DE102011089918A1

DE102011089918A1 - Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102011089918A1
Application number: DE102011089918A
Authority: DE
Inventors: Hagen Kuckert; Wolfgang Huschenhoefer; Georg Ketteler; Vincent Dupuis; Andreas Mayer; Roland Raab; Olivier Bugada
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Buderus Guss GmbH
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-06-27
Also published as: US9394955B2; ITMI20122165A1; CN103185088A; US20130161137A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Grauguss-Bremsscheibe (1) mit einer thermisch aufgetragenen, verschleißmindernden Oberflächenbeschichtung (5), die Chromund/oder Wolframkarbide aufweist. Erfindungsgemäß weist die Oberflächenbeschichtung (5) eine auf etwa 0,5 bis 1 µm verringerte Rauheit auf, wodurch sich eine Einbremsdauer verkürzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe, deren Reibfläche eine Oberflächenbeschichtung aufweist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Bremsscheiben für Scheibenbremsen von Kraftfahrzeugen sind bekannt. Sie bestehen typischerweise aus Metall, meist aus Grauguss, d.h. aus Gusseisen mit Lamellengraphit, teilweise auch aus Stahl. Auch sind Bremsscheiben aus kohlefaserverstärktem Kunststoff bekannt, die wegen ihres geringen Gewichts im Rennsport eingesetzt und wegen ihres hohen Verschleiß im wesentlichen auf den Rennsport begrenzt sind.
Zur Verschleißminderung ist insbesondere bei Bremsscheiben aus Grauguss eine verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung von Reibflächen der Bremsscheibe bekannt. Reibflächen sind die kreislochscheibenförmigen Oberflächen einer Bremsscheibe, gegen die beim Bremsen Reibbremsbeläge gedrückt werden.
Bekannte verschleißmindernde Oberflächenbeschichtungen weisen Partikel aus Chromkarbid und/oder Wolframkarbid auf, also metallartige Karbide. Die Karbidpartikel sind in eine metallische Matrix aus beispielsweise Nickel oder Kobalt eingelagert. Der Auftrag der Oberflächenbeschichtung erfolgt durch thermisches Spritzen, beispielsweise Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen.
Die Oberflächenbeschichtung erhöht wie bereits gesagt eine Verschleißfestigkeit der Bremsscheibe, was gewünscht ist. Zugleich verlängert die Oberflächenbeschichtung wegen ihrer im Vergleich zur unbeschichteten Bremsscheibe höheren Verschleißfestigkeit eine Einbremsdauer der Bremsscheibe. Bei einer neuen Bremsscheibe verändert der Verschleiß beim Bremsen Bremseigenschaften, insbesondere einen Reibwert der Bremsscheibe. Nach einer gewissen Dauer, der Einbremsdauer, bzw. nach einer gewissen Anzahl an Bremsungen oder einem gewissen ersten Verschleiß erreicht die Bremsscheibe einen stabilen Zustand, ihre Bremseigenschaften, insbesondere ihr Reibwert, ändern sich nicht mehr oder jedenfalls nur noch unwesentlich bzw. nicht merklich. Um einem Fahrer ein sicheres Gefühl beim Bremsen zu vermitteln, sollte die Einbremsdauer möglichst kurz sein, d.h. eine Bremsscheibe sollte nach möglichst wenigen Bremsungen ihren stabilen Bremszustand aufweisen. Unbeschichtete Grauguss-Bremsscheiben erreichen ihren stabilen Zustand nach beispielsweise etwa 30 normalen Bremsungen im Straßenverkehr, also keinen sehr sanften und auch keinen übermäßig starken Bremsungen. Versuche haben ergeben, dass Bremsscheiben mit einer verschleißmindernden Oberflächenbeschichtung ihrer Reibflächen den stabilen Zustand nach 120 Bremsungen, also der vierfachen Anzahl an Bremsungen, immer noch nicht erreicht haben.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Bremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine verringerte Rauheit ihrer Oberflächenbeschichtung von unter 2 µm auf, wobei die gemittelte Rautiefe R_z gemeint ist. Typische bekannte verschleißmindernde Oberflächenbeschichtungen von Bremsscheiben weisen eine Rauheit von etwa 8 µm auf, bei sehr glatten Oberflächenbeschichtungen sind es immer noch 4 µm oder mehr. Versuche haben ergeben, dass Oberflächenbeschichtungen mit kleinerer Rauheit die Einbremsdauer, bis die Bremsscheibe stabile Bremseigenschaften aufweist, verkürzt. Bei einer gemittelten Rautiefe R_z der Oberflächenbeschichtung einer Bremsscheibe von etwa 1 µm erreicht die Bremsscheibe nach etwa 120 Bremsungen stabile Bremseigenschaften, die im Anspruch 1 angegebene Rauheit von unter 2 µm ist also bereits hoch, bevorzugt ist eine Rauheit von etwa 1 µm und weniger. Es hat sich gezeigt, dass eine gemittelte Rautiefe R_z der Oberflächenbeschichtung von etwa 0,3 µm ein vergleichbares Einbremsverhalten wie bei einer unbeschichteten Bremsscheibe ergibt, nämlich stabile Bremseigenschaften nach etwa 30 Bremsungen. Besonders bevorzugt ist deswegen eine Bremsscheibe mit einer Oberflächenbeschichtung ihrer Reibflächen, deren Rauheit weniger als 0,5 µm und vorzugsweise etwa 0,3 µm oder weniger beträgt. Bei einer Rauheit von etwa 0,5 µm erscheint die Oberflächenbeschichtung nicht mehr matt, sondern reflektierend glänzend, bzw. spiegelnd, bei einer Rauheit von unter 0,3 µm spiegelglänzend.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
Die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung ist insbesondere für metallene Bremsscheiben und dort, wegen des im Vergleich zu beispielsweise Stahl höheren Verschleiß für Bremsscheiben aus Grauguss vorgesehen. Ein weiterer Anwendungsfall können Bremsscheiben aus faserverstärkten Kunststoffen, insbesondere kohlefaserverstärkten Kunststoffen sein, deren Einsatz wegen ihres hohen Verschleiß bislang im wesentlichen auf den Rennsport beschränkt ist. Durch eine verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung könnte die Verschleißfestigkeit solcher Bremsscheiben der Verschleißfestigkeit oberflächenbeschichteter Grauguss-Bremsscheiben angepasst werden, d.h. eine Bremsscheibe aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hätte durch eine verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung eine erheblich höhere Verschleißfestigkeit als eine unbeschichtete, metallene Bremsscheibe, wie sie derzeit im Kraftfahrzeugbau verwendet werden.
Die Erfindung ist weder auf die angegebenen Bremsscheiben-Werkstoffe noch auf die angegebenen Beschichtungs-Werkstoffe noch auf die angegebene Art der Beschichtung beschränkt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Bruchstück einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe in perspektivischer Darstellung;
2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Standes der Technik; und
3 eine 2 entsprechende Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe.
Die Figuren sind schematisierte und teilweise vereinfachte Darstellungen zum Zwecke des Verständnis und der Erläuterung der Erfindung.
Ausführungsform der Erfindung
Die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Bremsscheibe 1 weist einen kreislochscheibenförmigen Bremsring 2 und eine hohlzylindrische, napfförmige Nabe 3 auf, die konzentrisch zu und einstückig mit dem Bremsring 2 ist. Kreislochscheibenförmige Stirnflächen des Bremsrings 2 bilden Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1, gegen die zum Bremsen nicht dargestellte Reibbremsbeläge einer nicht dargestellten Scheibenbremse gedrückt werden. Die Bremsscheibe 1 ist zur Verwendung in Kraftfahrzeugen vorgesehen.
Die Bremsscheibe 1 besteht aus Grauguss, d.h. aus Gusseisen mit Lamellengraphit. Die Reibflächen 4 weisen eine verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung 5 auf, die im Ausführungsbeispiel thermisch durch Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen aufgetragen ist. Die Oberflächenbeschichtung 5 bedeckt die Reibflächen 4 und, bedingt durch das Auftragsverfahren, angrenzende Bereiche. Allerdings ist es auch möglich, dass die Oberflächenbeschichtung 5 außer den Reibflächen 4 weitere Bereiche der Oberfläche der Bremsscheibe 1, auch die gesamte Bremsscheibe 1 bedeckt.
Die verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung 5 weist Partikel aus Chromkarbid und/oder Wolframkarbid, allgemein also metallartige Karbide und noch allgemeiner Karbide auf. Die Karbidpartikel sind in eine metallische Matrix aus z. B. Nickel oder Kobalt eingelagert. Außer einer Verschleißfestigkeit erhöht die Oberflächenbeschichtung 5 eine Korrosionsbeständigkeit und verbessert Bremseigenschaften der Bremsscheibe 1.
2 zeigt eine schematisierte Schnittdarstellung des Bremsrings 2 der Bremsscheibe 1 mit der thermisch aufgebrachten, verschleißmindernden Oberflächenbeschichtung 5, die dem Stand der Technik entspricht. Die Karbid-Partikel 6 stehen aus der metallischen Matrix 7 vor, die Oberflächenbeschichtung 5 weist eine gemittelte Rautiefe R_z von 8 µm auf. Sehr glatte Oberflächenbeschichtungen des Standes der Technik weisen immer noch eine gemittelte Rautiefe R_z von 4 µm und mehr auf.
Die Oberflächenbeschichtung 5 der Reibflächen 4 der erfindungsgemäßen Bremsscheibe 1 ist, wie in 3 zu sehen, glatter, sie weist eine gemittelte Rautiefe R_z von vorzugsweise 1 µm oder weniger auf, als oberer Grenzwert wird eine gemittelte Rautiefe R_z von etwa 2 µm angesehen. Besonders bevorzugt ist eine gemittelte Rautiefe der verschleißmindernden Oberflächenbeschichtung 5 von etwa 0,3 bis 0,5 µm. Bei dieser Rautiefe beginnt die Oberflächenbeschichtung 5 einen Spiegeleffekt zu bekommen oder sogar spiegelnd zu werden, wie es durch die Schraffur in 1 angedeutet ist. Anzustreben ist an sich eine Rautiefe der Oberflächenbeschichtung 5 der neuen, unbenutzten Bremsscheibe 1, die der Rautiefe der Oberflächenbeschichtung 5 nach einer mittleren Benutzungsdauer zwischen Neuzustand und verschlissenem Zustand entspricht. Dadurch entfällt oder verkürzt sich eine Einbremsdauer. Normale Bremsscheiben ändern ihre Bremseigenschaften, insbesondere ihren Reibwert, von einem Neuzustand bis zu einem eingebremsten Zustand, ab dem sich die Bremseigenschaften nicht mehr, oder allenfalls gering bzw. unmerklich ändern. Das ist mit der Einbremsdauer gemeint, die auch in Anzahl an Bremsungen bis zum Erreichen stabiler Bremseigenschaften angegeben werden kann. Wegen des niedrigen Verschleiß der verschleißmindernden Oberflächenbeschichtung 5 ist die Einbremsdauer, insbesondere die Anzahl der Bremsungen, die notwendig sind, bis die Bremsscheibe 1 stabile Bremseigenschaften aufweist, um ein Vielfaches verlängert. Erfindungsgemäß angestrebt wird eine Rauheit der Oberflächenbeschichtung 5 bereits im Neuzustand, wie sie die Oberflächenbeschichtung 5 bei benutzter Bremsscheibe 1 aufweist und die sich ab dem Ende der Einbremsdauer bis zum verschlissenen Zustand der Bremsscheibe 1 nicht oder allenfalls vernachlässigbar ändert. In diesem Idealfall würden sich die Bremseigenschaften der erfindungsgemäßen Bremsscheibe 1 vom Neuzustand bis zum verschlissenen Zustand nicht oder allenfalls vernachlässigbar ändern, das Einbremsen entfällt. Eine größere Rauheit bedingt ein Einbremsen, wobei die Rauheit der verschleißmindernden Oberflächenbeschichtung 5 der Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1 so niedrig ist, dass die Einbremsdauer akzeptabel ist. Bei einer mittleren Rautiefe R_z der Oberflächenbeschichtung 5 im Neuzustand von 1 µm dauert das Einbremsen etwa 120 Bremsungen und damit ungefähr vier Mal so lang wie das Einbremsen einer unbeschichteten Grauguss-Bremsscheibe. Bei einer mittleren Rautiefe R_z der Oberflächenbeschichtung 5 von ungefähr 0,3 µm verkürzt sich die Einbremsdauer auf etwa 30 Bremsungen, was der Einbremsdauer einer unbeschichteten Grauguss-Bremsscheibe entspricht.
Um die erfindungsgemäße Rauheit zu erreichen ist die verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung 5 der erfindungsgemäßen Bremsscheibe 1 fein bearbeitet. Beispielsweise ist die Oberflächenbeschichtung 5 feingeschliffen, gleitgeschliffen, geläppt, gehont, ultraschallgeschliffen oder ultraschallgeläppt. Durch die Feinbearbeitung, die insbesondere spanend erfolgt, werden aus der Matrix 7 der Oberflächenbeschichtung 5 vorstehende Spitzen und Kanten der Karbid-Partikel 6 abgetragen, so dass die Karbid-Partikel 6 weniger weit aus der Matrix 7 vorstehen und die vorstehenden Stellen der Karbid-Partikel 6 stumpfer sind. Die Oberflächenbeschichtung 5 weist bereits im Neuzustand eine Oberflächenstruktur und Rauheit auf, die derjenigen entspricht oder zumindest nahe kommt, die die Oberflächenbeschichtung 5 in eingebremstem Zustand aufweist.

Claims

Bremsscheibe(1) mit einer Reibfläche (4), die eine Oberflächenbeschichtung (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (5) eine Rauheit von weniger als 2 µm aufweist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (5) der Reibfläche (4) feinbearbeitet ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (5) der Reibfläche (4) feingeschliffen, gleitgeschliffen, geläppt, gehont, ultraschallgeschliffen oder ultraschallgeläppt ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (1) aus Metall, insbesondere aus Grauguss, oder aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, besteht.