die so gefügten Verbindungen halten auch schwingenden Dauerbelastungen stand, das entstandene Gefüge ist poren- und kerbarm, hochfest und feinkörnig, so dass die durch das Reibschweißen fest miteinander gefügten Komponenten auch erhöhten mechanischen und thermischen Beanspruchungen zwischen dem Trägerkörper und den Reibringhälften Stand halten.
-
Auch die sich an die Fügeschicht anschließende Unterschicht bzw. Randschicht ist durch den Reibschweißvorgang gefestigt, wodurch die Dauerfestigkeit der Verbindung zusätzlich erhöht wird. Dies ist eine Folge der hohen Umformungsarbeit an den Fügeflächen beider Komponenten die quasi eine Verdichtung beider Werkstoffe in den neuen Randschichten bewirkt, die verbesserte Werkstoffeigenschaften aufweisen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet hohe Prozessgeschwindigkeiten und Fertigungssicherheiten, es ist relativ kostengünstig und durch Vermeidung von Abfallerzeugung und keine Zusatzwerkstoffverwendung auch umweltschonend.
-
Ein alternatives Schweißverfahren zum Schweißen der erfindungsgemäßen Verbundbremsscheibe aus den zwei Reibringhälften und einem Trägerkörper, der zur Bildung einer Innen belüfteten Bremsscheibe mit einer Hohlraumstruktur aus Kühlrippen und -kanälen ausgestatten ist, kann mittels eines Elektronen-Schweißverfahren durchgeführt werden. Dies ist ebenfalls prozesssicher und kostengünstig und kann mit kurzen Taktzeiten erfolgen.
-
Nachdem die Reibringhälften und der Trägerkörper an den Fügeflächen mit der entsprechend zum Ausführen eines Schweißvorgangs erzeugten Oberflächengüte bereit gestellt wurden, wird zur Schaffung einer innen belüfteten Bremsscheibe 1, wie sie in 2 dargestellt ist, das Elektronenschweißen an den Stellen durchgeführt, an denen sich die Kühlrippen 4 befinden. Dabei wird jeweils eine durchgehende Schweißnaht von einer Reibringhälfte 3 durch den Trägerring des Trägerkörpers 2 bis zur zweiten Reibringhälfte 3 erzeugt, wobei bei geeigneter Einwirkzeit des Elektronenstrahls auf die gewünschte Stelle eine perforierte Bremsscheibe erzeugt werden kann, wie sie in 3 in der Draufsicht dargestellt ist. Unter den in der Reibfläche 3' der oberen Reibringhälfte 3 zu sehenden Schweißstellen K folgen dem Verlauf der in der Draufsicht nicht zu sehende Kühlrippen des Trägerkörpers, von dem hier nur der Bremstopf 2' zu sehen ist. In Abhängigkeit der Verfahrensparameter beim Elektronenschweißen entsteht an den Schweißstellen K eine durchgängige Schweißnaht, oder, falls eine perforierte Bremsscheibe gewünscht ist, eine durchgehende Kapillare, beziehungsweise Durchtrittsöffnung.
-
Die Vorgänge beim Elektronenschweißen sind in 4a–4d verdeutlicht. Beim Auftreffen des scharf gebündelten und hoch beschleunigten Elektronenstrahls E auf die Anordnung auf dem zwischen den beiden Reibring 3 liegenden Trägerkörper 2 werden die Elektronen beim Auftreffen abgebremst, wodurch ihre kinetische Energie in Wärmeenergie an der Fügestelle umgewandelt wird. Die Eindringtiefe der Elektronen ist eine Funktion ihrer Geschwindigkeit, und damit letzt endlich der Beschleunigungsspannung, sowie der Dichte des beaufschlagten Materials. An der Stelle, an der der Elektronenstrahl E auf die erste Reibringhälfte 3 trifft, wird das Material innerhalb weniger Mikrosekunden aufgeschmolzen und teilweise verdampft, so dass sich eine Kapillare K zu bilden beginnt (siehe 4b). Das aufgeschmolzene Material verdampft zum Teil, so dass der entstehende Dampfdruck die Schmelze in Form von kleinen Tröpfchen verdrängt, was durch die fette Umrandung der Kapillare K angedeutet ist.
-
Nach geringer Einwirkzeit bewirkt der auftreffende Elektronenstrahl einen Durchtritt durch alle drei Schichten von Reibringen 3 und Trägerkörper 2, und zwar erfolgt dies an der Stelle, an der sich eine Kühlrippe 4 befindet. Wird der Elektronenstrahl unmittelbar nach erfolgter Durchdringung der Anordnung abgeschaltet, so bleibt, wie in 4c zu sehen, eine Kapillare bestehen. Lässt man den Elektronenstrahl weiter einwirken, so vergrößert sich eine am Rand der Kapillare K befindliche Schmelzzone, die nach dem Entfernen des Elektronenstrahls durch Einfließen in die Kapillare eine Schweißnaht, wie in 4d gezeigt, erzeugt. Bringt man nun den Elektronenstrahl relativ mit geeigneter Vorschubgeschwindigkeit zur Schweißanordnung, so wandern die Kapillare mit.
-
An ihrer Vorderseite werden die Materialen von Reibringen 3 und Trägerkörper 2 gleichzeitig über die gesamte Tiefe aufgeschmolzen, während an der Kapillarenrückseite das aufgeschmolzene Material wieder zusammenfließt, erstarrt und so die Schweißnaht S herstellt. Die Ausbildung der Schweißnähte mit der erforderlichen Präzision kann durch die von der Elektronenstrahlgeometrie abhängige kleine Fläche, die unter einem Quadratmillimeter liegen kann, erfüllt werden, in der die Energie an die Fügestelle übertragen wird. Ferner lässt sich durch diese hohe Leistungsdichte eine hohe Schweißgeschwindigkeit realisieren.
-
Der Elektronenstrahl kann linienförmig oder flächig einwirken, so dass es auch möglich ist, mehrere Wirkzonen in der Schweißnaht zu erzeugen. So können verschiedene Einwirkzonen mit unterschiedlichen Temperaturniveaus vorgesehen sein, was sich durch eine Einstellung der Strahlleistung der verschiedenen Elektronenstrahlen realisieren lässt. Vorteilhaft kann dadurch die Fügestelle mittels eines zusätzlichen Elektronenstrahls E1, wie in 5 dargestellt, vor dem Schweißen erwärmt werden, was durch die erwärmte Zone W symbolisiert wird. Der durch den Elektronenstrahl E0 durchgeführte Schweißvorgang an der Fügestelle S wird durch die vorerwärmte Zone W hinsichtlich der Geschwindigkeit und Sicherheit optimiert. So wird die gesamte Qualität der gebildeten Schweißnaht mit einem in 5 gezeigten Mehrspotelektronenstrahl verbessert, der vor der Schweißstelle S, die durch den Elektronenstrahl E0 bearbeitet wird, wobei das Vorwärmen mittels Elektronenstrahl E1 die Schweißgeschwindigkeit erhöht. Si wird der Schweißprozess für Großserie kostengünstig, während durch den Nachwärmeelektronenstrahl E2 eine Glättung der Oberfläche der Schweißnaht erreicht wird.
-
Neben einer vorrealisierten optimierten Elektronenschweißnaht besteht, wie in 6 symbolisiert, die Möglichkeit, einen Mehrfokus-Elektronenstrahl zu verwenden. Hierbei wird die Fokuslage des Elektronenstrahlkopfs hochfrequent nach Programmierung verändert, so dass eine anpassbare Regulierung der Elektronenstrahlleistung je nach der Zone realisierbar ist. Die Leistung des Elektronenstrahls E1 ist kleiner als die des zur Ausführung der Schweißnaht S vorgesehen Elektronenstrahls E0. Die so entstehende Schweißnaht S weist eine feinere Mikrostruktur als das ursprüngliche Material auf. Auch so kann die Materialumgebung der Schweißnaht S mittels der Wärmefelder W respektive der seitlichen Wärmefelder N vorgewärmt durch eine erste Position des Elektronenstrahls E1 mit verringerter Leistung und dann durch die Position des Elektronenstrahls E0 mit voller Leistung geschweißt werden, während die Wärmefelder W den Schweißvorgang erleichtern und im Nachwärmefeld die Schweißnaht glätten.
-
Auch mittels des Elektronenschweißverfahrens lässt sich die erfindungsgemäße Verbundbremsscheibe einfach, schnell und kostengünstig herstellen und kann bei Verwendung eines Roboters auch in Großserie automatisiert ablaufen. Auch hier ist kein zusätzliches Schweißmittel erforderlich und die Elektronenschweißnaht stellt ein poren- und kerbarmes sowie eine hochfeste stoffflüssige Verbindung bereit, was der Verbundbremsscheibe eine höhere Belastbarkeit sowie geringere Korrosionsanfälligkeit verleiht. Die so gebildeten Schweißnähte sind sowohl statisch als auch dynamisch hochfest. Das Elektronenschweißen ist mit nur geringen Energieverbrauch verbunden, und es entsteht während oder nach dem Schweißen nur ein geringer Verzug.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
