DE102011089923A1 - Verfahren zur Beschichtung einer Bremsscheibe und mit dem Verfahren hergestellte Bremsscheibe - Google Patents

Verfahren zur Beschichtung einer Bremsscheibe und mit dem Verfahren hergestellte Bremsscheibe Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Grauguss-Bremsscheibe (1) für einen Kraftwagen, die eine verschleißmindernde, thermisch beispielsweise durch Flammspritzen aufgebrachte Oberflächenbeschichtung (6) aufweist. Die Erfindung schlägt eine Zwischenschicht (5) aus beispielsweise Nickel vor, die aufgrund ihrer Nachgiebigkeit mechanische Spannungen zwischen der Oberflächenbeschichtung (6) und der Bremsscheibe (1) verringert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung einer Reibfläche einer metallenen Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Landfahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bremsscheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6.
  • Stand der Technik
  • Bremsscheiben aus Metall, insbesondere aus Stahl oder aus Grauguss für Scheibenbremsen von Kraftfahrzeugen sind bekannt. Zur Verschleißminderung sind thermische Oberflächenbeschichtungen mit beispielsweise Chrom- und/oder Wolframkarbiden bekannt. Es kann die gesamte Bremsscheibe oberflächenbeschichtet sein, allerdings genügt eine Beschichtung von Reibflächen einer Bremsscheibe, also der kreislochscheibenförmigen Oberflächen einer Bremsscheibe, gegen die beim und zum Bremsen Reibbremsbeläge gedrückt werden. Die verschleißmindernden Oberflächenbeschichtungen werden thermisch beispielsweise durch Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen bei Temperaturen zwischen beispielsweise etwa 3000 und 4000 Grad Celsius auf die Bremsscheibe, zumindest auf die Reibflächen der Bremsscheibe, aufgetragen.
  • Wegen unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten, der thermische Ausdehnungskoeffizient typischer verschleißmindernder Oberflächenbeschichtungen von Bremsscheiben ist kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient einer Bremsscheibe aus Grauguss, entstehen mechanische Spannungen zwischen der Oberflächenbeschichtung und der Bremsscheibe nach einem Abkühlen nach der thermischen Beschichtung und wenn sich die Bremsscheibe beim Bremsen auf Temperaturen von einigen 100 Grad Celsius, beispielsweise auf bis zu ungefähr 600 Grad Celsius erwärmt. Die mechanischen Spannungen zwischen der Oberflächenbeschichtung und der Bremsscheibe können zu einer Schädigung der Oberflächenbeschichtung beispielsweise durch Rissbildung führen, die beispielsweise durch eindringendes Salzwasser im Winter zu einer Unterwanderung der Oberflächenbeschichtung mit Korrosion und einem Ablösen der Oberflächenbeschichtung (Delamination) führen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sieht eine Zwischenschicht vor, die vor dem Aufbringen der reibungsmindernden Oberflächenbeschichtung kalt auf die Bremsscheibe aufgebracht wird. Die Zwischenschicht kann auf die gesamte Bremsscheibe aufgebracht werden, allerdings genügt ein Auftrag auf die Reibflächen der Bremsscheibe oder die Bereiche, auf die anschließend die Oberflächenbeschichtung aufgebracht wird. Die Zwischenschicht befindet sich zwischen der Bremsscheibe und der Oberflächenbeschichtung, sie kann als Trägerschicht für die Oberflächenbeschichtung aufgefasst werden.
  • Dadurch dass die Zwischenschicht kalt auf die Bremsscheibe aufgebracht wird, entstehen keine mechanischen Spannungen zwischen der Bremsscheibe und der Zwischenschicht, wie es bei einer thermisch aufgebrachten Beschichtung der Fall ist. Mit „kalt“ ist ein Aufbringen der Zwischenschicht bei Raumtemperatur gemeint, die Temperatur kann auch etwas über Raumtemperatur bis beispielsweise etwa 50 Grad oder 70 Grad Celsius liegen. Sie liegt jedoch deutlich unter der Temperatur beim thermischen Beschichten. Durch ihre Nachgiebigkeit verringert die Zwischenschicht mechanische Spannungen zwischen der Oberflächenbeschichtung und der Bremsscheibe, was die Gefahr einer Schädigung der Oberflächenbeschichtung beispielsweise durch Rissbildung mindert. Ebenfalls kann die Zwischenschicht eine Haftung der Oberflächenbeschichtung auf der Bremsscheibe verbessern und/oder als Korrosionsschutzschicht der Bremsscheibe dienen, die einer Unterwanderung der Oberflächenbeschichtung mit Korrosion entgegenwirkt.
  • Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
  • Die Erfindung ist insbesondere für Bremsscheiben aus Grauguss, d.h. aus Gusseisen vorgesehen (Anspruch 5).
  • Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 6 ist eine Bremsscheibe, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Achsschnitt einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe; und
  • 2 eine vergrößerte Einzelheit II aus 1.
  • Die Zeichnung ist als vereinfachte und schematisierte Darstellung zum Verständnis und zur Erläuterung der Erfindung zu verstehen.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • Die in 1 dargestellte, erfindungsgemäße Bremsscheibe 1 weist einen kreislochförmigen Bremsring 2 und eine topfförmige Nabe 3 auf, die konzentrisch und einstückig mit dem Bremsring 2 ist. Kreislochschreibenförmige Stirnflächen des Bremsrings 2 bilden Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1, gegen die beim und zum Bremsen nicht dargestellte Reibbremsbeläge einer ebenfalls nicht dargestellten Scheibenbremse gedrückt werden. Der Bremsring 2 kann auch als Bremsscheibe im eigentlichen Sinn aufgefasst werden. Die Bremsscheibe 1 besteht aus Grauguss, nämlich aus Gusseisen mit Lamellengraphit.
  • Die Bremsscheibe 1 weist eine Zwischenschicht 5 auf, die kalt aufgebracht ist. Die Zwischenschicht 5 besteht aus einem Metall oder einer Metalllegierung, sie weist beispielsweise Nickel, Kupfer und/oder Chrom auf. Die Zwischenschicht 5 ist beispielsweise chemisch oder elektrochemisch abgeschieden. Die Zwischenschicht 5 bedeckt den Reibring 2, d.h. die Reibflächen 4 und angrenzende Bereiche der Bremsscheibe 1. Notwendig ist, dass die Zwischenschicht 5 die Reibflächen 4 bedeckt, sie kann die Bremsscheibe 1 auch insgesamt bedecken.
  • Auf die Zwischenschicht 5 ist eine verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung 6 thermisch aufgetragen. Die Oberflächenbeschichtung 6 bedeckt die Reibflächen 4 und, bedingt durch das Auftragsverfahren, angrenzende Bereiche der Bremsscheibe 1. Notwendig ist eine Bedeckung der Reibflächen 4, eine Bedeckung der Bremsscheibe 1 insgesamt ist möglich. Die verschleißmindernde Oberflächenbeschichtung 6 ist thermisch beispielsweise durch Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen, d.h. bei Temperaturen zwischen etwa 3000 und 4000 Grad Celsius aufgetragen. Die Oberflächenbeschichtung 6 weist Karbide oder Karbidmischungen, insbesondere metallartige Karbide, beispielsweise Chromkarbid und/oder Wolframkarbid auf, die in eine Matrix, insbesondere eine Metallmatrix aus beispielsweise Nickel und/oder Kobalt, auch eine Metalllegierung, eingelagert sind.
  • In der Zeichnung sind Schichtdicken der Zwischenschicht 5 und er Oberflächenbeschichtung 6 übertrieben dick dargestellt, die Zwischenschicht 5 und die Oberflächenbeschichtung 6 weisen Schichtdicken von einigen bis einigen 10 Mikrometern auf, wobei die Schichtdicken der Zwischenschicht 5 und der Oberflächenbeschichtung 6 gleich oder verschieden sein können.
  • Durch eine Nachgiebigkeit der Zwischenschicht 5 werden mechanische Spannungen zwischen der Oberflächenbeschichtung 6 und dem Grauguss der Bremsscheibe 1 verringert. Solche mechanischen Spannungen entstehen beim Abkühlen nach dem thermischen Aufbringen der Oberflächenbeschichtung 6 und bei einer Erwärmung der Bremsscheibe 1 bei einem Bremsen auf Temperaturen von einigen 100 Grad Celsius, beispielsweise bis ungefähr 600 Grad Celsius. Die Oberflächenbeschichtung 6 weist einen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die Bremsscheibe 1 auf, so dass beim Abkühlen nach dem thermischen Auftrag der Oberflächenbeschichtung 6 Zugspannungen in der Oberflächenbeschichtung 6 herrschen. Wie beschrieben werden die Zugspannungen durch die kalt auf die Bremsscheibe 1 aufgebrachte Zwischenschicht 5 verringert, was die Gefahr einer Schädigung der Oberflächenbeschichtung 6 insbesondere durch Rissbildung verkleinert.
  • Außerdem bildet die Zwischenschicht 5 eine Korrosionsschutzschicht, die einer Unterwanderung der verschleißmindernden Oberflächenbeschichtung 6 mit Korrosion entgegenwirkt. Zusätzlich bildet die Zwischenschicht 5 eine Haftschicht, sie verbessert eine Haftung der verschleißmindernden Oberflächenbeschichtung 6 auf der Bremsscheibe 1.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Beschichtung einer Reibfläche (4) einer metallenen Bremsscheibe (1) für eine Scheibenbremse eines Landfahrzeugs, die eine thermisch aufgebrachte Oberflächenbeschichtung (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass vor Aufbringen der Oberflächenbeschichtung (6) eine Zwischenschicht (5) kalt auf die Bremsscheibe (1) aufgebracht wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (5) eine größere Nachgiebigkeit als die Bremsscheibe (1) und die Oberflächenbeschichtung (6) und/oder eine höhere Korrosionsbeständigkeit als die Bremsscheibe (1) aufweist und/oder eine Haftung der Oberflächenbeschichtung (6) auf der Bremsscheibe (1) verbessert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (5) chemisch- oder elektrochemisch auf die Bremsscheibe (1) abgeschieden wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (5) Metall aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (1) Grauguss aufweist.
  5. Metallene Bremsscheibe für eine Scheibenbremse eines Landfahrzeugs, die eine thermisch aufgebrachte Oberflächenbeschichtung (6) auf einer Reibfläche (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (1) eine kalt aufgebrachte Zwischenschicht (5) zwischen der Bremsscheibe (1) und der Oberflächenbeschichtung (6) aufweist.
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