DE102011089848A1 - Surface processing a friction surface of a metallic brake disc, which has a surface coating, comprises generating compressive residual stresses in the friction surface and/or smoothening the friction surface before applying surface coating - Google Patents

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Abstract

Surface processing a friction surface (4) of a metallic brake disc (1), which has a surface coating (5), comprises generating compressive residual stresses in one surface of the friction surface and/or smoothening the surface of the friction surface before applying the surface coating. An independent claim is also included for the metallic brake disc with the friction surface having the surface coating, where the friction surface of the brake disc exhibits compressive residual stresses at their surface.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung einer Reibfläche einer metallischen Bremsscheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine mit dem Verfahren hergestellte metallische Bremsscheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10. The invention relates to a method for surface treatment of a friction surface of a metallic brake disc having the features of the preamble of claim 1 and a metallic brake disc produced by the method with the features of the preamble of claim 10.

Stand der TechnikState of the art

Metallische Bremsscheiben für Scheibenbremsen von Kraftfahrzeugen sind bekannt. Sie weisen ring- bzw. kreislochscheibenförmige Reibflächen auf, gegen die beim und zum Bremsen Reibbremsbeläge gedrückt werden. Metallic brake discs for disc brakes of motor vehicles are known. They have annular or circular disk-shaped friction surfaces against which friction brake linings are pressed during braking and braking.

Auch ist es bekannt, die Reibflächen von Bremsscheiben mit einer verschleißmindernden-, eine Korrosionsbeständigkeit erhöhenden und/oder Bremseigenschaften verbessernden Oberflächenbeschichtung zu versehen. Zur Vorbereitung für die Beschichtung können die Oberflächen mit einem abrasiven Strahlmittel gestrahlt werden, um die Oberflächen zu reinigen, Korrosion zu entfernen und/oder die Oberflächen aufzurauhen, um die Haftung der anschließend aufgebrachten Oberflächenbeschichtung zu verbessern. Die Aufrauhung der Oberfläche bewirkt oder erhöht die Gefahr von Spannungsrissen. It is also known to provide the friction surfaces of brake disks with a wear-reducing, corrosion-resistance-increasing and / or braking-improving surface coating. In preparation for the coating, the surfaces may be blasted with an abrasive blast to clean the surfaces, remove corrosion, and / or roughen the surfaces to improve adhesion of the subsequently applied surface coating. The roughening of the surface causes or increases the risk of stress cracks.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sieht vor, Druckeigenspannungen in einer Oberfläche der Reibfläche der Bremsscheibe zu erzeugen, bevor die Oberflächenbeschichtung aufgebracht wird. In einer Oberfläche meint einen an der Oberfläche der Reibfläche der Bremsscheibe beginnenden Bereich von beispielsweise bis zu einigen 1/10 mm. Die Druckeigenspannungen erhöhen eine Dauerfestigkeit der Bremsscheibe im Bereich der Reibflächen, eine Rissbildung wird vermieden, zumindest wird die Gefahr einer Rissbildung stark herabgesetzt, und eine Korrosionsermüdung wird vermieden, d. h. eine Korrosionsbeständigkeit erhöht. The inventive method with the features of claim 1 provides to generate residual compressive stresses in a surface of the friction surface of the brake disc before the surface coating is applied. In a surface means a beginning on the surface of the friction surface of the brake disc range, for example, up to a few 1/10 mm. The residual compressive stresses increase the fatigue strength of the brake disc in the region of the friction surfaces, cracking is avoided, at least the risk of cracking is greatly reduced, and corrosion fatigue is avoided, i. H. increases corrosion resistance.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand. The dependent claims have advantageous refinements and developments of the invention specified in claim 1 to the subject.

Anspruch 2 sieht ein Druckumformen der Oberfläche der Reibfläche vor, also eine mechanische Bearbeitung, die Druckeigenspannungen in der Oberfläche der Reibfläche erzeugt. Beispiele solcher Oberflächenbearbeitungsverfahren sind Rollieren und Kugelstrahlen. Die Oberfläche wird plastisch verformt, ein Werkstoff der Bremsscheibe wird senkrecht zur Oberfläche gestaucht, wodurch die gewünschten Druckeigenspannungen sowohl senkrecht als auch parallel zur Oberfläche entstehen. Ein weiterer Vorteil des Druckumformens ist eine Verringerung einer Oberflächenrauhigkeit und das Schließen von Kerben, was die Gefahr einer Rissbildung verringert. Claim 2 provides a pressure forming of the surface of the friction surface, that is, a mechanical processing that generates residual compressive stresses in the surface of the friction surface. Examples of such surface treatment methods are roller burnishing and shot peening. The surface is plastically deformed, a material of the brake disc is compressed perpendicular to the surface, whereby the desired compressive residual stresses arise both perpendicular and parallel to the surface. Another advantage of pressure forming is a reduction in surface roughness and notching, which reduces the risk of cracking.

Eine mechanische Druckumformung der Oberfläche der Reibfläche bietet die Möglichkeit, die Oberfläche zu strukturieren. Durch Eindrücken einer Kugel lassen sich beispielweise kalottenförmige Vertiefungen in der Oberfläche der Reibfläche gleich- oder ungleichmäßig über die Fläche verteilt anbringen („Golfballdesign“). Ebenfalls durch Wälzen einer Kugel über die Oberläche der Reibfläche der Bremsscheibe lassen sich Rillen mit rundem Querschnitt, mit einer Rolle Rillen mit eckigem Querschnitt in die Reibfläche der Bremsscheibe formen. Die Aufzählung ist beispielhaft und nicht abschließend. Weil die Oberfläche der Reibfläche vor dem Aufbringen der Oberflächenbeschichtung druckumgeformt wird, wird die Oberflächenbeschichtung durch das Druckumformen nicht beschädigt. Das Formen von Vertiefungen in die Oberfläche der Reibfläche der Bremsscheibe ermöglicht es, der Bremsscheibe ein Aussehen zu geben, das sie von optisch von üblichen Bremsscheiben abhebt. Das Formen von Vertiefungen in die Oberfläche der Reibfläche der Bremsscheibe ist Gegenstand des Anspruchs 4.A mechanical pressure forming of the surface of the friction surface offers the possibility to structure the surface. By impressing a ball can be, for example, dome-shaped depressions in the surface of the friction uniform or unevenly distributed over the surface attach ("golf ball design"). Also by rolling a ball over the surface of the friction surface of the brake disc can be grooves with a round cross section, with a roller grooves with polygonal cross section in the friction surface of the brake disc form. The list is exemplary and not exhaustive. Because the surface of the friction surface is pressure-formed prior to the application of the surface coating, the surface coating is not damaged by the pressure forming. The forming of depressions in the surface of the friction surface of the brake disc makes it possible to give the brake disc an appearance that makes it stand out from the usual brake discs. The forming of depressions in the surface of the friction surface of the brake disc is the subject of claim 4.

Anspruch 5 sieht eine Laserbearbeitung der Oberfläche der Reibfläche der Bremsscheibe vor dem Aufbringen der Oberflächenbeschichtung vor. Die Oberfläche der Reibfläche wird dabei angeschmolzen, es kann Werkstoff von der Oberfläche der Bremsscheibe verdampfen. Dadurch wird die Oberfläche geglättet und etwaige Kerben werden geschlossen, was die Gefahr einer Rissbildung verringert. Zugleich wird die Oberfläche gereinigt, Korrosion wird entfernt. Die Laserbearbeitung erzeugt die gewünschten Druckeigenspannungen in der Oberfläche der Reibfläche der Bremsscheibe. Claim 5 provides a laser machining of the surface of the friction surface of the brake disc before applying the surface coating. The surface of the friction surface is melted, it can evaporate material from the surface of the brake disc. This will smooth the surface and close any notches, reducing the risk of cracking. At the same time the surface is cleaned, corrosion is removed. The laser processing generates the desired residual compressive stresses in the surface of the friction surface of the brake disc.

Die Erfindung ist insbesondere für Graugussbremsscheiben vorgesehen, d. h. für Bremsscheiben aus Gusseisen (Anspruch 7), wobei andere metallische Werkstoffe, beispielsweise Stahl, nicht ausgeschlossen sind. The invention is particularly intended for gray cast iron brake discs, d. H. for brake discs made of cast iron (claim 7), wherein other metallic materials, such as steel, are not excluded.

Nach dem Erzeugen der Druckeigenspannungen in der Oberfläche der Reibfläche sieht Anspruch 8 eine thermische Beschichtung, beispielsweise durch Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen, vor. After generating the residual compressive stresses in the surface of the friction surface, claim 8 provides a thermal coating, for example by flame spraying or arc spraying before.

Zur Vorbereitung der Oberfläche der Reibfläche der Bremsscheibe für die Oberflächenbeschichtung kann die Reibfläche mit einem abrasiven Strahlmittel gestrahlt werden und anschließend die Druckeigenspannungen in der Oberfläche der Reibfläche erzeugt werden. Dies ist Gegenstand des Anspruchs 9. To prepare the surface of the friction surface of the brake disk for the surface coating, the friction surface can be blasted with an abrasive blasting abrasive and then the compressive residual stresses in the surface of the friction surface be generated. This is the subject of claim 9.

Gegenstand des Anspruchs 10 ist eine metallische Bremsscheibe, deren Reibflächen gemäß dem vorstehend erläuterten Verfahren bearbeitet worden sind. Subject matter of claim 10 is a metallic brake disc whose friction surfaces have been processed according to the method described above.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to embodiments illustrated in the drawings. Show it:

1 eine Bremsscheibe gemäß der Erfindung; 1 a brake disc according to the invention;

2 ein Rollierwerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 2 a roller burnishing tool for carrying out the method according to the invention;

3 eine Detailvergrößerung aus 2; und 3 an enlarged detail 2 ; and

4 einen Arbeitsschritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens und zur Oberflächenbearbeitung einer Bremsscheibe. 4 a step of a method according to the invention and for the surface treatment of a brake disc.

Die Figuren sind als schematisierte und vereinfachte Darstellungen zur Erläuterung und zum Verständnis der Erfindung zu verstehen. The figures are to be understood as schematized and simplified representations for explanation and understanding of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Bremsscheibe 1 weist einen kreislochscheibenförmigen Bremsring 2, der auch als ringförmig aufgefasst werden kann, mit einer konzentrischen, topfförmigen Nabe 3 auf, die einstückig mit dem Bremsring 2 ist. Ring- bzw. kreislochscheibenförmige Stirnflächen des Bremsrings 2 bilden Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1, gegen die zum und beim Bremsen nicht dargestellte Reibbremsbeläge einer Scheibenbremse gedrückt werden. Der Bremsring 2 kann auch als die eigentliche Bremsscheibe aufgefasst werden. Die Bremsscheibe 1 besteht aus Grauguss, d. h. aus Gusseisen. In the 1 shown brake disc according to the invention 1 has a circular disk-shaped brake ring 2 , which can also be considered as a ring, with a concentric cup-shaped hub 3 on, which is integral with the brake ring 2 is. Ring or kreislochscheibenförmige end faces of the brake ring 2 form friction surfaces 4 the brake disc 1 , are pressed against the friction brake linings of a disc brake, not shown and when braking. The brake ring 2 can also be understood as the actual brake disc. The brake disc 1 consists of cast iron, ie cast iron.

Die Reibflächen 4 weisen eine thermische Oberflächenbeschichtung 5 zur Verschleißminderung, Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit und Verbesserung der Bremseigenschaften auf. Die Oberflächenbeschichtung 5 ist thermisch durch Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen aufgebracht. Sie weist Karbide, beispielsweise Chromkarbid und/oder Wolframkarbid, also metallartige Karbide mit einem Metall insbesondere aus der Chrom-Gruppe auf, die in beispielsweise einer metallischen Matrix eingelagert sind. Die Matrix besteht beispielsweise aus Nickel oder Kobalt, also insbesondere aus einem Metall der Nickel- oder der Kobalt-Gruppe. Die Oberflächenbeschichtung 5 kann als Hartmetallbeschichtung aufgefasst werden.The friction surfaces 4 have a thermal surface coating 5 to reduce wear, increase corrosion resistance and improve braking properties. The surface coating 5 is thermally applied by flame spraying or arc spraying. It has carbides, for example chromium carbide and / or tungsten carbide, ie metal-like carbides with a metal, in particular from the chromium group, which are embedded in, for example, a metallic matrix. The matrix consists for example of nickel or cobalt, ie in particular of a metal of the nickel or the cobalt group. The surface coating 5 can be considered as hard metal coating.

Vor dem Aufbringen der Oberflächenbeschichtung 5 sind die Graugruß-Oberflächen der Reibflächen 4 mit Korund-Partikeln, d. h. mit einem abrasiven Strahlmittel, gestrahlt worden. Die Oberflächen werden dadurch von Verzunderungen, Korrosion und dgl. gereinigt und aufgerauht, um die Haftung der späteren Oberflächenbeschichtung 5 zu verbessern. Before applying the surface coating 5 are the gray-gray surfaces of the friction surfaces 4 with corundum particles, ie with an abrasive blasting abrasive. The surfaces are thereby cleaned of scaling, corrosion and the like and roughened to the adhesion of the subsequent surface coating 5 to improve.

Anschließend werden die Oberflächen der Reibflächen 4 druckumgeformt, beispielsweise kugelgestrahlt oder, wie in 2 zu sehen, rolliert. In 2 erfolgt das Rollieren mit einer Kugel 6, die als Rollierwerkzeug aufgefasst werden kann und die drehbar in einem Halter 7 aufgenommen ist, mit dem sie über die Oberflächen der Reibflächen 4 bewegt wird. Dabei wird die Kugel 6 mit so großer Kraft gegen die Oberfläche der Reibfläche 4 gedrückt, dass sich der Werkstoff, d. h. das Gusseisen der Bremsscheibe 1 an der Oberfläche plastisch verformt. Die Verformung ist in 3 stark vergrößert und übertrieben dargestellt. Die Kugel 6 kann beispielsweise mechanisch, pneumatisch mit Druckluft und/oder hydraulisch mit Drucköl gegen die Reibflächen 4 der Bremsscheibe gedrückt werden. Die Oberfläche der Reibflächen 4 wird glatter, Kerben werden geschlossen um eine Rissbildung ausgehend von solchen Kerben zu vermeiden. Die Druckumformung erzeugt Druckeigenspannungen in der Oberfläche der Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1, was ebenfalls einer Rissbildung und einer Korrosionsermüdung entgegenwirkt, d. h. auch eine Korrosionsbeständigkeit der Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1 verbessert. Bei der Druckumformung lassen sich die Oberflächen der Reibflächen 4 strukturieren und Bremsscheibe 1 auf diese Weise optisch ungewöhnlich gestalten (nicht dargestellt). Das oben genannte Kugelstrahlen ermöglicht eine ungleichmäßige- und das Rollieren ebenfalls eine ungleichmäßige- oder eine gleichmäßige Strukturierung der Oberflächen der Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1.Subsequently, the surfaces of the friction surfaces 4 pressure-formed, for example shot-blasted or, as in 2 to see, rolled. In 2 Rolling is done with a ball 6 , which can be considered as a roller burnishing tool and the rotatable in a holder 7 is absorbed, with which they pass over the surfaces of the friction surfaces 4 is moved. This is the ball 6 with so much force against the surface of the friction surface 4 pressed that the material, ie the cast iron of the brake disc 1 plastically deformed on the surface. The deformation is in 3 greatly enlarged and exaggerated. The ball 6 For example, mechanically, pneumatically with compressed air and / or hydraulically with pressure oil against the friction surfaces 4 the brake disc are pressed. The surface of the friction surfaces 4 becomes smoother, notches are closed to prevent cracking from such notches. The pressure deformation generates residual compressive stresses in the surface of the friction surfaces 4 the brake disc 1 , which also counteracts cracking and corrosion fatigue, ie also corrosion resistance of the friction surfaces 4 the brake disc 1 improved. During pressure forming, the surfaces of the friction surfaces can be defined 4 structure and brake disc 1 make optically unusual in this way (not shown). The above-mentioned shot peening makes possible a nonuniform and the rolling also uneven or a uniform structuring of the surfaces of the friction surfaces 4 the brake disc 1 ,

Anschließend wird wie bereits geschrieben die Oberflächenbeschichtung 5 thermisch auf die Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1 aufgebracht. Subsequently, as already written, the surface coating 5 thermally on the friction surfaces 4 the brake disc 1 applied.

Eine Alternative zum Druckumformen zeigt 4. Hier wird die Oberfläche der Reibflächen 4 nach dem Strahlen mit Korund-Partikeln oder sonstigem abrasiven Strahlen mit einem Laser 8 bearbeitet. Die Oberfläche wird angeschmolzen, wobei Werkstoff der Bremsscheibe 1 verdampfen kann. Dadurch erfolgt eine Reinigung der Oberfläche und die Oberfläche wird geglättet, Kerben werden geschlossen. Zugleich erzeugt die Laserbearbeitung Druckeigenspannungen in der Oberfläche, die eine Rissfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhöht. Ein Laserstrahl 9 wird, vorzugsweise mehrfach, über die gesamte Oberfläche der Reibflächen 4 geführt, beispielsweise wie in 4 gezeigt in umlaufenden Wellenlinien zwischen einem Innenrand und einem Außenrand der Reibflächen 4 pendelnd hin- und hergehend. Die Wellenlinien, in denen der Laserstrahl 9 über die Oberfläche geführt wird, sind bei jedem Umlauf in Umfangsrichtung versetzt, so dass die gesamte Reibfläche 4, vorzugsweise mehrfach, überstrichen wird. Nach der Laserbearbeitung wird die verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung 5 thermisch aufgetragen. An alternative to pressure forming shows 4 , Here is the surface of the friction surfaces 4 after blasting with corundum particles or other abrasive blasting with a laser 8th processed. The surface is melted, whereby material of the brake disc 1 can evaporate. As a result, the surface is cleaned and the surface is smoothed, notches are closed. At the same time, laser processing generates residual compressive stresses in the surface, which increase crack resistance and corrosion resistance. A laser beam 9 is, preferably several times, over the entire surface of the friction surfaces 4 led, for example, as in 4 shown in circumferential wavy lines between an inner edge and an outer edge of the friction surfaces 4 swinging back and forth. The wavy lines in which the laser beam 9 is guided over the surface, are offset in each revolution in the circumferential direction, so that the entire friction surface 4 , preferably several times, is overlined. After laser processing, the wear-reducing surface coating becomes 5 thermally applied.

Sowohl die Druckumformung als auch die Laserbearbeitung sollen die Oberfläche der Reibflächen 4 nicht völlig glätten, sondern die Rauhigkeit verringern bzw. eine Oberflächenrauhigkeit erzeugen, die eine gute Haftung der thermischen Oberflächenbeschichtung 5 bewirkt. Both the pressure forming and the laser processing should be the surface of the friction surfaces 4 not completely smooth, but reduce the roughness or produce a surface roughness, the good adhesion of the thermal surface coating 5 causes.

Claims (10)

Verfahren zur Oberflächenbearbeitung einer Reibfläche (4) einer metallischen Bremsscheibe (1), wobei die Reibfläche (4) eine Oberflächenbeschichtung (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Druckeigenspannungen in einer Oberfläche der Reibfläche (4) erzeugt werden und/oder die Oberfläche der Reibfläche (4) geglättet wird, bevor die Oberflächenbeschichtung (5) aufgebracht wird. Process for the surface treatment of a friction surface ( 4 ) a metallic brake disc ( 1 ), wherein the friction surface ( 4 ) a surface coating ( 5 ), characterized in that residual compressive stresses in a surface of the friction surface ( 4 ) and / or the surface of the friction surface ( 4 ) is smoothed before the surface coating ( 5 ) is applied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Reibfläche (4) druckumgeformt wird bevor die Oberflächenbeschichtung (5) aufgebracht wird. Method according to claim 1, characterized in that the surface of the friction surface ( 4 ) is pressure-formed before the surface coating ( 5 ) is applied. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (4) rolliert wird. Method according to claim 2, characterized in that the friction surface ( 4 ) is rolled. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Druckumformung Vertiefungen in die Reibfläche (4) geformt werden.A method according to claim 2, characterized in that in the pressure forming depressions in the friction surface ( 4 ) are formed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Reibfläche (4) laserbearbeitet wird bevor die Oberflächenbeschichtung (5) aufgebracht wird, Method according to claim 1, characterized in that the surface of the friction surface ( 4 ) is laser-processed before the surface coating ( 5 ) is applied, Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Reibfläche (4) durch Laserbearbeitung angeschmolzen wird, wobei Werkstoff der Bremsscheibe (1) verdampfen kann, bevor die Oberflächenbeschichtung (5) aufgebracht wird. A method according to claim 5, characterized in that the surface of the friction surface ( 4 ) is melted by laser processing, wherein material of the brake disc ( 1 ) can evaporate before the surface coating ( 5 ) is applied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (1) eine Graugussbremsscheibe ist. A method according to claim 1, characterized in that the brake disc ( 1 ) is a cast iron brake disc. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Reibfläche (4) thermisch beschichtet wird. Method according to claim 1, characterized in that the surface of the friction surface ( 4 ) is thermally coated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Reibfläche (4) der Bremsscheibe (1) mit einem abrasiven Strahlmittel gestrahlt und anschließend die Druckeigenspannungen in der Oberfläche der Reibfläche (4) erzeugt werden. Method according to claim 1, characterized in that the surface of the friction surface ( 4 ) of the brake disc ( 1 ) are blasted with an abrasive blasting agent and then the compressive residual stresses in the surface of the friction surface ( 4 ) be generated. Metallische Bremsscheibe (1) mit einer Reibfläche (4), die eine Oberflächenbeschichtung (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (4) der Bremsscheibe (1) Druckeigenspannungen an ihrer Oberfläche aufweist. Metallic brake disc ( 1 ) with a friction surface ( 4 ) which has a surface coating ( 5 ), characterized in that the friction surface ( 4 ) of the brake disc ( 1 ) Has residual compressive stresses on its surface.
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