DE102011012057B3

DE102011012057B3 - Bremsscheibe und Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer solchen

Info

Publication number: DE102011012057B3
Application number: DE201110012057
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Holder Jochen De; Holder Rainer De; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2031-02-19

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Bremsscheibe (12) angegeben, bei dem mindestens ein Fügespalt (22) an einer Fügeverbindung zwischen einem Bremsscheibenteil (12) und einer zentralen Aufnahme (14) mittels eines Imprägniermittels behandelt wird, das ein Lösungsmittel enthält, in dem aushärtbare Bestandteile auf Polysiloxanbasis enthalten sind, anschließend die Bremsscheibe (10) getrocknet und ausgehärtet wird (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe und ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Bremsscheibe, bei dem ein Fügespalt an einer Fügeverbindung zwischen einer Bremsscheibe und einer zentralen Aufnahme zur Verbindung mit einer Radnabe behandelt wird.
Im Zuge der Gewichtsersparnis und Kostenersparnis bei der Herstellung von Bremsscheiben gibt es Ansätze, um die Bremsscheibe abweichend von der bisherigen Herstellung aus einem Stück nunmehr aus zwei Teilen zusammenzusetzen, nämlich aus einem Bremsscheibenteil und aus einer zentralen Aufnahme zur Verbindung mit der Radnabe. Dabei soll das Bremsscheibenteil mit der zentralen Aufnahme über eine Fügeverbindung verbunden werden, wobei ein Fügespalt verbleibt.
Eine derartige Bremsscheibe und ein derartiges Verfahren sind beispielsweise aus der DE 10 2009 029 781 A1 bekannt.
Hiernach wird die Bremsscheibe mit einer zentralen Aufnahme aus einer Leichtmetalllegierung an Fügeflächen miteinander verbunden, wobei die zentrale Aufnahme mit der Bremsscheibe durch Schrumpfung und Klebung reibkraft- und stoffschlüssig mit einander verbunden wird. Hierbei besteht die zentrale Aufnahme aus einer Leichtmetalllegierung und die Bremsscheibe aus einem Material mit einem gegenüber der Leichtmetalllegierung geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Auf diese Weise kann eine mechanisch dauerhafte und sichere Verbindung zwischen Bremsscheibe und zentraler Aufnahme gewährleistet werden.
Aus der DE 10 2008 047 190 B4 sind eine ähnliche Bremsscheibe und ein ähnliches Verfahren zur Herstellung einer solchen bekannt. Hierbei besteht die Bremsscheibe aus einem Bremsscheibentopf aus einer Leichtmetalllegierung und aus einem Reibring aus Grauguss oder Stahl, wobei Bremsscheibentopf und Reibring zumindest bereichsweise über eine Klebeverbindung miteinander verbunden sind, wobei der Bremsscheibentopf ein eine äußere Mantelfläche umlaufendes Gewinde aufweist, welches mit einem korrespondierenden, eine innere Mantelfläche des Reibringes umlaufenden Gewinde verbindbar ist, und wobei sich Klebstoff auf den Flächen der Gewinde befindet und der Kleber auch in den Kanten der Klebeverbindung angeordnet ist.
Auch hierdurch wird eine dauerhafte Verbindung zwischen einem Bremsscheibentopf und einem Reibring gewährleistet.
Gleichwohl verbleibt in den vorstehend genannten Fällen trotz der Verwendung eines Klebstoffes ein gewisser Fügespalt zwischen dem Bremsscheibenteil und der zentralen Aufnahme, insbesondere an den Außenflächen zwischen dem Bremsscheibenteil und der zentralen Aufnahme, selbst wenn dieser Bereich teilweise von Klebstoff gefüllt sein sollte.
Dieser Fügespalt stellt im rauen Alltagsbetrieb eines Fahrzeugs, das mit derartigen Bremsscheiben ausgestaltet ist, ein erhebliches Korrosionsproblem dar. Dies ist umso mehr der Fall, als eine derartige Fügeverbindung zwischen einem Bremsscheibenteil und einer zentralen Aufnahme insbesondere bei schweren Fahrzeugen mit einem Gesamtgewicht von 2 t oder mehr sehr hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sein kann, die bis zu 400 oder 500°C betragen können. Ferner muss der Korrosionsschutz auch den erheblichen Torsionsbelastungen gewachsen sein, die über die Fügeverbindung zwischen dem Bremsscheibenteil und der zentralen Aufnahme übertragen werden.
Übliche Oberflächenbehandlungen sind im Ergebnis nicht den hohen Anforderungen an die thermische Beständigkeit und den zusätzlich auftretenden Torsionsbelastungen gewachsen.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Bremsscheibe anzugeben, mit dem ein Fügespalt an einer Fügeverbindung zwischen einer Bremsscheibe und einer zentralen Aufnahme derart oberflächenbehandelt wird, dass ein langzeitstabiler Schutz gegen Korrosion und das Eindringen von Fremdpartikeln in den Fügespalt unter allen Belastungsszenarien gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Bremsscheibe gelöst, bei dem ein Fügespalt an einer Fügeverbindung zwischen einem Bremsscheibenteil und einer zentralen Aufnahme zur Verbindung mit einer Radnabe mittels eines Imprägniermittels behandelt wird, das ein Lösungsmittel enthält, in dem aushärtbare Bestandteile auf Polysiloxanbasis enthalten sind, anschließend das Imprägniermittel getrocknet und ausgehärtet wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass es mit einem derartigen Imprägniermittel, in dem aushärtbare Bestandteile auf Polysiloxanbasis in einem Lösungsmittel enthalten sind, und bei dem nach dem Auftrag des Imprägniermittels eine Trocknung und Aushärtung erfolgt, ein langzeitstabiler Schutz gegen Korrosion und gegen das Eindringen von Fremdpartikeln in den Fügespalt gewährleistet wird.
Obwohl sich bei der Aushärtung eines derartigen Imprägniermittels, was vorzugsweise bei 200°C, und weiter bevorzugt etwa zwei Stunden bei 220°C, erfolgt, sich zunächst ein dauerelastisches Polymer ergibt, wurde festgestellt, dass dieses Imprägniermittel, das bei hohen Temperaturen von 400 bis 500°C eine glasartige Verhärtung erfährt, dennoch den stark wechselnden Torsionsbelastungen standhält, die im Bereich des Fügespaltes im Alltagsbetrieb auftreten können.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung enthält das Imprägniermittel zumindest Xylol, 2-Methoxy-1-methylethylacetat oder Methanol.
Hierbei kann das Imprägniermittel etwa bis zu 25 Vol.-% Xylol, höchstens 10 Vol.-% 2-Methoxy-1-methylethylacetat und höchstens 1 Vol.-% Methanol enthalten.
Ferner kann das Imprägniermittel mindestens 10 Vol.-% Xylol und mindestens 5 Vol.-% 2-Methoxy-1-methylethylacetat enthalten.
Ferner kann das Imprägniermittel vorzugsweise mindestens 10 Vol.-%, vorzugsweise mindestens 20 Vol.-%, an aushärtbaren Bestandteilen aufweisen.
Weiter bevorzugt wird als Imprägniermittel das von der Firma Praxair Surface Technologies, Indianapolis, USA, unter der Bezeichnung POWERSEAL 500 angebotene Imprägniermittel verwendet.
Es hat sich gezeigt, dass hiermit ein langzeitstabiler Schutz für den Fügespalt gewährleistet werden kann, der den hohen Temperaturbelastungen im Bereich von bis zu 500°C und gleichzeitigen Torsionsbeanspruchungen im rauen Alltagsbetrieb gewachsen ist.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die zentrale Aufnahme mit einer Zink-Nickel-Beschichtung beschichtet.
Ferner weist die Bremsscheibe an ihrer radialen Innenseite einen Fügebereich auf, der vorzugsweise vor dem Fügevorgang mit einer Zink-Nickel-Beschichtung beschichtet wird.
In beiden Fällen wird hierbei vorzugsweise nach der Zink-Nickel-Beschichtung ein Topcoat aufgetragen.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird das Imprägniermittel durch einen Tauch- oder Sprühschritt aufgetragen.
Bei einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe, die über eine Fügeverbindung mit einer zentralen Aufnahme verbunden ist, ist ein verbleibender Fügespalt durch ein Imprägniermittel auf Polysiloxanbasis verschlossen.
Hierbei umfasst die Fügeverbindung vorzugsweise eine formschlüssige Presspassung zwischen dem Fügebereich der Bremsscheibe und dem Fügebereich der zentralen Aufnahme.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe und
2 eine perspektivische Teilansicht der Bremsscheibe gemäß 1 im Bereich der Innenseite der zentralen Aufnahme.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Bremsscheibe perspektivisch dargestellt und insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Die Bremsscheibe 10 besteht aus einem Bremsscheibenteil 12, das zum Beispiel aus Schmiedestahl besteht und an dem die eigentliche Bremsfläche ausgebildet ist, die in der Bremse mit Bremsklötzen zusammenarbeitet. Das Bremsscheibenteil 12 ist mit einer zentralen Aufnahme 14, die etwa kegelstumpfförmig ausgebildet ist, über einen Fügebereich 16 verbunden. Die zentrale Aufnahme 14 besteht beispielsweise aus Stahlblech. Durch den zweiteiligen Aufbau der Bremsscheibe 10 ergibt sich eine besonders leichte Bauweise. Die Verbindung der zentralen Aufnahme 14 mit dem Bremsscheibenteil 12 erfolgt im vorliegenden Fall über eine Presspassung am Fügebereich 16. Der Fügebereich 16 weist hierzu entlang seines Umfangs eine Mehrzahl von Vorsprüngen 18 auf, die sich mit Vertiefungen 20 abwechseln, so dass sich eine Verzahnungsstruktur entlang des Umfangs des Fügebereichs 16 ergibt. Durch die verwendete Presspassung am Fügebereich 16 ist eine dauerhafte und sichere Verbindung zwischen der zentralen Aufnahme 14 und dem Bremsscheibenteil 12 verwirklicht. Nach Herstellung der Presspassung zur Verbindung der beiden Teile 12, 14 verbleibt ein Fügespalt 22 an der Außenseite bzw. ein entsprechender Fügespalt 24 an der Innenseite gemäß 2.
Diese Fügespalte 22, 25 sind erfindungsgemäß mittels eines speziellen Imprägniermittels verschlossen.
Vor der Herstellung der Fügeverbindung werden das Bremsscheibenteil 12 als auch die zentrale Aufnahme 14 mit einer Zink-Nickel-Beschichtung in einem Zink-Nickel-Bad galvanisch beschichtet (außer im Bereich der eigentlichen Bremsfläche des Bremsscheibenteils 12). Auf die Zink-Nickel-Beschichtung wird anschließend noch ein Topcoat aufgetragen. Danach erfolgt die Herstellung der Presspassung zur Verbindung des Bremsscheibenteils 12 mit der zentralen Aufnahme 14.
Die im Fügebereich 16 verbleibenden Fügespalte 22, 24 werden anschließend mit einem Imprägniermittel auf Polysiloxanbasis verschlossen, das durch eine Sprühbeschichtung aufgetragen wird.
Nach der Auftragung erfolgt zunächst eine Trocknung bei Zimmertemperatur über eine Zeitdauer von 10 Minuten???. Anschließend wird die komplette Bremsscheibe in einem Ofen etwa 2 Stunden bei 220°C getrocknet, um das Imprägniermittel auszuhärten. Vorzugsweise wird das Imprägniermittel POWERSEAL 500 verwendet, das von der Firma Praxair Surface Technologies, Indianapolis, USA angeboten wird.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass dieses Imprägniermittel bei Temperaturen zwischen 300 und 500°C zu einer glasartigen Verhärtung führt, die trotz der Torsionswechselbeanspruchung bei Benutzung der Bremsscheibe eine dauerhafte Versiegelung des Fügespalts und einen sicheren Korrosionsschutz langzeitstabil gewährleistet. Die Versiegelung ist bei den hohen Temperaturen, die im Betrieb der Bremsscheibe insbesondere bei schweren Pkws bis zu etwa 500°C erreichen können, dauerhaft gewährleistet.

Claims

Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Bremsscheibe (12), bei dem mindestens ein Fügespalt (22, 24) an einer Fügeverbindung zwischen einem Bremsscheibenteil (12) und einer zentralen Aufnahme (14) zur Verbindung mit einer Radnabe mittels eines Imprägniermittels behandelt wird, das ein Lösungsmittel enthält, in dem aushärtbare Bestandteile auf Polysiloxanbasis enthalten sind, anschließend das Imprägniermittel getrocknet und ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Imprägniermittel zunächst an Luft getrocknet und anschließend bei mindestens 200°C ausgehärtet wird, vorzugsweise etwa 2 Stunden bei 220°C.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Imprägniermittel zumindest Xylol, 2-Methoxy-1-methylethylacetat oder Methanol enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Imprägniermittel höchstens 25 Vol.-% Xylol, höchstens 10 Vol.-% 2-Methoxy-1-methylethylacetat und höchstens 1 Vol.-% Methanol enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Imprägniermittel mindestens 10 Vol.-% Xylol und mindestens 5 Vol.-% 2-Methoxy-1-methylethylacetat enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Imprägniermittel mindestens 10 Vol.-%, vorzugsweise mindestens 20 Vol.-% an aushärtbaren Bestandteilen aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zentrale Aufnahme (14) mit einer Zink-Nickel-Beschichtung beschichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bremsscheibenteil (12) an seiner radialen Innenseite einen Fügebereich (16) aufweist, der vor dem Fügevorgang mit einer Zink-Nickel-Beschichtung beschichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Imprägniermittel durch einen Tauch- oder Sprühschritt aufgetragen wird.
Bremsscheibe mit einem Bremsscheibenteil (12), das über eine Fügeverbindung mit einer zentralen Aufnahme (14) verbunden ist, wobei mindestens ein verbleibender Fügespalt (22, 24) durch ein Imprägniermittel auf Polysiloxanbasis verschlossen ist.