DE102011109475A1

DE102011109475A1 - Verfahren zum Herstellen eines Bauteils sowie Bauteil

Info

Publication number: DE102011109475A1
Application number: DE201110109475
Authority: DE
Inventors: Michael Lahres; Oliver Lembach; Oliver Methner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (11), insbesondere für einen Kraftwagen, bei welchem eine Oberfläche (13) eines Bauteilkörpers (12) zumindest bereichsweise mit einer Beschichtung (14) versehen wird, wobei die wenigstens eine Beschichtung (14) zeitlich nach dem Aufbringen auf die Oberfläche (13) des Bauteilkörpers (12) zumindest bereichsweise durch wenigstens ein Bearbeitungsverfahren plastisch verformt wird, sowie ein solches Bauteil (11).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein solches Bauteil gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8.
Die DE 102 009 030 683 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses für eine Brennkraftmaschine, bei welchem wenigstens eine Zylinderlauffläche des Zylinderkurbelgehäuses mit einem thermischen Spritzverfahren beschichtet wird. Vor dem Beschichten wird die Zylinderlauffläche verdichtet. Das Verdichten wird bevorzugt durch Walzen, Klopfen, Rollieren oder dergleichen durchgeführt.
Im Rahmen des Serienbaus von Kraftwagen hat es sich gezeigt, dass es bei beschichteten Bauteilen zu einer Rissbildung kommen kann, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind. Infolge dieser Rissbildung, durch welche die Beschichtung zumindest teilweise beschädigt wird, kann es zu einer unerwünschten Korrosion des Bauteils kommen, da insbesondere säurehaltige Flüssigkeiten die Risse durchdringen können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils bereitzustellen, durch welches eine besonders hohe Robustheit der Beschichtung realisiert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere für einen Kraftwagen, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauteil mit einer Beschichtung bereitzustellen, dessen Beschichtung eine besonders hohe Robustheit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Bei einem solchen Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere für einen Kraftwagen, wird eine Oberfläche eines Bauteilkörpers des Bauteils zumindest bereichsweise mit einer Beschichtung versehen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Beschichtung zeitlich nach dem Aufbringen auf die Oberfläche des Bauteilkörpers zumindest bereichsweise durch wenigstens ein Bearbeitungsverfahren plastisch verformt wird. Durch das sich zeitlich an das Beschichten anschließende und somit nachträgliche Einbringen wenigstens einer plastischen Verformung der wenigstens einen Beschichtung werden die Spannungseigenschaften des Bauteils und insbesondere der Beschichtung verändert und entsprechend eingestellt, was zu einer besonders hohen Beständigkeit und Robustheit der Beschichtung und damit des Bauteils insbesondere gegenüber einer Bildung von Rissen führt. Mit anderen Worten weist die Beschichtung infolge der wenigstens einen plastischen Verformung eine nur sehr geringe Rissneigung auf, wodurch die Gefahr einer Korrosion des Bauteils vermieden oder zumindest sehr gering ist.
Derartige Risse stellen eine nicht unerhebliche Korrosionsgefahr dar, da über diese Risse in der Beschichtung korrosionsverursachende Mittel wie beispielsweise Flüssigkeiten, insbesondere saurer Regen, durch die Beschichtung hindurch an den darunter befindlichen Bauteilkörper gelangen und diesen korrodieren können. Dieser Vorgang wird als Unterkorrosion bezeichnet. Aufgrund der Bearbeitung des Bauteils im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das erfindungsgemäße Bauteil besonders robust gegen eine solche Unterkorrosion. Des Weiteren weist die Beschichtung und damit das gesamte Bauteil eine besonders hohe Verschleißbeständigkeit auf, was mit einer besonders hohen Lebensdauer des die Beschichtung aufweisenden Bauteils einhergeht.
Es kann vorgesehen sein, dass das Bauteil zumindest eine weitere Beschichtung und somit eine Mehrzahl von Beschichtungen aufweist. Durch das Einbringen wenigstens einer plastischen Verformung in wenigstens eine der Beschichtungen, in mehrere der Beschichtungen oder in alle Beschichtungen können die Spannungseigenschaften des Bauteils und insbesondere der plastisch verformten Beschichtungen verändert und die verbesserte Rissbeständigkeit herbeigeführt werden.
Durch das plastische Verformen der wenigstens einen Beschichtung werden beispielsweise die Druckeigenspannungen der plastisch verformter Beschichtung so verändert, dass im Vergleich zu einem Zustand ohne die plastische Verformung eine erhöhte Rissbeständigkeit geschaffen ist, was mit der besonders hohen Verschleißbeständigkeit und der besonders hohen Lebensdauer des beschichteten Bauteils einhergeht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei besonders vorteilhaft bei einer Bremsscheibe als das Bauteil anzuwenden. Bei einer solchen Bremsscheibe handelt es sich um ein besonders hochbelastetes Bauteil, welches aufgrund einer über die Lebensdauer hinweg intensiven Beaufschlagung mit Flüssigkeit, insbesondere saurem Regen, Straßensalz etc. besonders korrosionsgefährdet ist. Durch die wenigstens eine plastische Verformung können die Spannungseigenschaften der Beschichtung der Bremsscheibe nun derart eingestellt werden, dass eine erhöhte Rissbeständigkeit geschaffen ist, so dass die Gefahr der Unterkorrosion der Bremsscheibe besonders gering ist. So kann die Bremsscheibe auch über eine besonders hohe Lebensdauer hinweg eine hohe Bremsleistung bereitstellen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch bei anderweitigen Bauteilen, insbesondere eines Kraftwagens, vorteilhaft anwendbar.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung beim plastischen Verformen zumindest bereichsweise durch das Bearbeitungsverfahren verdichtet wird. Dadurch kann eine besonders hohe Rissbeständigkeit ausgebildet werden. Als das Bearbeitungsverfahren wird beispielsweise Walzen und/oder Rollieren und/oder Klopfen und/oder Strahlen (z. B. Partikelstrahlen oder Ffuidstrahlen) und/oder ein anderweitiges, insbesondere mechanisches Bearbeitungsverfahren durchgeführt. So kann die wenigstens eine plastische Verformung besonders zeit- und kostengünstig ausgebildet werden.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum plastischen Verformen der Beschichtung ist Ultraschallkugelstrahlen. So wird bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Beschichtung auf ihrer gesamten Oberfläche einem Ultraschallkugelstrahlverfahren unterzogen, so dass die Spannungseigenschaften und damit die Rissbeständigkeit günstig eingestellt werden. Durch Variation der Strahlmitteleigenschaften (z. B. Material, Härte, Dichte, Rundheit, Durchmesser), Strahlmittelmenge und Schwingungsamplitude kann für jede Beschichtung eine geeignete plastische Verformung gefunden werden. Durch dieses plastische Verformen der Beschichtung können vorhandene Zugeigenspannungen, welche durch das Beschichten erzeugt worden sind, zu Druckeigenspannungen in der Beschichtung verändert werden. Dies führt zu dem Vorteil, dass es zu keiner unerwünscht starken Rissbildung, beispielsweise auch während des Einsatzes der Bremsscheibe während des Betriebs des Kraftwagens, kommt und säurehaltige Medien wie beispielsweise saurer Regen nicht durch Risse eindringen und Korrosionsangriffe an einer Grenzfläche zwischen der Beschichtung und dem als Substrat fungierenden Bauteilkörper auslösen können. Damit geht eine besonders hohe Lebensdauer des beschichteten Bauteils bzw. der beschichteten Bremsscheibe einher.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird der Bauteilköper mittels eines thermischen Beschichtungsverfahrens mit der Beschichtung versehen. Bei dem thermischen Beschichtungsverfahren handelt es sich beispielsweise um ein LDS-Verfahren (LDS – Laser-Direkt-Strukturierung). Ebenso kann es sich um ein HVOF-Verfahren handeln (HVOS – Hight Velocity Oxigen Fuel – Hochgeschwindigkeitsflammspritzen). Alternativ kann es sich auch um ein anderweitiges thermisches Beschichtungsverfahren handeln, mittels welchem die Beschichtung an den Bauteilkörper abgeschieden wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird die Beschichtung zeitlich nach dem Versehen des Bauteilkörpers mit der Beschichtung und zeitlich vor dem plastischen Verformen der Beschichtung durch ein, insbesondere mechanisches, weiteres Bearbeitungsverfahren bearbeitet. Dabei wird die Beschichtung beispielsweise auf Maß geschliffen, woran sich die plastische Verformung bzw. Verdichtung der Beschichtung anschließt.
Zur Erfindung gehört auch ein Bauteil, insbesondere für einen Kraftwagen, mit wenigstens einem Bauteilkörper. Der Bauteilkörper weist zumindest eine Oberfläche auf. Die Oberfläche ist dabei zumindest bereichsweise mit einer Beschichtung versehen ist.
Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Beschichtung zumindest bereichsweise plastisch verformt. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils anzusehen und umgekehrt.
Durch die plastische Verformung der wenigstens einen Beschichtung sind die Spannungseigenschaften des Bauteils und insbesondere der Beschichtung verändert und entsprechend eingestellt, was zu einer besonders hohen Beständigkeit und Robustheit der Beschichtung und damit des Bauteils insbesondere gegenüber einer Bildung von Rissen führt. Mit anderen Worten weist die Beschichtung infolge der wenigstens einen plastischen Verformung eine nur sehr geringe Rissneigung auf, wodurch die Gefahr einer Korrosion des Bauteils vermieden oder zumindest sehr gering ist.
Bei der Beschichtung handelt es sich beispielsweise um einen Lack und/oder um eine korrosionsvermeidende bzw. korrosionshemmende Beschichtung. Dadurch ist das Bauteil effizient und über eine hohe Lebensdauer hinweg vor Korrosion geschützt.
Bevorzugt ist das Bauteil als Bremsscheibe, insbesondere als Reibring einer Bremsscheibe ausgebildet. Insbesondere eine solche Bremsscheibe bzw. ein solcher Reibring wird über ihre bzw. seine Lebensdauer hinweg sehr stark mit säurehaltigen Medien, insbesondere saurem Regen, beaufschlagt, wodurch eine hohe Korrosionsgefahr besteht. Durch die robuste Ausgestaltung der Beschichtung infolge ihrer plastischen Verformung ist diese Korrosionsgefahr nun aber deutlich reduziert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Reibrings für eine Bremsscheibe, bei welchem eine Oberfläche eines Reibringgrundköpers des Reibrings mit einer Beschichtung versehen wird, die zeitlich anschließend durch Ultraschallkugelstrahlen plastisch verformt wird; und
2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des mittels des Verfahrens gemäß 1 hergestellten Reibrings.
Die 1 zeigt ein Ablaufdiagramm 10 zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Herstellen eines in der 2 ausschnittsweise dargestellten und eine Beschichtung 14 aufweisenden Reibrings 11 einer Bremsscheibe eines Kraftwagens. Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird ein Reibringgrundkörper 12 bereitgestellt, aus welchem der endgültige Reibring 10 hergestellt wird. Bei einem weiteren Schritt S2 eine Oberfläche 13 des Reibringgrundkörpers 12 zumindest bereichsweise mit einer Beschichtung 14 versehen. Dabei wird die Beschichtung 14 auf die Oberfläche 13 zumindest bereichsweise aufgetragen bzw. aufgebracht. Bei der Beschichtung 14 handelt es sich um eine korrosionsvermeidende bzw. -hemmende Beschichtung 14, welche den Reibringgrundkörper 12 vor Korrosion schützen soll.
Bei einem weiteren Schritt S3 des Verfahrens wird die Beschichtung zeitlich nach dem Versehen der Oberfläche 13 mit der Beschichtung 14 zumindest in einem Teilbereich 16 durch Ultraschallkugelstrahlen plastisch verformt. In der 2 sind plastische Verformungen 18 in dem Teilbereich 16 zu erkennen, welche aus dem Ultraschallkugelstrahlen herrühren.
Durch die plastischen Verformen 16 werden die Druckeigenspannungen der Beschichtung 14 so verändert, dass im Vergleich zu einem Zustand ohne die plastischen Verformungen 16 eine erhöhte Rissbeständigkeit der Beschichtung 14 geschaffen ist. So kann die Beschichtung 14 den Reibringgrundkörper 12 langlebig vor unerwünschten Korrosionserscheinungen, insbesondere der sogenannten Unterkorrosion, schützen.
Bezugszeichenliste

10: Ablaufdiagramm
11: Reibring
12: Reibringgrundkörper
13: Oberfläche
14: Beschichtung
16: Teilbereich
18: plastische Verformungen
S1: Schritt
S2: Schritt
S3: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009030683 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (11), insbesondere für einen Kraftwagen, bei welchem eine Oberfläche (13) eines Bauteilkörpers (12) zumindest bereichsweise mit einer Beschichtung (14) versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Beschichtung (14) zeitlich nach dem Aufbringen auf die Oberfläche (13) des Bauteilkörpers (12) zumindest bereichsweise durch wenigstens ein Bearbeitungsverfahren plastisch verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Beschichtung (13) durch das Bearbeitungsverfahren verdichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (13) durch Walzen und/oder Rollieren und/oder Klopfen und/oder Strahlen als das Bearbeitungsverfahren plastisch verformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilkörper (12) mittels eines thermischen Beschichtungsverfahrens mit der Beschichtung (13) versehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (13) zeitlich nach dem Versehen des Bauteilkörpers (12) mit der Beschichtung (13) und zeitlich vor dem plastischen Verformen der Beschichtung (13) durch ein, insbesondere mechanisches, weiteres Bearbeitungsverfahren bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (13) durch das weitere Bearbeitungsverfahren geschliffen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das Bauteil (11) eine Bremsscheibe, insbesondere ein Reibring (11) einer Bremsscheibe, des Kraftwagens hergestellt wird.
Bauteil (11), insbesondere für einen Kraftwagen, mit wenigstens einem zumindest eine Oberfläche (13) aufweisenden Bauteilkörper (12), dessen Oberfläche (13) zumindest bereichsweise mit einer Beschichtung (14) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Beschichtung (14) zumindest bereichsweise plastisch verformt ist.