DE102010035646B3

DE102010035646B3 - Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe sowie Bremsscheibefür eine Scheibenbremse eines Kraftwagens

Info

Publication number: DE102010035646B3
Application number: DE201010035646
Authority: DE
Inventors: Oliver Lembach; Dr.-Ing. Mayer Ralph
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2030-08-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe (14) für eine Scheibenbremse (10) eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, bei welchem ein Bremsscheibentopf (16) und ein Reibring (18) der Bremsscheibe (14) hergestellt werden, wobei der Bremsscheibentopf (16) und der Reibring (18) einstückig durch Sprühkompaktieren hergestellt werden, wobei zumindest zwei Bereiche (16, 22, 24, 26, 32, 34) der Bremsscheibe (14) mit voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen durch das Sprühkompaktieren gebildet werden, sowie eine solche Bremsscheibe (14) für eine Scheibenbremse (10) eines Kraftwagens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 8 angegebenen Art.
Die DE 10 2008 024 754 A1 offenbart eine Bremsscheibe für einen Kraftwagen mit einem Reibring und einem Bremsscheibentopf, wobei an einem Innenumfang des Reibrings ein Vorsprung ausgebildet ist. An dem Vorsprung sind Noppen zur Vergrößerung der Oberfläche des Vorsprungs angeordnet.
Aus der DE 10 2005 015 552 B3 ist eine Bremsscheibe als bekannt zu entnehmen, welche einen Reibring umfasst, der über Befestigungselemente mit einem Bremsscheibentopf verbunden ist. Die Befestigungselemente nehmen den Reibring unter Bildung eines Ringspalts zum Bremsscheibentopf auf, wobei zwischen einem Außenumfang eines Befestigungsabschnitts des Bremsscheibentopfes und einem Innenumfang des Reibrings ein Ringspalt ausgebildet ist, der größer als eine maximale Änderung des Innenumfangs des Reibrings und des Außenumfangs des Befestigungsabschnittes ist, die zumindest durch thermische oder mechanische Belastungen gegeben ist.
Die Befestigungselemente sind als Gewindebolzen ausgebildet, die einen zylindrischen Abschnitt und einen Gewindeabschnitt aufweisen. Die Gewindebolzen sind in Durchgangsbohrungen des Bremsscheibentopfes von innen nach außen einsetzbar und in den Bremsscheibentopf derart einschraubbar, dass die zylindrischen Abschnitte der Gewindebolzen in Radialkraftrichtung über einen Außenumfang des Bremsscheibentopfes sich nach außen ragend erstrecken und in den Halteabschnitten des Reibringes mit Spiel behaftet geführt sind. Dabei sind die Gewindeabschnitte der Gewindebolzen in den Durchgangsbohrungen des Bremsscheibentopfes befestigt.
Die DE 198 30 666 A1 offenbart eine Bremsscheibe für Kraftfahrzeuge, welche einen Bremsscheibentopf und einen diesen koaxial bezüglich einer gemeinsamen Mittelachse umgebenden scheibenförmigen Reibring umfasst. Der Reibring ist in seinem Innenumfang mit einem Profil ausgebildet, welches eine komplementär geformte Wandung des Bremsscheibentopfes zur spielfreien Übertragung eines von den Reibring bezüglich der Mittelachse wirkenden Drehmoments auf den Bremsscheibentopf formschlüssig beaufschlagt.
Die DE 10 2009 008 105 A1 offenbart eine Bremsscheibe für ein Fahrzeug, umfassend einen Grundkörper aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Grauguss, welcher Reibflächen mit einer Beschichtung aus einem harten Material, wie Carbiden, Keramik, Cermet oder Metallen aufweist. Die Beschichtung kann mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Plasmaspritzen, Kaltgasspritzen oder Lichtbogendrahtspritzen aufgebracht werden.
Aus der DE 10 2008 053 637 A1 ist ein einen Reibring für eine Bremsscheibe bekannt, welcher zumindest bereichsweise eine Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung ein Dickenprofil mit unterschiedlichen Beschichtungsdicken besitzt. Die Beschichtung kann dabei durch ein thermisches Spritzverfahren oder Physical Vapor Deposition aufgebracht werden.
Die DE 103 06 919 A1 offenbart einen Verbundwerkstoff oder eine Verbundwerkstoffschicht aus intermetallischen Phasen und Keramik, die zumindest teilweise durch eine Hochtemperaturreaktion zwischen den metallischen und keramischen Komponenten von mindestens einem Compositedraht während der Abscheidung mittels eines Lichtbogendraht-Spritzverfahrens gebildet werden. Dabei wird ein Lichtbogendraht-Spritzverfahren mit mindestens einem Compositedraht aus metallischen und keramischen Komponenten angewendet, die zur chemischen Reaktion miteinander unter Bildung von intermetallischen Phasen und neuen Keramiken geeignet sind.
Aus der EP 0 933 551 A1 ist eine Bremsscheibe mit einem Hut aus einer Aluminium-Gusslegierung und einem Bremsring aus Stahlguss oder Gusseisen bekannt. auf. Der Hut ist unter Ausbildung eines radialen Abstandes zwischen Hut und Bremsring an am inneren Umfang des Bremsringes angeformte Taschen mit einem radial nach innen gerichteten, eine Taschenöffnung begrenzenden Taschenrand (26) angegossen. Der Taschenrand (26) ist vom Hut (12) umgossen und die Taschen (22) sind im wesentlichen mit der Aluminium-Gusslegierung gefüllt.
Die bekannten Bremsscheiben weisen weiteres Potential auf, ihre Funktionserfüllung weiter zu verbessern.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe sowie eine solche Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftwagens bereitzustellen, wobei die Funktionserfüllung der Bremsscheibe verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei einem solchen Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, werden ein Bremsscheibentopf und ein Reibring der Bremsscheibe hergestellt, wobei vorgesehen ist, dass der Bremsscheibentopf und der Reibring einstückig durch Sprühkompaktieren hergestellt werden, und wobei zumindest zwei Bereiche der Bremsscheibe mit voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen durch das Sprühkompaktieren gebildet werden.
Durch die Ausbildung der Bereich mit voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen können diese Bereiche voneinander unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere mechanische und/oder thermo-mechanische Eigenschaften, aufweisen. So können die einzelnen Bereiche der Bremsscheibe bedarfsgerecht ausgebildet und an während eines Betriebs der Bremsscheibe auftretende Belastungen, insbesondere thermische Belastungen, angepasst und diesbezüglich optimal ausgebildet werden.
Derart ausgebildet und an die auftretenden Belastungen angepasst verhalten sich die Bereiche der Bremsscheibe auf gewünschte und vorteilhafte Art und Weise, so dass die während des Betriebs der Bremsscheibe auftretenden Belastungen das Verhalten der Bremsscheibe zur Darstellung einer sehr guten und vorteilhaften Bremsleistung der Scheibenbremse nicht oder nur sehr gering negativ beeinflussen. Mit anderen Worten ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, die Bremsscheibe so herzustellen, dass eine von ihr bereitgestellte Bremsleistung auch bei sehr hohen mechanischen und insbesondere thermischen Belastungen nicht oder nur sehr wenig nachlässt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglich somit eine sehr gute und insbesondere zumindest nahezu annähernd gleichbleibend sehr gute Funktionserfüllung der Bremsscheibe, und das auch bei sehr hohen auftretenden Belastungen.
Ein Effekt, welcher das Bremsverhalten der Bremsscheibe während deren Betrieb verändern und die durch die Bremsscheibe bereitgestellte Bremsleistung negativ beeinträchtigen kann, falls keine anderweitigen Vorkehrungen getroffen sind, ist die sogenannte Schirmung. Dabei dehnt sich der Reibring infolge einer Erwärmung während des Betriebs der Bremsscheibe aus, wobei diese thermische Ausdehnung des Reibrings, insbesondere in radialer Richtung der Bremsscheibe, durch den mit dem Reibring verbundenen Bremsscheibentopf zumindest teilweise behindert ist. Infolge der Verbindung zwischen dem Reibring und dem Bremsscheibentopf führt die thermische Ausdehnung des Reibrings auch zu einer Ausdehnung des Bremsscheibentopfes zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung der Bremsscheibe, woraus die Schirmung des Bremsscheibentopfes bzw. der Bremsscheibe resultiert. Dies führt wiederum dazu, dass Reibflächen des Reibrings nicht mehr zumindest im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung der Bremsscheibe verlaufen und somit nicht mehr plan an korrespondierenden Reibflächen einer Bremszange oder einem Bremssattel der Scheibenbremse anliegen können, was die Bremsleistung der Scheibenbremse negativ beeinträchtigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nun die bedarfsgerechte und angepasste Ausbildung der entsprechenden Bereiche, wodurch insbesondere die Bremsleistung negativ beeinträchtigende Aspekte wie z. B. die Schirmung vermeidbar oder zumindest reduzierbar sind.
Ein weiterer Vorteil ist, dass bei dem Sprühkompaktieren entstehende und auftretende raue Oberflächen eine sehr gute Adhäsion aufweisen, die genutzt werden kann, um entsprechende Beschichtungen auf die Bremsscheibe aufzubringen. Diese Beschichtungen bzw. eine solche Beschichtung ist dann infolge der verbesserten Adhäsion besonders gut und langlebig mit der Bremsscheibe verbunden. Bei einer solchen Beschichtung handelt es sich beispielsweise um eine Verschleißschutzschicht, die insbesondere im Bereich der Reibflächen des Reibrings angeordnet sind oder die Reibflächen des Reibrings zumindest teilweise bilden.
Des Weiteren ermöglicht das erfindungsgemäß Verfahren die Vermeidung von aufwändigen Nacharbeitungen zum etwaigen Aufbringen von Beschichtungen wie beispielsweise einer Verschleißschutzschicht. Dies hält den Herstellungsaufwand und damit die Herstellungskosten zum Herstellen der Bremsscheibe gering. Dabei kann eine solche Verschleißschutzschicht vorteilhafterweise bereits durch das Sprühkompaktieren zum Herstellen der Bremsscheibe als wenigstens einer der Bereiche ausgebildet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bereiche mit voneinander unterschiedlichen Wärmemausdehnungskoeffizienten ausgebildet werden. Dadurch ist insbesondere das thermische Verhalten der Bremsscheibe bedarfsgerecht auszubilden und an die auftretenden Belastungen anzupassen, so dass Ausdehnungs- und oder Zusammenzieheffekte infolge von Temperaturänderungen der Bremsscheibe kompensierbar sind. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten führen somit zu einer besonders guten Funktionserfüllung der Bremsscheibe, so dass diese eine sehr gute und insbesondere gleichbleibend sehr gute Bremsleistung bereitstellt, um den Kraftwagen auch bei hohen Belastungen sicher und schnell abbremsen zu können.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Bereiche mit voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen, insbesondere voneinander unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, direkt aneinander angrenzend ausgebildet. Auf diese Art und Weise können die Bereiche und damit das Verhalten der Bremsscheibe besonders effizient an die auftretenden Belastungen angepasst werden. Dabei können sich die direkt aneinander angrenzenden Bereich sehr effizient gegenseitig beeinflussen, um somit ein negatives Verhalten der Bremsscheibe, welches mit einer negativen Beeinflussung der Bremsleistung einher gehen würde, zu vermeiden oder zumindest sehr gering zu halten.
Werden die Bereiche mit voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen sich in axialer Richtung der Bremsscheibe zumindest bereichsweise überdeckend und vorteilhafterweise direkt aneinander angrenzend ausgebildet, so birgt dies den Vorteil, dass dadurch das Verhalten der Bremsscheibe bei auftretenden Belastungen besonders vorteilhaft bedarfsgerecht einstellbar ist. Weisen die Bereiche voneinander unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so kann dadurch ein gewünschtes thermisches Verhalten der Bremsscheibe eingestellt werden, wobei sich beispielsweise einer der Bereich stärker ausdehnt als der andere Bereich. Dies ermöglicht es beispielsweise, einem anderweitigen Effekt, der zu einem unerwünschten thermischen Verhalten der Bremsscheibe führt, entgegen zu wirken. Bewirkt beispielsweise der unerwünschte Effekt eine Ausdehnung der Bremsscheibe während deren Betrieb in eine Richtung, so kann durch die entsprechende Anordnung und Ausbildung der Bereiche eine entsprechende Ausdehnung oder Bewegung der Bremsscheibe bei auftretenden Belastungen in eine dieser Richtung entgegen gesetzte Richtung bewirkt werden, so dass sich die entgegen gesetzten bzw. entgegen wirkenden Ausdehnungen und damit thermischen Verformungen gegenseitig zumindest im Wesentlichen ausgleichen.
Dieser Ausgleich von thermischen Verformungen ist insbesondere dann vorteilhafterweise gegeben, wenn durch die sich in axialer Richtung der Bremsscheibe zumindest bereichsweise überdeckend ausgebildeten Bereiche ein Übergangsbereich der Bremsscheibe ausgebildet wird, in welchem der Reibring in den Bremsscheibentopf übergeht. Dadurch kann der oben geschilderten Effekt der Schirmung der Bremsscheibe entgegen gewirkt werden.
Dehnt sich beispielsweise der Bremsscheibentopf unerwünschterweise während des Betriebs der Bremsscheibe in radialer Richtung aus, so kann durch die entsprechende Anordnung und Ausgestaltung der Bereiche dieser unerwünschten radialen Ausdehnung entgegen gewirkt werden, so dass die Schirmung nicht oder in nur sehr geringem Maße auftritt oder so dass trotz Auftreten der Schirmung die Reibfläche zumindest im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung der Bremsscheibe ausgerichtet bleiben und somit zumindest im Wesentlichen plan an korrespondierenden Reibflächen der Bremszange oder des Bremssattels anliegen können. Dadurch ist eine sehr gute und insbesondere gleichbleibend sehr gute Funktionserfüllung der Bremsscheibe dargestellt. Somit kann die Bremsscheibe auch bei sehr hohen auftretenden Belastungen, insbesondere thermischen Belastungen, eine sehr gute Bremsleistung bereitstellen.
Der geschilderten Schirmung kann insbesondere derart entgegen gewirkt werden, wenn der Übergangsbereich zumindest bereichsweise bogenförmig ausgebildet wird, wobei der Übergangsbereich vorteilhafterweise in axialer Richtung von dem Bremsscheibentopf weggewölbt ausgebildet wird. Weist dann der in axialer Richtung der Bremsscheibe außenseitige Bereich einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als der andere in axialer Richtung innenseitigen Bereich, so ist dadurch die Schirmung der Bremsscheibe zumindest im Wesentlichen kompensiert, die Reibflächen des Reibrings bleiben zumindest im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung der Bremsscheibe ausgerichtet und können auch bei sehr hohen thermischen Belastungen sehr gut mit den korrespondierenden Reibflächen der Bremszange oder des Bremssattels zusammenwirken. Somit weist die Bremsscheibe eine besonders gute und gleichbleibend gute Funktionserfüllung auf.
Die Bereiche mit den voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen werden beispielsweise auf derart ausgebildet, dass unterschiedliche Legierungselemente und/oder Legierungselemente in unterschiedlicher Konzentration belastungsgerecht in den jeweiligen Bereichen bei dem Sprühkompaktieren eingesetzt und beigesteuert werden. Die entsprechenden Werkstoffzusammensetzungen sind dann dementsprechend auszuwählen und an die entsprechenden Anforderungen anzupassen. So weisen beispielsweise die Reibflächen des Reibrings andere Anforderungen auf als der Übergangsbereich zwischen dem Bremsscheibentopf und dem Reibring.
Die unterschiedlichen Legierungselemente werden beispielsweise unter Verwendung mehrerer, voneinander unterschiedliche Sprüheinrichtungen zum Durchführen des Sprühkompaktierens beigesteuert und in den entsprechenden Bereichen ausgebildet, wobei eine Mehrzahl von voneinander unterschiedlichen Sprühköpfen eingesetzt wird oder eine Variation eines Legierungsinjektors durchgeführt wird.
Zur Darstellung eines Verschleißschutzes und damit eines sehr geringen Verschleißes der Bremsscheibe ist beispielsweise vorgesehen, dass zumindest einer der Bereiche als Reibschicht des Reibrings und aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung ausgebildet wird, wobei gleichzeitig sehr gute Zerspaneigenschaften infolge einer kleinen Ausprägung von Siliziumpartikeln realisiert wird. Dabei ist gegebenenfalls auch eine andere Zusammensetzung als in einem Grundkörper des Reibrings, auf welchen die Reibschicht aufgebracht wird, ausreichend ohne alternativ weitere Legierungselemente.
Ebenso vorteilhaft ist, wenn die Reibschicht aus einem harten Material ausgebildet wird und Hartstoffe aus Carbiden aufweist, wobei sie zumindest im Wesentlichen durch 65–85 Gewichtsprozent (Gew.-%). Wolframcarbid (WC), 7–12 Gew.-%, Kolbalt (CO), 3–5 Gew.-%, Chrom (Cr) 0,5–2 Gew.-%, Nickel (Ni), sowie Verunreinigungen, oder 75–85 Gew.-% WC, 7–12 Gew.-% Co, 3–5 Gew.-% Cr, 0,01–1 Gew.-% Ni sowie Verunreinigungen oder 65–85 Gew.-% WC, 15–30 Gew.-% Cr₃C₂, 5–12 Gew.-% Ni, sowie Verunreinigungen oder 70–74 Gew.-% WC, 18–22 Gew.-% Cr₃C₂, 5–8 Gew.-% Ni sowie Verunreinigungen gebildet wird.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Reibfläche aus einem harten Material, welches Oxidkeramik aufweist, ausgebildet wird, wobei die Reibfläche aus Titanoxid (TiO₂) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) gebildet wird mit einem Gehalt an 60–97 Gew.-% Al₂O₃ und 3–40 Gew.-% TiO₂.
Ebenso vorteilhaft ist es, die Reibfläche aus einem harten Material auszubilden, welches Oxidkeramik umfasst, wobei die Beschichtung aus einen Verbundwerkstoff aus Oxidkeramik und Metallmatrix im Verhältnis von 50 bis 80% zu 20–50% gebildet wird, und die Keramik durch Al₂O₃ und TiO₂ im Verhältnis von 60–90 Gew.-% zu 30–40 Gew.-% gebildet wird und die Metallmatrix aus Cr/Ni-Stahl gebildet wird.
Der Grundkörper des Reibrings kann dabei aus einer Aluminiumlegierung mit Verstärkungsmaterial, beispielsweise mit Aluminium-Silizium-Carbiden oder aus Stahl gebildet werden.
Der Vorteil des Sprühkompaktierens ist weiterhin, dass die Werkstoffzusammensetzung zwischen den Bereichen graduell, d. h. mit einem Gradienten (allmählich und kontinuierlich) verändert werden kann, so dass es nicht zu abrupten und stufenartigen Änderungen der Werkstoffzusammensetzung und damit des Verhaltens der Bremsscheibe kommt.
Um komplexe und bedarfsgerechte Konturen und Geometrien der Bremsscheibe herzustellen, ist es von Vorteil, wenn bei dem Sprühkompaktieren, bei welchem eine Schmelze zerstäubt und Tropfen auf einen Träger aufgebracht werden, die Tropfen auf eine Trennschicht aufgebracht werden, an welcher der Körper von einem jeweiligen Untergrund abgelöst wird.
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit einem Bremsscheibentopf und mit einem Reibring, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Bremsscheibentopf und der Reibring einstückig durch Sprühkompaktieren hergestellt sind, und wobei zumindest zwei Bereiche der Bremsscheibe mit voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen durch das Sprühkompaktieren gebildet sind. Dadurch kann ein unerwünschtes Verhalten der Bremsscheibe während des Betriebs und bei während dessen auftretenden Belastungen und Beanspruchungen kompensiert und entgegen gewirkt werden, so dass die auftretenden Belastungen die Funktionserfüllung und insbesondere die Bereitstellung einer gewünschten Bremsleistung zum Abbremsen des Kraftwagens nicht oder nur in sehr geringem Maße negativ beeinflussen. Mit anderen Worten weist die erfindungsgemäße Bremsscheibe eine sehr gute und insbesondere auch bei auftretenden, sehr hohen Belastungen gleichbleibend sehr gute Funktionserfüllung mit einer sehr guten Bremsleistung auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung und umgekehrt anzusehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in der Figur ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Personenkraftwagens, welche einen Bremsscheibentopf und einen einstückig mit dem Bremsscheibentopf ausgebildeten Reibring umfasst, welche durch Sprühkompaktieren hergestellt sind und welche Bereiche mit voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen aufweisen, die durch das Sprühkompaktieren gebildet sind.
Die Figur zeigt eine Scheibenbremse 10 eines Personenkraftwagens, welche einen Bremssattel 12 umfasst. Darüber hinaus umfasst die Scheibenbremse 10 eine Bremsscheibe 14 mit einem Bremsscheibentopf 16 und einen einstückig mit dem Bremsscheibentopf 16 ausgebildeten Reibring 18.
Zum Abbremsen des Personenkraftwagens weist der Bremssattel 12 Bremsbeläge 20 auf, welche mit Reibflächen 22 des Reibrings 18 zusammenwirken. Der Bremsscheibentopf 16 und der Reibring 18 sind einstückig durch Sprühkompaktieren hergestellt und über einen sogenannten Schwanenhals 24 als Übergangsbereich miteinander verbunden.
Die Reibflächen 22 weisen dabei eine andere Werkstoffzusammensetzung auf als ein einstückig mit den Reibflächen 22 ausgebildeter Grundkörper 26 des Reibrings 18. Der Schwanenhals 24 weist eine wiederum andere Werkstoffzusammensetzung auf als die Reibflächen 22 und der Grundkörper 26 sowie der Bremsscheibentopf 16.
Dies dient dazu, die Reibflächen 22 und den Schwanenhals 24 an unterschiedliche Anforderungen und an unterschiedliche, gegebenenfalls sehr hohe und während des Betriebs der Scheibenbremse 10 auftretende Belastungen anzupassen und diesen Belastungen bzw. aus den Belastungen resultierenden Effekten entgegenzuwirken.
Der Grundkörper 26 des Reibrings 18 ist beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung mit Verstärkungsmaterial ausgebildet, während die Reibflächen 22 beispielsweise aus einer Aluminium-Silizium-Legierung ausgebildet sind, um die Reibflächen 22 und damit den Reibring 18 vor einem unerwünscht hohen Verschleiß zu schützen. Damit weist der Reibring 18 eine besonders hohe Lebensdauer auf, wodurch die Bremsscheibe 14 über die gesamte Lebensdauer des Personenkraftwagens hinweg besonders selten ausgetauscht und erneuert werden muss.
Die Gestaltung des Schwanenhalses 24 ergibt sich insbesondere aus Anforderungen hinsichtlich der Festigkeit und Eigenfrequenzen. Insbesondere ist es wünschenswert, die sogenannte und aus einer Erwärmung der Bremsscheibe 14 während des Betriebs resultierende Schirmung der Bremsscheibe 14 bzw. des Bremsscheibentopfes 16 zu vermeiden bzw. sehr gering zu halten, so dass die Reibflächen 22 auch bei sehr hohen thermischen Belastungen weiterhin zumindest im Wesentlichen plan an den Bremsbelägen 20 des Bremssattels 12 anliegen, so dass die Bremsscheibe 14 auch bei sehr hohen Belastungen eine sehr gute Bremsleistung der Scheibenbremse 10 gewährleistet. Darüber hinaus sind auch Verformungen der Bremsscheibe 14 in axialer Richtung der Bremsscheibe 14 gemäß einem Richtungspfeil 28 sowie in radialer Richtung der Bremsscheibe 14 gemäß einem Richtungspfeil 30 zu beachten, wobei gegebenenfalls ein Zielkonflikt zwischen der Verformung in axialer und radialer Richtung sowie der Vermeidung der Schirmung vorliegen kann.
Durch Herstellung der Bremsscheibe 14 bzw. des Bremsscheibentopfes 16 und des Reibrings 18 durch Sprühkompaktieren ist es auf relativ einfache Art und Weise möglich, die unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen zu realisieren, so dass eine Art Sandwich-Struktur geschaffen ist. Das Sprühkompaktieren birgt den Vorteil eines besonders schnellen Erstarrens des zu verarbeitenden Werkstoffes, so dass mehr und/oder höher legierte Bestandteile gewählt werden können, als bei anderweitigen Verfahren. Dabei kann beispielsweise eine gezielte Erhöhung des Eisen- und/oder Siliziumgehalts den Wärmeausdehnungskoeffizienten stark absenken, so dass das Schirmungs- und Ausdehnungsverhalten unabhängig von den Eigenfrequenzen insbesondere im Bereich des Schwanenhalses 24 verändert werden kann.
Im Bereich des Schwanenhalses 24 ist beispielsweise ein in axialer Richtung der Bremsscheibe 14 gemäß dem Richtungspfeil 26 außenseitiger Bereich 32 gebildet, welcher einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als ein in axialer Richtung innenseitiger Bereich 34, wobei die Bereiche 32 und 34, wie der Figur zu entnehmen ist, in axialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 28 in gegenseitiger Überdeckung angeordnet sind und direkt aneinander angrenzen.
Führt die Schirmung beispielsweise zu einer Aufschirmung des Bremsscheibentopfes 16, wobei sich dieser axial ausdehnt, so führt dies dazu, dass die in axialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 28 außenseitige Reibfläche 22 nicht mehr zumindest im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung ausgerichtet ist, sondern sich zu dem Bremsscheibentopf 16 ausrichtet. Dieser Schirmung kann entgegengewirkt werden, da sich der Bereich 32 stärker ausdehnt als der Bereich 34 und somit der geschilderten Ausrichtung der außenseitigen Reibfläche und damit auch der nachteilbehafteten und damit einher gehenden Ausrichtung der inneren Reibfläche 22 entgegenwirkt, so dass diese auch bei Erwärmung des Reibrings 18 zumindest im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung ausgerichtet bleiben und plan an den Bremsbelägen 20 bei einer Bremsung anliegen können.
Die Werkstoffzusammensetzung des Schwanenhalses 24 bzw. der Bereiche 22 und 34 des Schwanenhalses 24 sind dabei derart zu wählen, dass die verträglich mit den Werkstoffzusammensetzungen angrenzender Bereich, insbesondere des Grundkörpers 26 und des Bremsscheibentopfes 16, sie aber gleichzeitig die voneinander unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (α) zur Kompensation der Schirmung aufweisen.
Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bereiche 32 und 34 sind dabei durch unterschiedliche Werkstoffzusammensetzungen gebildet, wobei es das Sprühkompaktieren erlaubt, einen kontinuierlichen Übergang zwischen den voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen auszubilden. Ebenso möglich ist, dass mehrere Werkstoffschichten gebildet werden, so dass ein zumindest im Wesentlichen stufenartiger Übergang der voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen gebildet ist.
Ein weiterer positiver Effekt stellt sich mit der höheren Festigkeit ein, da die Bremsscheibe 14 gegen abweichende Zuspannkräfte zwischen Bremssattelinnen- und Bremssattelaußenseite resistenter wird. Neben Eisen- oder Silizium führen beispielsweise Legierungselement wie Nickel, Kobalt und/oder Mangan als Legierungselemente zur Erzielung der geschilderten Eigenschaften und zur Einstellung, insbesondere zur Reduzierung, des Wärmeausdehnungskoeffizienten, um damit der Schirmung entgegen zu wirken.
Die Bremsscheibe 14 weist somit eine sehr gute und konstant bleibende Funktionserfüllung auf, da die Reibflächen 22 sowie der Schwanenhals 24 als auch der Grundkörper 26 und der Bremsscheibentopf 16 an die jeweiligen Anforderungen und an während des Betriebs der Scheibenbremse 10 auftretende Belastungen bedarfsgerecht auf relativ einfache Art und Weise durch das Sprühkompaktieren angepasst sind, indem sie jeweilige, voneinander unterschiedliche Werkstoffzusammensetzungen sowie damit einhergehende, gegebenenfalls unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Wie der Figur zu entnehmen ist, ist der Schwanenhals seinem Namen entsprechend bogenförmig ausgebildet und in axialer Richtung der Bremsscheibe 14 gemäß dem Richtungspfeil 28 von dem Bremsscheibentopf 16 weggewölbt. Auch diese Ausbildung des Schwanenhalses 54 trägt dazu bei, die Schirmung der Bremsscheibe 14 bzw. die aus der Schirmung resultierende, negative Effekte besonders gering zu halten, so dass die Bremsscheibe 14 eine besonders gute Funktionserfüllung aufweist und auch bei sehr hohen Belastungen beibehält.
Das Sprühkompaktieren erlaubt es, die Bereich bzw. Teilbereiche mit den voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen auf relativ einfache Art und Weise und beispielsweise nur lediglich durch Variation eines Legierungsinjektors oder durch wenigstens einen zusätzlichen Sprühkopf auszubilden, so dass zeit- und kostenintensive Nacharbeiten, beispielsweise um den Grundkörper 26 mit einer gesonderten Beschichtung zur Darstellung der Reibflächen 22 zu beschichten, nicht vonnöten sind. Somit weist die Bremsscheibe 14 auch einen geringen Herstellaufwand und damit geringe Herstellkosten auf.
Bezugszeichenliste

10: Scheibenbremse
12: Bremssattel
14: Bremsscheibe
16: Bremsscheibentopf
18: Reibring
20: Bremsbelag
22: Reibfläche
24: Schwanenhals
26: Grundkörper
28: Richtungspfeil
30: Richtungspfeil
32: Bereich
34: Bereich

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe (14) für eine Scheibenbremse (10) eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, bei welchem ein Bremsscheibentopf (16) und ein Reibring (18) der Bremsscheibe (14) hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf (16) und der Reibring (18) einstückig durch Sprühkompaktieren hergestellt werden, wobei zumindest zwei Bereiche (16, 22, 24, 26, 32, 34) der Bremsscheibe (14) mit voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen durch das Sprühkompaktieren gebildet werden und dass durch die Bereiche (16, 22, 24, 26, 32, 34) ein Übergangsbereich (24) der Bremsscheibe (14) ausgebildet wird, in welchem der Reibring (18) in den Bremsscheibentopf (16) übergeht, wobei die Bereiche (16, 22, 24, 26, 32, 34) sich in axialer Richtung (28) der Bremsscheibe (14) zumindest bereichsweise überdeckend ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (16, 22, 24, 26, 32, 34) mit voneinander unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (16, 22, 24, 26, 32, 34) mit voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen direkt aneinander angrenzend ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (24) zumindest bereichsweise bogenförmig ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der in axialer Richtung (28) der Bremsscheibe (14) außenseitige Bereich (32) einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als der andere, in axialer Richtung (28) innenseitige (34) Bereich.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Bereiche (16, 22, 24, 26, 32, 34) Nickel und/oder Kobalt und/oder Mangan als Legierungselement aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Bereiche (16, 22, 24, 26, 32, 34) als Reibschicht (22) des Reibrings (18) aus, oder zumindest im Wesentlichen durch – 65–85 Gew,-% WC, 7–12 Gew.-% Co, 3–5 Gew.-% Cr, 0,5–2% Ni, sowie Verunreinigungen, oder – 75–85 Gew.-% WC, 7–12Gew.-% Co, 3–5 Gew.-% Cr, 0,001–1 Gew.-% Ni, sowie Verunreinigungen, oder – 65–85 Gew.-% WC, 15–30 Gew.-% Cr₃C₂, 5–12 Gew.-% Ni, sowie Verunreinigungen, oder – 70–75 Gew.-% WC, 18–22 Gew.-% Cr₃C₂, 5–8 Gew.-% Ni sowie Verunreinigungen, oder – eine Aluminium-Silizium-Legierung gebildet wird.
Bremsscheibe (14) für eine Scheibenbremse (10) eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit einem Bremsscheibentopf (16) und mit einem Reibring (18), dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsscheibentopf (16) und der Reibring (18) einstückig durch Sprühkompaktieren hergestellt sind, wobei zumindest zwei Bereiche (16, 22, 24, 26, 32, 34) der Bremsscheibe (14) mit voneinander unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen durch das Sprühkompaktieren gebildet sind, wobei die Bereiche (16, 22, 24, 26, 32, 34) einen Übergangsbereich (24) der Bremsscheibe (14) ausbilden, in welchem der Reibring (18) in den Bremsscheibentopf (16) übergeht und die Bereiche (16, 22, 24, 26, 32, 34) sich in axialer Richtung (28) der Bremsscheibe (14) zumindest bereichsweise überdeckend ausgebildet sind.