DE102013009955B4

DE102013009955B4 - Bremsscheibe oder Bremstrommel mit verschleißbeständiger Reibschicht

Info

Publication number: DE102013009955B4
Application number: DE102013009955.2A
Authority: DE
Inventors: Oliver Lembach; Ihsan Özer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: DE102013009955A1

Abstract

Bremsscheibe oder Bremstrommel (1) mit zumindest einer verschleißbeständigen Reibschicht (12), die einen Grundkörper (11) aus einem nicht partikelverstärkten Werkstoff aufweist, auf den zumindest in einem Oberflächenabschnitt eine Reibschicht (12) aufgebracht ist, die eine duktile Matrix (121) mit eingebetteten Verstärkungspartikeln (122) aufweist, wobei die Verstärkungspartikeldichte in der Reibschicht (12) in einer von dem Grundkörper (11) weg weisenden Richtung abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschicht (12) maximal drei Teilschichten (123,124,125) umfasst, mit einer Grundkörper-nahen Funktionsschicht (123) mit einem homogenen ersten Verstärkungspartikelanteil in einem Bereich von 45 bis 55 Gew.-%, und mit einer äußeren Deckschicht (125) mit einem homogenen zweiten Verstärkungspartikelanteil in einem Bereich von 0 bis 8 Gew.-%.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe oder Bremstrommel mit einer verschleißbeständigen Reibschicht.
Bremsscheiben oder Bremstrommeln, die Reibflächen haben, werden häufig mit harten und abriebsfesten Beschichtungen versehen, da dies kostengünstiger ist, als die ganzen Bremsscheiben oder Bremstrommeln aus dem verschleißfesten Werkstoff herzustellen. Darüber hinaus bietet ein lediglich verschleißfest beschichteter Grundkörper Vorteile hinsichtlich der Betriebssicherheit: So resultieren Risse in der abriebsfesten Beschichtung nicht unmittelbar in einem fatalen Versagen der ganzen Bremsscheibe oder Bremstrommel, da auch der darunter liegende duktile Grundkörper quasi als Notlaufeigenschaft die Reibfunktion übernehmen kann.
Solche abriebsfesten Beschichtungen sind bekannt, so etwa aus der DE 10 2011 120 989 B3 , die ein spritzbares Cermet oder auch MMC (MetalMatrixComposite) für eine Grauguss-Bremsscheibe betrifft. Die Zusammensetzung kann dabei etwa 30 bis 35 Gew.-% Keramikpulver und 65 bis 70 Gew.-% Metallmatrix sein. Die Metallmatrix besteht aus einem ersten Metallpulver aus einer Zinklegierung mit Aluminium, Zinn und Silizium sowie einem zweiten Metallpulver aus einer Eisenlegierung mit Chrom, Molybdän, Mangan und Nickel. Der Spritzwerkstoff wird dort mit einer Schichtdicke von 150 bis 700 µm auf die Bremsscheibe aufgespritzt.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2004 016 092 A1 eine Bremsscheibe bekannt, die auf der äußeren Oberfläche eine Reibschicht hat. Die Reibschicht dort ist maximal 150 µm dick, um keinen zu großen Wärmewiderstand zu bilden. Die Reibschicht an sich besteht aus zwei funktionell getrennten Einzelschichten, einer Verschleißschutzschicht aus Keramik oder Diamant und einer Zwischenschicht aus Metall oder einer Metalllegierung.
Ferner offenbart die DE 10 2005 008 569 A1 eine Reibschicht, die durch Einschmelzen, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 950 und 1.250 °C, auf die Oberfläche eines Grundkörpers, etwa einem Bremsscheibenrohling, aufgebracht wird. Die Einschmelzlegierung haftet aufgrund Diffusion am Grundkörper, wobei der Grundkörper beim Einschmelzen selbst nicht aufgeschmolzen wird.
Das Patent DE 103 01 135 B4 beschreibt einen Gegenstand mit einer ganz oder teilweise auf seiner Oberfläche befindlichen Verschleißschutzschicht, die ganz oder teilweise eine außenstromlos oder elektrolytisch abgeschiedene metallische Schicht ist, wobei die metallische Schicht mehr als 40 Vol.-% nichtmetallische Partikel, bezogen auf die gesamte Verschleißschutzschicht, enthält; oder die, bezogen auf die gesamte Verschleißschutzschicht, mehr als 20 Vol.-%, insbesondere mehr als 30 Gew.-%, nichtmetallische Partikel mit mindestens zwei unterschiedlichen Partikelgrößenverteilungen und einem Verhältnis der Partikelgrößenverteilung mehr als 15 : 1 enthält; oder die, bezogen auf die gesamte Verschleißschutzschicht, mehr als 15 Vol.-%, insbesondere mehr als 25 Gew.-%, nichtmetallische Partikel in einer Gradientenverteilung aufweist, wobei der Gradient von der Oberfläche in Richtung Substrat bzw. umgekehrt verläuft.
Die Patentanmeldung DE 10 2007 020 891 A1 offenbart eine Bremsscheibe mit Reibflächen, vorzugsweise für Landfahrzeuge; sie weist dabei einen Grundkörper aus einem Basiswerkstoff auf, der zumindest an einer seiner Reibflächen zum Zusammenwirken mit einem Bremsbelag ganz oder abschnittsweise mit einer metallischen Reibbeschichtung versehen ist, die Verschleiß mindernde Hartpartikel, beispielsweise aus Keramik enthält, wobei die Reibbeschichtung als Sprühkompaktierungsbeschichtung ausgebildet ist.
Derartige verschleißbeständige Schichten, vor allem die durch thermisches Spritzen aufgebrachten, haben den Nachteil, dass die beschichtete Oberfläche eine hohe und inhomogene Rauheit aufweist und vor dem Einsatz erst mechanisch nachbearbeitet werden muss, etwa feingedreht oder geschliffen. Durch die Nachbearbeitung wird der Traganteil des Rauheitsprofils auf einen zum Einsatz als Reibfläche minimal erforderlichen Wert erhöht. Würde die Schicht nicht nachbearbeitet, so wäre vermehrter Bremsbelagverschleiß, Neigung zur Rissausbreitung oder im Falle einer Bremsscheibe gar eine unangenehm pulsierende Bremskraft die Folge. Die Nachbearbeitung stellt auch einen zusätzlichen Prozessschritt bei der Herstellung dar, was zusätzliche Kosten verursacht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Bremsscheibe oder Bremstrommel mit einer Reibschicht bereitzustellen, die ohne mechanische Nachbearbeitung in einem Reibsystem eingesetzt werden kann ohne zunächst zu vermehrtem Reibbelagsverschleiß zu führen und die kostengünstiger als bisher hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe oder Bremstrommel mit einer Reibschicht mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen der Bremsscheibe oder Bremstrommel werden durch die Unteransprüche beschrieben.
Die erfindungsgemäße Bremsscheibe oder Bremstrommel mit einer verschleißbeständigen Reibschicht weist in einer ersten Ausführungsform einen Grundkörper aus einem nicht partikelverstärkten Werkstoff auf, auf den zumindest in einem Oberflächenabschnitt eine Reibschicht aufgebracht ist. Die Reibschicht weist eine Matrix mit eingebetteten Verstärkungspartikeln auf. Die Verstärkungspartikeldichte nimmt in der Reibschicht in einer vom Grundkörper weg weisenden Richtung ab.
Die Oberfläche der Reibschicht ist dazu vorgesehen, in Kontakt mit einem anderen Reibpartner gebracht zu werden, wobei der andere Reibpartner etwa ein Bremsbelag sein kann. Die Verstärkungspartikel haben eine höhere Härte und Verschleißbeständigkeit als die Deckschicht. Der Verstärkungspartikelanteil in der Reibschicht nimmt insbesondere in Normalenrichtung der Reibschicht ab, was vorteilhaft durch gängige Spritzverfahren zum Aufbringen der Schicht zu erreichen ist. Erfindungsgemäß liegt der geringste Verstärkungspartikelanteil also ganz außen in der Reibschicht vor, was es einfach ermöglicht, allein durch die bestimmungsgemäße Verwendung der Bremsscheibe oder Bremstrommel im Reibsystem Unebenheiten und Rauheitsunterschiede zu beseitigen; der Bremsbelag schleift sich quasi selbst passend in die Reibschicht ein und trägt dabei die äußere Schicht ohne Verstärkungspartikel ab. Ist die Reibschicht dann durch Verschleiß so weit abgetragen, dass eine Schicht mit größerem Verstärkungspartikelanteil ganz außen liegt, so nimmt die Verschleißrate ab und der Verschleiß findet hauptsächlich im Bremsbelag statt. Das „Einschleifen“ kann direkt in der späteren Einbausituation erfolgen; zur Inbetriebnahme, was bei einer Bremse mit „Einrollen“ bezeichnet wird, werden keine weiteren Werkzeuge oder Bearbeitungsmaschinen benötigt.
In einer weiteren Ausführungsform der Bremsscheibe oder Bremstrommel kann die Reibschicht zwei oder mehr Teilschichten aufweisen. Bei den Teilschichten kann es sich vorteilhaft um eine bauteilnahe Funktionsschicht mit einem homogenen ersten Verstärkungspartikelanteil und eine äußere Deckschicht mit einem homogenen zweiten Verstärkungspartikelanteil handeln, der kleiner ist als der erste Verstärkungspartikelanteil.
Mit Funktionsschicht wird hierin die Schicht der Reibschicht bezeichnet, die zur Erreichung der Hauptfunktion der Reibschicht, nämlich verschleißbeständig Reibung zu erzeugen, bestimmt ist. In der Deckschicht dominieren die Werkstoffeigenschaften der Matrix; bei einer metallischen Matrix vergleichweise hohe Duktilität und geringe Härte, während in der Funktionsschicht die Eigenschaften der Verstärkungspartikel dominieren, also hohe Härte und tribologische Beständigkeit. Es kann vorgesehen sein, dass in der Deckschicht gar keine Verstärkungspartikel vorliegen und die Schicht nur aus dem Matrixwerkstoff besteht. In diesem Fall wird die Deckschicht bei der Inbetriebnahme durch den Reibkontakt mit dem Reibbelag vollständig abgetragen, sodass danach die Funktionsschicht die äußerste Schicht ist. Die Verstärkungspartikeldichte und der Matrixwerkstoff der Funktionsschicht können in Kombination mit der Beschaffenheit des Bremsbelags so abgestimmt werden, dass sich für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug-Bremssystem ein Gleitreibungskoeffizient von 0,40 bis 0,42 ergibt. Nach dem „Einrollen“ der Bremse hat die Reibschicht eine plane Oberfläche, einen Traganteil des Rauheitsprofils, der über 20 % liegt und auch in Bewegungsrichtung der Bremsscheibe oder Bremstrommel einen homogenen Rauheitsverlauf, was im Betrieb zu einer konstanten Bremskraft ohne Pulsieren beiträgt. Das „Einrollen“ kann gänzlich ohne den Einsatz von Werkzeugen oder Bearbeitungsmaschinen erfolgen; die erfindungsgemäße Bremsscheibe muss lediglich verbaut und die Bremse betätigt werden. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Funktionsschicht und die Reibschicht denselben Matrixwerkstoff aufweisen oder aber unterschiedliche Matrixwerkstoffe.
In einer noch weiteren Ausführungsform kann zwischen der Funktionsschicht und der Deckschicht eine Übergangsschicht vorliegen, in der der Verstärkungspartikelanteil vom ersten Verstärkungspartikelanteil bis zum zweiten Verstärkungspartikelanteil abnimmt, wobei die Abnahme vorteilhaft mit einer kontinuierlichen Änderungsrate erfolgt.
In der Übergangsschicht werden die unterschiedlichen Eigenschaften der Deckschicht und der Funktionsschicht, etwa hinsichtlich thermischer Ausdehnung, Dichte, Härte, kontinuierlich aneinander angepasst, sodass unter Belastung, d. h. Temperatur und Druckeinwirkung, Schäden durch Abplatzen der Schichten vorgebeugt werden. Eine solche Übergangsschicht ist prozesstechnisch einfach dadurch zu realisieren, dass der Beschichtungsanlage nach erfolgtem Aufbringen der Funktionsschicht einfach graduell die Zufuhr an Verstärkungspartikeln entzogen wird. Ein solcher gradueller Übergang ist insbesondere bei beschichteten Bremsscheiben wichtig, da hier Temperaturgradienten von einigen Hundert Kelvin auftreten können, was bei Schichten mit sich zu stark unterscheidenden Wärmeausdehnungskoeffizienten zu Rissbildung führen kann. Die auftretenden Spannungen durch thermische Ausdehnung werden durch die Übergangsschicht abgemildert, was dazu beiträgt, dass keine versagenskritischen Makrorisse entstehen, sondern die Rissbildung, wenn überhaupt, in Form eines Netzes aus Mikrorissen stattfindet.
Aufgrund der Angaben zur Zusammensetzung wird deutlich, dass in der Deckschicht die Eigenschaften der Matrix dominieren, wodurch diese bei der Inbetriebnahme werkzeugfrei abgetragen werden kann.
Bei einer Bremsscheibe oder Bremstrommel bezieht sich die Einbauposition auf einen Einbau in dem jeweiligen Bremssystem eines Kraftfahrzeugs. Es soll durch die Auswahl der Matrix der Reibschicht erreicht werden, dass das Abtragen der Deckschicht und/oder der Übergangsschicht möglichst schnell, vorteilhaft durch einmaliges Einbremsen geschehen kann. Die Deckschicht könnte also auch als „Opferschicht“ bezeichnet werden. Das Abtragen der Deckschicht soll im Fahrbetrieb möglichst schnell geschehen, da sich der Reibwert während des Einbremsens laufend ändert, was im normalen Betrieb nicht erwünscht ist.
Darüber hinaus kann die Dicke der Deckschicht in einem Bereich von 40 bis 260 µm liegen, wobei 50 bis 250 µm vorteilhaft sind. Die Dicke der Übergangsschicht kann alternativ oder zusätzlich in einem Bereich von 40 bis 160 µm liegen, wobei in einem Bereich von 50 bis 150 µm günstig sind. Die Funktionsschicht kann weiter eine Dicke in einem Bereich von 70 bis 750 µm haben, die vorteilhafterweise in einem Bereich von 100 bis 700 µm liegt.
Durch diese Schichtdicken wird einerseits sichergestellt, dass Rauheitsspitzen der Funktionsschicht oder der Übergangsschicht nicht durch die Deckschicht hindurch ragen und andererseits dafür gesorgt, dass Wärme, die an der äußeren Schicht durch Reibung entsteht, ohne zu große Wärmewiderstände in den Grundkörper geleitet werden kann. Dadurch kann der Temperaturgradient zwischen der Reibschicht und dem Grundkörper vergleichweise gering gehalten werden, was der Rissbildung und damit der Zerstörung der Schichten durch Abplatzen entgegenwirkt.
Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform kann die Matrix eine Metallmatrix sein, wobei eine Matrix aus Nickel oder einer Nickellegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Eisenlegierung vorteilhaft ist. Besonders geeignet sind Chrom-Stähle oder Chrom-Nickel-Stähle. Der Chrom-Stahl oder Chrom-Nickel-Stahl kann vorteilhaft auch die Legierungselemente Molybdän, Mangan sowie Nickel enthalten. Bei den Verstärkungspartikeln kann es sich um keramische Verstärkungspartikel handeln, die vorteilhaft aus einer Oxidkeramik, besonders vorteilhaft aus Aluminiumdioxid, Titandioxid und/oder Zirkondioxid bestehen. Es kann sich bei den Verstärkungspartikeln aber auch um karbidische Verstärkungspartikel handeln, die vorteilhafterweise ausgewählt sind aus der Gruppe Wolframkarbid, Chromcarbid oder SiC.
Es können jedoch auch noch andere Werkstoffe als die hier genannten Matrix- und/oder Verstärkungspartikelwerkstoffe eingesetzt werden, wenn es unter Beibehaltung des Erfindungsgedankens zweckdienlich erscheint. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass es sich bei den Verstärkungspartikeln um Mischungen aus verschiedenen Werkstoffen handelt; eine Mischung von 60 bis 97 Gew.-% Aluminiumoxid Al₂O₃ mit Rest Titandioxid TiO₂ ist eine vorteilhafte Mischung für die Verstärkungspartikel. Es sind jedoch auch Mischungen von keramischen und karbidischen Verstärkungspartikeln möglich.
Besonders geeignete Kombinationen aus Verstärkungsmaterial und Matrix sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Verstärkung Matrix

Al₂O₃ / ZrO₂ / TiO₂ Fe30Cr5Mo1Mn1Ni

WC / Cr₃C₂ Ni-Legierung

WC Cr/Ni-Stahl

WC/ Cr₃C₂ Ni-Legierung

Al₂O3 / TiO₂ Cr/Ni-Stahl
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Deckschicht aber auch eine andere Matrix aufweisen als die Funktionsschicht und/oder die Übergangsschicht. Die Matrix der Deckschicht kann insbesondere eine Nickel oder eine Nickellegierung sein, wobei die Legierung bevorzugt die Legierungselemente Chrom, Aluminium, Molybdän, Niob, Bor und/oder Silizium enthält. Alternativ kann die Deckschicht aber auch ein Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein, wobei eine Legierung mit den Legierungselementen Molybdän, Eisen und/oder Vanadium vorteilhaft ist.
Besonders geeignete Deckschichten sind aus einer der folgenden Legierungssysteme ausgewählt: Fe30Cr5Mo1 Mn1 Ni, NiCr-Legierungen, NiMoAI, NiAI, NiCrMoAI, NiCrAI, Al-Mo-Fe-V, Ni-B-Si- Legierungen, NiCrMoAINb und/oder Fe30Cr5Mo1 Mn1 Ni.
Indem für die Matrix der Deckschicht ein anderer Werkstoff gewählt wird als für die Matrix der Funktionsschicht können die Eigenschaften der Deckschicht noch genauer an das Anforderungsprofil angepasst werden, nämlich hohe Duktilität und geringe Verschleißbeständigkeit.
Die Reibschicht kann in einer weiteren Ausführungsform eine Spritzschicht sein, wobei eine thermische Spritzschicht, insbesondere eine Plasmaspritzschicht, vorteilhaft ist. Die genannten Fertigungsverfahren stellen jedoch keine Einschränkung dar, vielmehr können auch andere Fertigungsverfahren zum Aufbringen der Reibschicht geeignet sein, etwa Flammspritzen, Detonationsspritzen, Laserspritzen oder gar Kaltgasspritzen.
Die Reibschicht kann beim Bremsscheiben-Grundkörper auf eine oder beide Reibflächen des Reibrings aufgebracht werden. Der Grundkörper kann aber auch ein anderer Grundkörper sein, der zur Verwendung in einem anderen Bremssystem, etwa einem linearen Bremssystem, vorgesehen ist oder es kann sich gar um einen Grundkörper handeln, der nicht für den Einsatz in einem Bremssystem, sondern in einem beliebigen technischen System, bei dem es tribologischen Verschleiß zu vermindern gilt, geeignet ist, etwa eine Führung oder Zylinderlaufbahn. Der Grundkörper kann aus Metall bestehen, wobei eine Aluminiumlegierung oder Grauguss vorteilhaft sind.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigen:

1 eine Schnittansicht der Bremsscheibe oder Bremstrommel mit Reibschicht nach dem Beschichten,
2 eine Schnittansicht der Bremsscheibe oder Bremstrommel mit Reibschicht zu einem Zeitpunkt während der Inbetriebnahme,
3 eine Schnittansicht der Bremsscheibe oder Bremstrommel mit Reibschicht nach der Inbetriebnahme.

In 1 ist ein Schnitt durch die erfindungsgemäße Bremsscheibe oder Bremstrommel 1 mit Reibschicht 12 direkt nach dem Aufspritzen der Reibschicht 12 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Reibschicht 12 aus drei Teilschichten 123,124,125 besteht, wobei die Funktionsschicht 123 dem Grundkörper 11 am nächsten ist. Die Funktionsschicht 123 hat einen homogenen Verstärkungspartikelanteil, der so gewählt ist, dass in Reibpaarung hauptsächlich der andere Reibpartner, etwa ein Bremsbelag, verschleißt und nicht die Funktionsschicht 123 selbst. Nach außen schließt sich an die Funktionsschicht 123 eine Übergangsschicht 124 an, in der der Verstärkungspartikelanteil kontinuierlich bis auf den Verstärkungspartikelanteil in der äußeren Deckschicht 125 abnimmt, wobei es sogar sein kann, dass in der Deckschicht 125 gar keine Verstärkungspartikel 122 vorliegen. Dieser graduelle Übergang in der Übergangsschicht dient dazu die unterschiedlichen Eigenschaften in der Funktionsschicht 123 und der Deckschicht 125 fließend anzupassen um etwa zu verhindern, dass zu große Unterschiede der Wärmeausdehnung zu Versagen führen.
Die Verstärkungspartikel 122 sind in einer Matrix 121 eingebettet, deren Härte ausgeprägt geringer ist als die Härte der Verstärkungspartikel 122. Bei der Matrix 121 handelt es sich um eine metallische Matrix mit hoher Duktilität und bei den Verstärkungspartikeln 122 um keramische Verstärkungspartikel 122 mit großer Härte. Bei dem Grundkörper 11 handelt es sich um einen Bremsen-Grundkörper in Form einer Bremsscheibe oder einer Bremstrommel, jedoch ist auch denkbar, dass es sich bei dem Grundkörper um ein anderes Bauteil handelt, das eine verschleißbeständige Oberfläche aufweisen soll, etwa eine Kugelrollbahn, Gleitführung oder Zylinderlauffläche.
An der Oberfläche der Deckschicht 125 ist das durch das Spritzen verursachte Rauheitsprofil schematisch dargestellt, wobei zum Betrieb ein solches Rauheitsprofil nicht akzeptabel ist, da der Traganteil viel zu gering wäre, was wiederum zu erhöhtem Bremsbelagsverschleiß führen würde. Bisher war es nötig Reibflächen, die mit einer Beschichtung mit konstantem Verstärkungspartikelanteil beschichtet wurden, vor dem Einsatz mechanisch nachzubearbeiten, um die Rauheitsspitzen zu entfernen und somit den Traganteil auf deutlich über 20 % zu erhöhen. Ohne diese Nachbearbeitung würde durch die auch in den Rauhigkeitsspitzen vorliegenden Verstärkungspartikel zunächst ein sehr starker abrasiver Verschleiß der Reibbeläge stattfinden. Die erfindungsgemäße Bremsscheibe oder Bremstrommel 1 mit Reibschicht 12 muss nach dem Spritzen nicht nachbearbeitet werden, vielmehr kann es direkt eingebaut und in Betrieb genommen werden. Da in der Deckschicht 125 nur sehr wenige oder gar keine Verstärkungspartikel 122 vorliegen, ist es möglich die Deckschicht werkzeugfrei, d. h. nur durch den Reibbelag zu Verschleißen und durch diesen Verschleiß eine plane Oberfläche mit definierter Oberflächenrauheit zu erhalten. Die zum Abtragen notwendige Relativbewegung der obersten Schicht kann grundsätzlich sowohl durch Bewegen der Bremsscheibe oder Bremstrommel 1 als auch durch Bewegen des Reibbelags erreicht werden; es ist jedoch vorteilhaft, wenn die Bremsscheibe oder Bremstrommel 1, zur Inbetriebnahme sogleich an ihren geplanten Einbauort verbaut wird und der Reibbelag etwa durch einen Bremssattel auf die Reibfläche 12 gepresst wird. Die erfindungsgemäße Bremsscheibe oder Bremstrommel 1 kann also ohne vorherige mechanische Nachbearbeitung direkt eingebaut werden, da das Anpassen der Oberflächenrauheit an den Bremsbelag sowie das Einstellen des Reibwerts aufgrund des vorgeschlagenen Aufbaus der Reibschicht 12 allein durch Kontakt mit dem Reibbelag erfolgt.
Ein Zustand der Reibschicht 12 während der Inbetriebnahme durch definierten Verschleiß mit abgetragener Deckschicht 125 ist in 2 dargestellt. Dabei bildet die Übergangsschicht 124, in der der Verstärkungspartikelanteil nach außen abnimmt, die äußere Schicht. Um während des Betriebs einen konstanten Reibwert zu erhalten, muss auch noch die Übergangsschicht 124 durch Verschleiß abgetragen werden, sodass die äußerste Schicht die Funktionsschicht 123 mit konstanter Verstärkungspartikeldichte ist, was in 3 dargestellt ist, andernfalls wäre im Laufe des Betriebs eine Änderung des Reibwerts und damit der Bremskraft feststellbar.
Die Reibschicht 12 besteht dann nur noch aus der Funktionsschicht 123, die eine vergleichweise hohe homogene Verstärkungspartikeldichte aufweist. Die Verstärkungspartikel bestimmen den Reibwert maßgeblich, was in Reibpaarung mit dem Reibbelag zu einer sehr hohen Verschleißbeständigkeit führt, sodass eine erfindungsgemäß beschichtete Bremsscheibe während ihrer Lebensdauer kaum Dicke verliert und die Lebensdauer dadurch vervielfacht werden kann.

Claims

Bremsscheibe oder Bremstrommel (1) mit zumindest einer verschleißbeständigen Reibschicht (12), die einen Grundkörper (11) aus einem nicht partikelverstärkten Werkstoff aufweist, auf den zumindest in einem Oberflächenabschnitt eine Reibschicht (12) aufgebracht ist, die eine duktile Matrix (121) mit eingebetteten Verstärkungspartikeln (122) aufweist, wobei die Verstärkungspartikeldichte in der Reibschicht (12) in einer von dem Grundkörper (11) weg weisenden Richtung abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschicht (12) maximal drei Teilschichten (123,124,125) umfasst, mit einer Grundkörper-nahen Funktionsschicht (123) mit einem homogenen ersten Verstärkungspartikelanteil in einem Bereich von 45 bis 55 Gew.-%, und mit einer äußeren Deckschicht (125) mit einem homogenen zweiten Verstärkungspartikelanteil in einem Bereich von 0 bis 8 Gew.-%.
Bremsscheibe oder Bremstrommel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Funktionsschicht (123) und der Deckschicht (125) eine Übergangsschicht (124) vorliegt, in der der Verstärkungspartikelanteil von dem ersten Verstärkungspartikelanteil bis zu dem zweiten Verstärkungspartikelanteil abnimmt, bevorzugt mit einer konstanten Änderungsrate abnimmt.
Bremsscheibe oder Bremstrommel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der - Deckschicht (125) in einem Bereich von 40 µm bis 260 µm liegt, bevorzugt in einem Bereich von 50 µm bis 250 µm, liegt und/oder - der Übergangsschicht (124) in einem Bereich von 40 µm bis 160 µm liegt, bevorzugt in einem Bereich von 50 µm bis 150 µm, liegt und/oder - der Funktionsschicht (123) in einem Bereich von 70 µm bis 750 µm liegt, bevorzugt in einem Bereich von 100 µm bis 700 µm, liegt.
Bremsscheibe oder Bremstrommel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die Matrix (121) eine Metallmatrix ist, bevorzugt eine Matrix aus Nickel oder aus einer Nickellegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Eisenlegierung, besonders bevorzugt aus einem Chrom-Stahl oder einem Chrom-Nickel-Stahl, am meisten bevorzugt einen Chrom-Nickel-Stahl, der Molybdän, Mangan und/oder Nickel aufweist, und/oder - die Verstärkungspartikel (122) keramische Verstärkungspartikel sind, bevorzugt aus einer Oxidkeramik, besonders bevorzugt aus Aluminiumoxid, Titandioxid und/oder Zirkondioxid, und/oder karbidische Verstärkungspartikel sind, bevorzugt aus Wolframkarbid und/oder Chromkarbid.
Bremsscheibe oder Bremstrommel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (125) einen anderen Matrixwerkstoff als die Funktionsschicht (123) und/oder die Übergangsschicht (124) aufweist, bevorzugt - Nickel oder eine Nickellegierung, besonders bevorzugt eine Nickellegierung, die Chrom, Aluminium, Molybdän, Niob, Bor und/oder Silizium aufweist, oder - Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, besonders bevorzugt eine Aluminiumlegierung, die Molybdän, Eisen und/oder Vanadium aufweist.
Bremsscheibe oder Bremstrommel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschicht (12) eine Spritzschicht, bevorzugt eine thermische Spritzschicht, besonders bevorzugt eine Plasmaspritzschicht ist.