DE102011089829A1 - Verfahren zu einer Oberflächenbehandlung einer Bremsscheibe und oberflächenbehandelte Bremsscheibe - Google Patents

Verfahren zu einer Oberflächenbehandlung einer Bremsscheibe und oberflächenbehandelte Bremsscheibe Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe (1) aus Grauguss, die eine verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung (5) ihrer Reibflächen (4) aufweist. Die Erfindung schlägt eine thermische Diffusionsbehandlung der Bremsscheibe (1) beispielsweise durch Nitrieren, insbesondere Plasmanitrieren, vor einem Aufbringen der Oberflächenbeschichtung (5) vor. Die Diffusionsbehandlung erhöht einen Elastizitätsmodul der Bremsscheibe (1), so dass ein Unterschied zu einem höheren Elastizitätsmodul der Oberflächenbeschichtung (5) kleiner wird. Mechanische Spannungen zwischen der Oberflächenbeschichtung (5) und der Bremsscheibe (1) durch thermomechanische Beanspruchung beim Bremsen sind verkleinert, wodurch die Gefahr einer Schädigung der Oberflächenbeschichtung (5) beispielsweise durch Rissbildung verringert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu einer Oberflächenbehandlung einer Reibfläche einer metallenen Bremsscheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine metallene Bremsscheibe, deren Reibfläche mit dem Verfahren oberflächenbehandelt ist mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 5.
  • Stand der Technik
  • Bremsscheiben aus Metall, insbesondere aus Stahl oder aus Grauguss, d.h. aus Gusseisen, sind bekannt. Auch sind Oberflächenbeschichtungen zur Erhöhung einer Verschleißfestigkeit, Verbesserung einer Korrosionsbeständigkeit und/oder Verbesserung von Bremseigenschaften von Bremsscheiben bekannt. Beispielsweise werden Chrom- und/oder Wolframkarbide thermisch beispielsweise durch Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen aufgetragen. Die Bremsscheibe kann insgesamt oberflächenbeschichtet sein, allerdings genügt eine Oberflächenbeschichtung von Reibflächen der Bremsscheibe. Die Reibflächen sind kreislochscheibenförmige Oberflächen, gegen die beim und zum Bremsen Reibbremsbeläge einer Scheibenbremse gedrückt werden. Wegen unterschiedlicher Elastizitätsmodule, typischerweise weist die Oberflächenbeschichtung einen höheren Elastizitätsmodul als die Bremsscheibe auf, jedenfalls wenn die Bremsscheibe aus Grauguss besteht, entstehen durch thermomechanische Beanspruchung beim Bremsen hohe mechanische Spannungen zwischen der Bremsscheibe und der Oberflächenbeschichtung, die zu einer Schädigung der Oberflächenbeschichtung beispielsweise durch Rissbildung führen können. Durch selbst feinste Risse in der Oberflächenbeschichtung können korrosive Medien, beispielsweise salziges Spritzwasser im Winter, eindringen, die Oberflächenbeschichtung unterwandern und von der Bremsscheibe lösen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sieht eine Diffusionsbehandlung der Oberfläche der Reibflächen einer Bremsscheibe vor einem Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung vor. Es kann die Bremsscheibe insgesamt diffusionsbehandelt werden, es genügt eine Diffusionsbehandlung der Oberfläche der Reibflächen oder der Oberflächen, der Bremsscheibe, die die Oberflächenbeschichtung erhalten. Die Oberfläche der Reibflächen werden beispielsweise nitriert, karbonitriert oder boriert (Anspruch 2), wobei andere Diffusionsbehandlungsverfahren nicht ausgeschlossen sind. Die Diffusionsbehandlung dient dem Ziel, einen Elastizitätsmodul und/oder Korrosionsbeständigkeit der Bremsscheibe zumindest im Bereich der Reibflächen oder dem Bereich/den Bereichen, die eine Oberflächenbeschichtung erhalten, zu erhöhen. Die Erhöhung des Elastizitätsmoduls an den Reibflächen der Bremsscheibe verringert mechanische Spannungen zwischen der Oberflächenbeschichtung und der Bremsscheibe bei thermomechanischer Beanspruchung, also beim Bremsen, weil die Elastizitätsmodule der Bremsscheibe und der Oberflächenbeschichtung weniger voneinander abweichen. Die Gefahr einer Schädigung der Oberflächenbeschichtung der Bremsscheibe wird verringert. Eine Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit der Bremsscheibe zumindest an den Reibflächen durch die erfindungsgemäße Diffusionsbehandlung wirkt einer Korrosion der Bremsscheibe unter der Oberflächenbeschichtung entgegen, wenn die Oberflächenbeschichtung eine Schädigung aufweist, unabhängig davon, ob die Oberflächenbeschichtung beim Bremsen geschädigt wird oder durch eine fehlerhafte Aufbringung bereits von Anfang an eine Schädigung aufweist. Die Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit wirkt einem Ablösen der Oberflächenbeschichtung durch Unterwanderung von Korrosion entgegen.
  • Vorzugsweise erfolgt die Diffusionsbehandlung durch Plasmanitrieren der Oberfläche der Reibflächen der Bremsscheibe (Anspruch 3).
  • Die Erfindung ist grundsätzlich für metallene Bremsscheiben verwendbar, also beispielsweise für Bremsscheiben aus Stahl oder aus Grauguss. Anspruch 4 sieht eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für Bremsscheiben aus Grauguss vor, weil Grauguss eine geringere Verschleißbeständigkeit als beispielsweise Stahl aufweist, weswegen hier eine die Verschleißfestigkeit erhöhende Oberflächenbeschichtung besonders vorteilhaft ist. Außerdem ist Grauguss korrosionsanfälliger als Stahl und sein Elastizitätsmodul niedriger, d.h. ein Unterschied zum Elastizitätsmodul typischer Oberflächenbeschichtungen ist bei Grauguss größer als bei Stahl. Deswegen sind mechanische Spannungen zwischen der Oberflächenbeschichtung und der Bremsscheibe infolge thermomechanischer Beanspruchungen beim Bremsen bei einer oberflächenbeschichteten Bremsscheibe aus Grauguss höher als bei einer Bremsscheibe aus Stahl.
  • Gegenstand des Anspruchs 7 ist eine metallene Bremsscheibe aus insbesondere Grauguss, die gemäß dem vorstehend erläuterten Verfahren diffusionsbehandelt ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Bremsscheibe in perspektivischer Darstellung.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • Die in der Zeichnung dargestellte Bremsscheibe 1 gemäß der Erfindung weist einen kreislochscheibenförmigen Bremsring 2 und eine mit dem Bremsring 2 einstückige, konzentrische, topfförmige Nabe 3 auf. Kreislochscheibenförmige Stirnflächen des Bremsrings 2 bilden Reibflächen 4, gegen die beim und zum Bremsen nicht dargestellte Reibbremsbeläge einer nicht dargestellten Scheibenbremse drücken. Der Bremsring 2 mit den Reibflächen 4 kann als die eigentliche Bremsscheibe aufgefasst werden.
  • Die Bremsscheibe 1 besteht aus Grauguss, d.h. aus Gusseisen mit Lamellengraphit, und weist eine Oberflächenbeschichtung 5 auf, die eine Verschleißfestigkeit und eine Korrosionsbeständigkeit erhöht und Bremseigenschaften verbessert. Die Oberflächenbeschichtung 5 ist thermisch aufgetragen beispielsweise durch Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen. Sie enthält Karbide, beispielsweise metallartige Karbide mit einem Metall aus der Chromgruppe, beispielsweise also Chromkarbid und/oder Wolframkarbid, die in eine metallische Matrix aus beispielsweise Nickel oder Kobalt eingelagert sind.
  • Die Oberflächenbeschichtung 5 weist einen größeren Elastizitätsmodul als die Bremsscheibe 1 auf, die aus Grauguss besteht. Bei einer thermomechanischen Beanspruchung der Bremsscheibe 1 beim Bremsen entstehen deswegen hohe mechanische Spannungen zwischen der Oberflächenbeschichtung 5 der Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1 und der Bremsscheibe 1. Um die Spannungen zu verringern, ist vor dem Aufbringen der Oberflächenbeschichtung 5 eine Diffusionsbehandlung der Bremsscheibe 1 insgesamt oder zumindest im Bereich der Oberflächen der Reibflächen 4 erfolgt, also eine Diffusionsbehandlung zumindest der Oberflächen der Bremsscheibe 1, die nach der Diffusionsbehandlung die Oberflächenbeschichtung 5 erhalten. Die Bremsscheibe 1 oder zumindest ihre Reibflächen 4 sind beispielsweise nitriert, karbonitriert oder boriert, im Ausführungsbeispiel sind sie plasmanitriert. Es sind auch andere Diffusionsbehandlungen denkbar. Eine Diffusionsschicht weist eine Dicke von beispielsweise 2 bis 15 Mikrometer, vorzugsweise von 4 bis 8 Mikrometer auf, und erfolgt wie bereits beschrieben beispielsweise durch Plasmanitrieren bei Temperaturen beispielsweise zwischen 400 und 600 Grad Celsius, vorzugsweise zwischen 525 und 575 Grad Celsius bei einer Dauer von beispielsweise zwischen 12 und 24 Stunden, insbesondere zwischen 18 und 20 Stunden.
  • Durch die Diffusionsbehandlung, beispielsweise durch Nitrieren, Karbonitrieren oder Borieren, im Ausführungsbeispiel durch Plasmanitrieren, erhöht sich der Elastizitätsmodul des Grauguss der Bremsscheibe 1 an den behandelten Oberflächen. Der Unterschied des Elastizitätsmodul der Bremsscheibe 1 und ihrer Oberflächenbeschichtung 5 ist dadurch verringert, wodurch mechanische Spannungen zwischen der Oberflächenbeschichtung 5 und der Bremsscheibe 1 bei einer thermomechanischen Beanspruchung durch Bremsen verkleinert sind. Die Gefahr einer Schädigung der Oberflächenbeschichtung 5 beispielsweise durch Rissbildung ist verringert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist eine Erhöhung einer Korrosionsbeständigkeit der diffusionsbehandelten Oberflächen der Bremsscheibe 1, was einer Unterwanderung der Oberflächenbeschichtung 5 durch Korrosion entgegenwirkt, wenn die Oberflächenbeschichtung 5 Schädigungen wie beispielsweise Risse aufweist oder von Rändern der Oberflächenbeschichtung 5 her. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Diffusionsbehandlung der Bremsscheibe 1 ist eine Verbesserung einer Haftung der Oberflächenbeschichtung 5 auf der Bremsscheibe 1.

Claims (7)

  1. Verfahren zu einer Oberflächenbehandlung einer Reibfläche (4) einer metallenen Bremsscheibe (1), deren Reibfläche (4) eine Oberflächenbeschichtung (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Aufbringen der Oberflächenbeschichtung (5) eine Diffusionsbehandlung der Oberfläche der Reibfläche (4) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Reibfläche (4) nitriert, karbonitriert oder boriert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Reibfläche (4) plasmanitriert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (1) aus Grauguss besteht.
  5. Metallene Bremsscheibe (1) mit einer Oberflächenbeschichtung (5) einer Reibfläche (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (4) der Bremsscheibe (1) eine diffusionsbehandelte Oberfläche unter der Oberflächenbeschichtung (5) aufweist.
  6. Metallene Bremsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Reibfläche (4) der Bremsscheibe (1) unter der Oberflächenbeschichtung (5) nitriert, karbonitriert oder boriert ist.
  7. Metallene Bremsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (1) aus Grauguss besteht.
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