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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, bilden Scheibenbremsen die wohl am weitesten verbreitete Bauart von Bremsanlagen. Scheibenbremsen setzen sich im Wesentlichen aus einer Bremsscheibe und einem die Bremsscheibe randseitig umgreifenden Bremssattel zusammen. Hierbei ist die Bremsscheibe über eine drehbar im Achsschenkel gelagerte Radnabe mit dem abzubremsenden Rad des Fahrzeugs verbunden. Demgegenüber ist der Bremssattel an dem Achsschenkel fixiert. Die eigentliche Verzögerung wird durch an die Bremsscheibe anlegbare Bremsklötze erreicht, welche zu beiden Seiten der Bremsscheibe zwischen ihr und dem Bremssattel angeordnet sind.
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Je nach Anwendungsfall können Bremsscheiben sowohl aus Eisen aber auch aus Karbon-Keramik oder Aluminium bestehen. Dabei sollten Bremsscheiben eine möglichst verschleißarme sowie wenig Feinstaub abgebende Oberfläche aufweisen. Um dies zu erreichen, wird eine möglichst harte Oberfläche angestrebt. Bremsscheiben mit einem metallischen Basiskörper werden hierfür mit einer geeigneten Beschichtung versehen. Besagte Beschichtung erstreckt sich dabei wenigstens auf einen ringförmigen Oberflächenbereich des Basiskörpers, welcher den Bremsklötzen als Reibfläche oder Reibring dient. Dabei handelt es sich regelmäßig um einen ebenen Oberflächenbereich, welcher sich wenigstens aus zwei parallel zueinander erstreckenden und den Reibring seitlich und somit in seiner Dicke begrenzenden Reibflächen zusammensetzt.
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Da es sich bei Bremsscheiben um in Massen hergestellte Verschleißartikel handelt, werden diese primär aus Eisen, insbesondere aus Gusseisen gefertigt. Ohne die Anordnung einer Beschichtung kommt es zu einer raschen Ausbildung von Eisenoxid. Hierbei handelt es sich um einen korrosiven Vorgang, welcher die Bremsscheibe mit der Zeit zerstören kann. Neben der bereits durch leichten Flugrost verschlechterten Optik führt die Bildung von Oberflächenrost nicht selten zu einer akustischen Beeinträchtigung, welche sich in unangenehmem Quietschen äußert.
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Eine geeignete Beschichtung kann beispielsweise mit thermischem Spritzen erreicht werden. Hierbei wird das auf die Oberfläche des Basiskörpers aufzutragende Material zuvor durch Hitzeeinwirkung erweicht und in Form einzelner Partikel über einen Gasstrom beschleunigt. Beim Auftreffen der Partikel entsteht eine rein mechanische Verbindung ohne Aufschmelzen der Oberfläche des Basiskörpers. Bei den Materialien kann es sich um Metalle sowie oxidkeramische oder karbidische Werkstoffe handeln.
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Um den an sich nachteiligen da nur flächig haftenden Verbund zwischen der Beschichtung und dem Oberflächenbereich zu verbessern, wird dieser zuvor aufgeraut. Reines Sand- bzw. Korundstrahlen ermöglicht dabei eine nur mäßige Verklammerung der Beschichtung mit dem Oberflächenbereich des Basiskörpers.
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So geht aus der
DE 10 2011 075 821 A1 eine Bremsscheibe sowie ein Verfahren zu deren Herstellung hervor. Die Bremsscheibe umfasst einen Grundkörper, auf deren Oberfläche eine Verschleißschutzschicht aufgebracht ist, beispielsweise durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) und/oder atmosphärisches Plasma-Spritzen (APS). Um den notwendigen Verbund zwischen der Oberfläche des Grundkörpers und der aufzubringenden Verschleißschutzschicht zu verbessern, wird die Oberfläche in geeigneter Weise vorbehandelt. Hierzu wird der Einsatz von Laserstrahlung vorgeschlagen, um eine geeignete Oberflächentopographie des Grundkörpers zu erhalten. Als geeignete Oberflächentopographie wird beispielsweise das Einbringen einer mäanderförmigen und/oder rillenförmigen und/oder spiralförmigen Struktur angesehen.
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Die mittels Laserstrahlung erreichbare Aufrauhung des Oberflächenbereichs ist gegenüber dem Sand- bzw. Korundstrahlen verbessert. Allerdings lässt sich auch hierdurch mitunter kein ausreichend haltbarer Verbund zwischen dem Basiskörper und der Beschichtung erzielen. Ursächlich hierfür ist das Fehlen von Hinterschneidungen, durch welche eine mechanisch belastbare Verklammerung erst möglich wird. Um nun derart vorteilhafte Hinterschneidungen zu schaffen, sind im Stand der Technik diverse weitere Verfahren bekannt.
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Hierzu offenbart die
DE 10 2010 064 350 A1 eine Bremsscheibe mit einer Beschichtung. In diesem Zusammenhang wird ein Verfahren aufgezeigt, mit welchem die Beschichtung auf eine Oberfläche der Bremsscheibe aufgebracht werden kann. Um die Haftfähigkeit zwischen der Bremsscheibe und der Beschichtung zu erhöhen, wird die Oberfläche der Bremsscheibe mit Vertiefungen versehen. Dabei sollen jene, die Vertiefung begrenzenden Seitenwände so ausgestaltet sein, dass eine Breite der Vertiefung mit zunehmender Tiefe zunimmt. Im Ergebnis weist wenigstens eine Seitenwand der Vertiefung einen gegenüber der Oberfläche der Bremsscheibe geneigten Verlauf auf, so dass mindestens eine Hinterschneidung entsteht. Jene Vertiefungen werden Span abhebend in die Oberfläche der Bremsscheibe eingebracht, beispielsweise über ein Werkzeug mit entsprechenden Schneidkanten. Die Hinterschneidung ermöglicht eine Verklammerung der auf die Oberfläche der Bremsscheibe und insbesondere in deren Vertiefung einzubringenden Beschichtung.
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Weiterhin ist der
DE 10 2006 045 275 B3 ein Verfahren zur Vorbereitung einer zu beschichtenden Oberfläche eines Grundkörpers eines Produktes zu entnehmen. Um eine hohe Haftung der Beschichtung auf dem Grundkörper zu erreichen, wird dessen Oberfläche vor dem Aufbringen der Beschichtung Span abhebend bearbeitet. Die dabei entstehende Vertiefung ist dergestalt, dass deren die Vertiefung begrenzenden Seitenwände gegeneinander geneigt ausgeführt werden. Dabei soll sich die Vertiefung von ihrem Grund aus zur Oberfläche hin verjüngen, wodurch die sich gegenüberliegenden Seitenwände der Vertiefung jeweils eine Hinterschneidung bilden (Schwalbenschwanz). Zur Realisierung dieser doppelten Hinterschneidung wird ferner ein Span abhebendes Werkzeug aufgezeigt, welches zwei entsprechend entgegengesetzt zueinander orientierte Schneidflächen besitzt.
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Gemäß der
DE 10 2006 004 769 A1 soll zur Haftverbesserung von thermisch gespritzten Schichten auf eine Metalloberfläche ebenfalls zunächst deren Aufrauhung vorgenommen werden. Hierzu wird ebenfalls die Anordnung von Ausnehmungen oder Vertiefungen vorgeschlagen, welche durch eine Material abhebende oder abtragende Behandlung ausgebildet werden. Durch die zwischen den Ausnehmungen oder Vertiefungen verbleibenden Teile der Metalloberfläche werden entsprechende Vorsprünge, Rillen, Ausstülpungen oder Ausbuchtungen gebildet, welche in einem nächsten Schritt mechanisch umgeformt oder brechend nachbearbeitet werden. Ziel ist die Bildung einer Vielzahl von Hinterschneidungen durch in die jeweiligen Ausnehmungen oder Vertiefungen hinein reichende Teile der Metalloberfläche. Hierdurch wird eine mechanische Verklammerung zwischen der so vorbereiteten Metalloberfläche und der auf dieser thermisch aufgespritzten Schicht realisiert. Alternativ können die erhabenen Teile auch durch Wärmeeinwirkung aufgeschmolzen werden, deren Schmelztröpfchen nach dem Erstarren die Hinterschneidungen bilden. Auch wird eine spanende Bearbeitung der erhabenen Teile der Metalloberfläche aufgezeigt, welche eine nur unvollständige Materialablösung beinhaltet. Hierdurch sollen zusätzliche Hinterschneidungen geschaffen werden, welche durch teilweise geknickte oder gebogene Teile der so bearbeiteten Metalloberfläche gebildet werden. Für das Umbiegen der erhabenen Teile der Metalloberfläche wird insbesondere ein Walzvorgang oder ein jeweils schräg ansetzendes Press- oder Bestrahlungsverfahren vorgeschlagen, beispielsweise mit einem feinen rundlichen Pulver sowie Sand-, Korund- oder Kugelstrahlen. Im Rahmen eines Walzvorgangs wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Rauigkeit (Rz-Wert) der Metalloberfläche durch das Walzen verringert wird.
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Aus der
DE 10 2010 052 735 A1 ist eine Bremsscheibe sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt geworden, bei welchem ein Bremsscheibengrundkörper mit einer thermischen Spritzschicht versehen wird. Um die Haftung der Spritzschicht zu erhöhen, wird auch hierbei eine geeignete oberflächliche Vorbereitung gelehrt. Diese umfasst die Anordnung wenigstens einer Vertiefungsrille in dem Grundkörper der Bremsscheibe. Bei Einbringung mehrerer Vertiefungsrillen in den Bremsscheibengrundkörper mittels eines spanabhebenden Verfahrens sollen diese spiralförmig oder konzentrisch kreisförmig angeordnet werden. Wenigstens eine der die Vertiefungsrille begrenzenden Wandungen soll dabei so ausgestaltet sein, dass diese sich zumindest teilweise in die Vertiefungsrille hinein erstreckt, um wenigstens eine Hinterschneidung in der Vertiefungsrille zu bilden. Hierzu wird unmittelbar nach dem Einbringen der Vertiefungsrillen ein Umformprozess durchgeführt, bei dem jene die Vertiefungsrillen begrenzenden Teile unter Ausbildung der Hinterschneidungen gebrochen/umgeformt werden. Zum Einbringen der Vertiefungsrillen und dem Umformen der stehen bleibenden Oberflächenteile wird das Einspannen des Bremsscheibengrundkörpers in eine Drehmaschine vorgeschlagen. Während dessen Rotation sollen ein Schneidwerkzeug und ein Umformwerkzeug an einem ersten Bearbeitungsradius des Bremsscheibengrundkörpers beginnend radial nach Außen oder nach Innen über dessen Oberfläche geführt werden. Hierbei wird der Umformprozess direkt im Anschluss an den Schneidprozess zum Einbringen der Vertiefungsrillen durchgeführt. Als geeignetes Werkzeug wird eine Dualplatte benannt, welche eine Scheid- und eine Umformplatte umfasst. Somit wird nach dem Einbringen der Vertiefungsrille durch die Schneidplatte unmittelbar danach die Umformplatte der Dualplatte für den benötigten Umformschritt genutzt. Letztlich erfolgt das Spritzbeschichten der so vorbereiteten Oberfläche des Bremsscheibengrundkörpers.
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In der
DE 10 2011 087 575 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer Reibschicht beschichteten Komposit-Bauteils beschrieben. Das Komposit-Bauteil kann eine Bremsscheibe sein. Jedoch weist das Komposit-Bauteil als Vorsprünge ausgebildete, stiftartige Erhebungen auf, die während des Gießvorganges der zu beschichtenden Oberfläche erzeugt werden. Die stiftartigen Erhebungen sind im gleichen Abstand zueinander über die zu beschichtende Oberfläche verteilt. Rillen, die spanabhebend in den Basiskörper eingeschnitten wurden, offenbart die
DE 10 2011 087 575 A1 nicht. Allerdings offenbart die
DE 10 2011 087 575 A1 auch Hinterschnitte an den stiftartigen Erhebungen. Dazu werden die Hinterschnitte in etwa rotationssymmetrisch zu der Längsmittelachse der stiftartigen Erhebung ausgeführt, und weisen eine Pilskopfform auf. Dabei werden die Hinterschnitte durch plastisches Verformen erzeugt z.B. durch Stauchen oder Überrollen, quasi wie beim Nieten bekannt, so dass der Kopf kraftbeaufschlagt aufpilzt.
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Die
DE 10 2012 207 455 A1 beschäftigt sich mit einem Werkzeug zum mechanischen Aufrauen einer inneren Oberfläche einer Bohrung sowie mit einem entsprechenden Verfahren unter Einsatz dieses Werkzeugs. Hierdurch sollen insbesondere Zylinderbohrungen von Verbrennungsmotoren in geeigneter Weise vorbereitet werden können, um deren anschließende thermische Beschichtung zu ermöglichen. Zur Vorbereitung der Oberfläche wird eine Kombination aus Spanen und Walzen oder Rollieren aufgezeigt. Hierbei wird zunächst eine profilierte Schneidplatte verwendet, mit welcher längliche Vertiefungen in die Oberfläche des Substrats eingebracht werden. Zwischen den Vertiefungen verbleibende Profilstege werden anschließend mit einer Walze überfahren. Durch den über die Walze auf die Profilstege ausgeübten Druck werden die Profilstege bis zu 50% gegenüber ihrer anfänglichen Höhe zurückgesetzt. Die hierfür verwendete zylindrische Walze weist an ihrer Mantelfläche angeordnete Diamantkörner auf. Dabei besitzt die zylindrische Walze über ihre Erstreckung hinweg einen gleichbleibenden Durchmesser. Nach dem Walzen sind die Kanten der Profilstege derart verformt, dass Materialüberhänge und Mikrorisse in Form hinterschnittartiger und somit formschlussfähiger Konturen entstanden sind. Durch die Diamantkörner weisen die Profilstege kopfseitig zudem kraterförmige Eindrücke auf. Je nach Anwendungsfall ist ein Führen der Walze derart vorgesehen, dass diese auf dem Profilsteg entweder nur abrollt oder durch eine nicht orthogonale Achslage zu dem Verlauf des Profilstegs auf diesem gleitet. Im letzten Fall entstehen neben den Eindrücken zusätzliche Riefen, welche auf die spanende Wirkung der teilweise auf dem Profilsteg gleitenden Diamantkörner zurückzuführen sind. Zudem offenbart die
DE 10 2012 207 455 A1 eine mögliche konische Ausbildung von Walzen, die mit zunehmender axialer Überfahrung der Bearbeitungsstelle einen zunehmenden Druck aufbauen und damit eine zunehmende Verformung der Stege bewirken.
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Die
DE 20 2009 014 180 U1 beschäftigt sich mit Zylinderbohrungen, in welche thermisch Schichten aufgetragen werden, die nach einer Endbearbeitung die gewünschten tribologischen Eigenschaften hinsichtlich Reibung und Verschleiß aufweisen. Dabei wird ein Zerspanungsprozess zur Herstellung von Profilstegen mit einem Walzprozess zum Umformen der Profilstege kombiniert. Dabei weist das Umformwerkzeug eine Profilierung auf. Die Profilierung kann als dreieckige Spitze ausgeführt sein, wobei aber auch ein Profil in Form einer vertieften Wölbung vorgesehen sein kann. Weiter wird vorgeschlagen, zwei profilierte Umformwerkzeuge aufeinander folgen zulassen. Ein erstes Umformwerkzeug erzeugt eine Kerbe, in welche von einem folgenden Umformwerkzeug eingegriffen wird, um das Endprofil zu erstellen.
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Die
DE 10 2009 058 178 A1 offenbart ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Zylinderbohrungen, bei welchem zunächst mittels spanabhebender Bearbeitung Ausnehmungen sowie Ausstülpungen erzeugt werden. Durch Umformen der Ausstülpungen werden Hinterschnitte erzeugt, wobei auf die Oberfläche eine Spritzschicht aufgebracht wird. Dabei wird das Prinzip des inversen Rundknetens zum Umformen eingesetzt, bei dem als Umformelement dienenden Stößel einer Rundknetmaschine nach radial außen gegen Abschnitte der Ausstülpungen einer inneren Oberfläche des Hohlzylinders geschlagen werden.
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Die bekannten Verfahren ermöglichen die vorteilhafte Ausgestaltung von Hinterschneidungen an wenigstens einem Oberflächenbereich des Basiskörpers der Bremsscheibe. Gleichwohl ist das Einbringen von Vertiefungen mit wenigstens einer geneigten Seitenwand zur Ausbildung der Hinterschneidung als aufwendig anzusehen. Die hierfür erforderlichen Schneidwerkzeuge müssen eine entsprechende Kontur oder Stellung ihrer Bestandteile aufweisen. Die somit bereits in der Herstellung teureren Werkzeuge unterliegen zudem einem hohen Verschleiß. Dies gilt auch für die Anordnung eines Doppelwerkzeugs, bei welchem der Schneidplatte eine Umformplatte folgt. Der für die Verformung der stehen gebliebenen Teile des Oberflächenbereichs notwendige Anpressdruck geht zudem mit einer hohen Abbremsrate des zumeist drehend eingespannten Basiskörpers einher. Etwaiges Rupfen mit einer zumeist nur schwer kontrollierbaren Veränderung des Oberflächenbereichs kann hierbei zu mitunter nachteiligen Konturverläufen führen.
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Insgesamt bietet somit die Herstellung von Bremsscheiben mit einer ausreichend festen Beschichtung durch thermischen Auftrag noch Raum für Verbesserungen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für ein Fahrzeug vorzustellen, welches trotz kostengünstiger Massenfertigung eine haltbare Beschichtung ermöglicht. Weiterhin soll eine Bremsscheibe für ein Fahrzeug aufgezeigt werden, welche neben einer kostengünstigen Fertigung insbesondere eine verbesserte Haftung ihrer Beschichtung besitzt.
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Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe findet seine Lösung in den Maßnahmen des Anspruchs 1. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Gemäß der Erfindung wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für ein Fahrzeug vorgestellt, bei welchem ein Oberflächenbereich eines Basiskörpers der Bremsscheibe beschichtet wird. Erfindungsgemäß umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte:
- – Einbringen von Vertiefungsabschnitten in den Oberflächenbereich unter Ausbildung eines zwischen den Vertiefungsabschnitten verbleibenden Stegs wobei die Vertiefungsabschnitte in Form von Rillen in den Oberflächenbereich des Basiskörpers eingebracht werden;
- – Verformen des Stegs derart, dass dieser zumindest teilweise unter Ausbildung einer Hinterschneidung zu wenigstens einem der Vertiefungsabschnitte hin plastisch verdrängt wird;
- – Aufbringen einer Beschichtung auf den Oberflächenbereich.
Erfindungsgemäß wird der Steg zur Ausbildung der Hinterschneidung und zur Ausbildung von Einprägungen auf dessen Stirnfläche mit einem zumindest abschnittsweise als Kegelstumpf ausgestalteten Wälzkörper, dessen Verhältnis seines kleinen Umfangs zu einem inneren Umfang des Oberflächenbereiches dem Verhältnis seines großen Umfangs zu einem äußeren Umfang des Oberflächenbereiches entspricht, rolliert, wobei die Mantelfläche des als Kegelstumpf ausgestalteten Wälzkörpers parallel zum Oberflächenbereich des Basiskörpers geführt wird.
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Der zum Rollieren verwendete Wälzkörper ist also zumindest abschnittsweise als Kegelstumpf, bevorzugt vollständig als Kegelstumpf ausgestaltet. In dieser Ausgestaltung tritt eine entsprechend konisch ausgestaltete Mantelfläche des kegelstumpfförmigen Abschnitts des Wälzkörpers mit dem Oberflächenbereich in Kontakt, insbesondere in einen Linienkontakt.
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Der sich hieraus ergebende Vorteil besteht zunächst in der Ausbildung der Hinterschneidung mittels Rollieren. Bevorzugt wird der Wälzkörper dabei so geführt, dass dieser entlang der zuvor eingebrachten Vertiefungsabschnitte auf dem dazwischen verbliebenen Steg abgerollt wird. Hierzu kann eine Drehachse des Wälzkörpers normal zum Verlauf des Stegs geführt werden. Auf diese Weise wird ein etwaiger Schlupf zwischen der Mantelfläche und dem zu rollierenden Steg vermieden. Durch das Abrollen des Wälzkörpers auf einer Stirnfläche des wenigstens einen Stegs reduziert sich der Kontaktwiderstand zwischen Wälzkörper und Steg auf den Rollwiderstand des Wälzkörpers. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ohne Überwindung einer hohen Reibung ein gleichbleibender Anpressdruck über den Wälzkörper auf den Steg übertragen werden. Im Ergebnis wird ein Großteil des aufzuwendenden Anpressdrucks für die plastische Verformung des Stegs genutzt, wodurch eine kontrollierte Ausbildung der Hinterschneidung ermöglicht ist.
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Bei dem zu beschichtenden Oberflächenbereich handelt es sich besonders bevorzugt um eine Reibringfläche. Als Reibring ist dabei jener Teil des Basiskörpers der Bremsscheibe anzusehen, welcher für den Kontakt mit einem Bremsklotz vorgesehen ist. In der bestimmungsgemäßen Einbaulage der Bremsscheibe, beispielsweise an einem Fahrzeug, tritt diese in der Regel mit wenigstens zwei Bremsklötzen in Kontakt. Diese werden bei einem Bremsvorgang auf die sich gegenüberliegenden und den Reibring begrenzenden Reibringflächen gepresst. Das Anpressen geschieht über einen Bremssattel, welcher den Reibring zumindest bereichsweise umgreift. Hierbei sind die Bremsklötze zu beiden Seiten der Bremsscheibe zwischen deren Reibring und dem Bremssattel angeordnet.
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Bei dem zu beschichtenden Oberflächenbereich handelt es sich folglich bevorzugt um wenigstens eine ebene, runde Stirnfläche des Basiskörpers, welche die Form eines Kreisrings aufweist. In eben diesen Kreisring werden durch das erfindungsgemäße Verfahren die einzelnen Vertiefungsabschnitte eingebracht.
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Die mitunter vorteilhafte Vermeidung von Schlupf zwischen den Stirnflächen der Stege und der Mantelfläche des Wälzkörpers liegt in dessen zumindest abschnittsweisen konischen Ausgestaltung begründet. So kann die Mantelfläche des als Kegelstumpf ausgebildeten Teils des Wälzkörpers parallel zum Oberflächenbereich geführt werden. Dabei ist die Drehachse des konischen Wälzkörpers automatisch gegenüber dem Oberflächenbereich geneigt. In Bezug auf die konische Ausgestaltung sind die beiden endseitigen Umfänge des als Kegelstumpf ausgebildeten Abschnitts des Wälzkörpers an den inneren und den äußeren Umfang des Oberflächenbereichs des Reibrings angepasst. Dabei kommt es insbesondere auf das Verhältnis der jeweils miteinander korrespondierenden Umfänge von Wälzkörper und Oberflächenbereich an. Erfindungsgemäß entspricht hierbei das Verhältnis des kleinen Umfangs des Wälzkörpers zu einem inneren Umfang des Oberflächenbereichs dem Verhältnis des großen Umfangs des Wälzkörpers zu einem äußeren und somit entsprechend längeren Umfang des Oberflächenbereichs. Hierdurch kann der Wälzkörper ohne Schlupf auf dem Oberflächenbereich abrollen, sofern dessen Drehachse radial auf ein Rotationszentrum des rotationssymmetrischen Basiskörpers gerichtet wird.
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Durch das erst nach dem Einbringen der Vertiefungsabschnitte erfolgende Ausbilden der Hinterschneidung sind keine besonderen Anforderungen an das benötigte Schneidwerkzeug zu stellen. Bevorzugt handelt es sich hierbei um ein solches, mit welchem die Vertiefungsabschnitte durch einen Span abhebenden Vorgang erstellt werden. Durch den Verzicht auf eine etwaige Schrägstellung von Teilen des Schneidwerkzeugs zur Erzeugung der Hinterschneidung ist dieses problemlos in das Material des Basiskörpers einführbar. Bereits zur Ausbildung einer Hinterschneidung vorgesehene Schneidwerkzeuge haben hierbei den Nachteil, dass diese entweder von einem Randbereich aus in das Material gefahren werden oder aber einen Ansatz mit einer entsprechenden Aufweitung erzeugen. So muss zunächst der den Grund der Vertiefungsabschnitte bildende Teil des Schneidwerkzeugs in seine vorbestimmte Tiefe innerhalb des Oberflächenbereichs eingebracht werden, bevor dieser in zumeist gleichbleibender Höhe durch das Material hindurch gezogen wird.
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Insbesondere in Kombination mit einer geeigneten Ausgestaltung der Mantelfläche des Wälzkörpers oder einer etwaigen Neigung der Drehachse des Wälzkörpers gegenüber der Stirnfläche des Stegs lässt sich eine definierte Verformung des Stegs erreichen, beispielsweise der den Steg gegenüber den Vertiefungsabschnitten begrenzenden Kanten des Stegs.
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Selbstverständlich ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch ein Kombinationswerkzeug denkbar. Dieses könnte eine konstruktive Kombination aus dem Schneidwerkzeug und dem Wälzkörper aufweisen. Hierdurch könnte die vorteilhafte Verformung des Stegs innerhalb eines Arbeitsgangs unmittelbar nach dem Einbringen des Vertiefungsabschnitts erfolgen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Stirnfläche des Stegs durch mindestens eine an der Mantelfläche des Wälzkörpers angeordnete Erhebung geprägt wird. Im Rahmen der Erfindung wird unter Prägen ein Eindrücken der Erhebung in das Material des Basiskörpers, insbesondere des Stegs verstanden. Durch das Eindrücken der wenigstens einen Erhebung wird das Material zunächst verdichtet. Bevorzugt ist die Erhebung so ausgestaltet, dass deren Eindrücken eine Verdrängung des Materials bewirkt. Besonders bevorzugt wird das Material beim Eindrücken der Erhebung seitlich verdrängt.
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Insbesondere bei einer Führung der Erhebung des Wälzkörpers nah einer Kante des Stegs und/oder nah einer dem Steg gegenüberliegenden Kante eines der Vertiefungsabschnitte kann so das Material in Richtung eines Vertiefungsabschnitts verdrängt werden. Mit anderen Worten kann hierdurch mindestens eine der die Vertiefungsabschnitte begrenzenden Kanten so plastisch deformiert werden, dass diese teilweise unter Ausbildung einer Hinterschneidung in einen Vertiefungsabschnitt hinein ragt. Die sich durch das Eindrücken der Erhebung ergebenden Materialverwerfungen wirken sich überwiegend zu den Vertiefungsabschnitten hin aus. Ursächlich hierfür ist die dem seitlichen Ausweichen des Materials ansonsten entgegengesetzte Haltewirkung des umliegenden Materials. Das beim Eindrücken der Erhebung fließende Material führt folglich zu einer Streckung, welche sich im Wesentlichen zu den Vertiefungsabschnitten hin zeigt.
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In diesem Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Wälzkörper eine Vielzahl von Erhebungen besitzt. Hierdurch können diverse Teilbereiche der die Vertiefungsabschnitte begrenzenden Kanten durch einfaches Abrollen des Wälzkörpers zu Hinterschneidungen umgeformt werden. Überdies wird beim Einsatz einer Vielzahl von Erhebungen die Stirnfläche des wenigstens einen Stegs derart umgestaltet, dass diese neben den sich ergebenden Materialverwerfungen unter Ausbildung von Hinterschneidungen zudem eine perforierte Oberfläche erhält. Je nach Ausgestaltung von Wälzkörper und Vertiefungsabschnitten werden auch jene die Vertiefungsabschnitte auch zu den anderen Seiten hin begrenzenden Teilflächen des Basiskörpers von dem Wälzkörper erfasst. Demnach können bevorzugt innerhalb eines einzelnen Abrollvorgangs des Wälzkörpers auf dem Basiskörper größere Teilbereiche des zu bearbeitenden Oberflächenbereichs gleichzeitig geprägt werden. Die so erzeugte Aufrauung ermöglicht bereits eine Steigerung der Schubfestigkeit zwischen den später anzuordnenden Beschichtung und dem zu beschichtenden Oberflächenbereich des Basiskörpers.
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Bei den Erhebungen kann es sich um feinkörnige Hartstoffe handeln, welche auf der Mantelfläche des Wälzkörpers angeordnet sind. Bevorzugt kann es sich hierbei um eine Diamantkörnung handeln, welche beispielsweise in eine Nickelmatrix auf der Mantelfläche des Wälzkörpers eingebettet ist.
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Besonders bevorzugt wird eine Vielzahl von Vertiefungsabschnitten in den Basiskörper eingebracht, so dass eine Vielzahl von verbleibenden Stegen zwischen diesen ausgebildet wird.
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In diesem Zusammenhang wird es als vorteilhaft erachtet, dass zumindest zwei Stege gleichzeitig durch den konischen Wälzkörper rolliert werden. Besonders bevorzugt ist der Wälzkörper dabei so an den zu rollierenden Oberflächenbereich des Basiskörpers angepasst, dass sämtliche nebeneinander angeordnete Vertiefungsabschnitte vollständig überdeckt werden. Hierdurch kann der konisch verlaufende Abschnitt der Mantelfläche des Wälzkörpers mit den nebeneinander liegenden Stegen zwischen den Vertiefungsabschnitten gleichzeitig in eine Linienberührung gelangen. Dank der Ausprägung als Kegelstumpf rollt die Mantelfläche des Wälzkörpers dabei schlupflos auf den einzelnen Stegen ab.
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So kann eine Länge des Wälzkörpers in Bezug auf die Anordnung der Vertiefungsabschnitte so ausgestaltet sein, dass der Wälzkörper in einem einzelnen Rolliervorgang über wenigstens zwei oder mehr oder sämtliche Stege hinweg auf diesen abgerollt wird. In vorteilhafter Weise ist die Länge des Wälzkörpers somit an die Anzahl der in radialer Richtung des Reibrings nebeneinander gelegenen Stege zwischen den Vertiefungsabschnitten angepasst. Auf diese Weise können die Stege mit einem einzelnen Rolliervorgang gleichzeitig rolliert werden. Besonders bevorzugt weist der Wälzkörper dabei eine den jeweils innersten und äußersten Steg überragende Länge auf. Durch den sich so ergebenden Überstand der Mantelfläche des Wälzkörpers ist sichergestellt, dass auch die äußersten Kanten der jeweils äußeren Stege mit der Mantelfläche, insbesondere mit den daran angeordneten Erhebungen in Kontakt kommen. Hierdurch werden auch an den jeweils äußersten Kanten der Stege entsprechende Hinterschneidungen ausgebildet.
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So wird der innere und äußere Umfang besagten Oberflächenbereichs beispielsweise durch den jeweils letzten inneren sowie letzten äußeren Steg zwischen den entsprechenden Vertiefungsabschnitten definiert. Besonders bevorzugt werden dabei die voneinander weg weisenden Außenkanten des innersten und des äußersten Stegs von der konischen Mantelfläche überragt.
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In diesem Zusammenhang ist darauf zu achten, dass in jenen, die besagten Stege überragenden Bereichen der Mantelfläche zur Prägung dienende Erhebungen angeordnet sind. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch die äußersten Kanten zumindest teilweise in den jeweils letzten inneren und äußeren Vertiefungsabschnitt hinein unter Ausbildung von Hinterschneidungen verdrängt werden.
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So kann der Wälzkörper in Bezug auf seinen kegelstumpfförmigen Abschnitt beispielsweise einen kleinen inneren Durchmesser mit 10,0 mm und einen dem gegenüberliegenden großen äußeren Durchmesser mit 40,0 mm besitzen. Weiterhin beispielhaft kann der zu bearbeitende Oberflächenbereich des Basiskörpers der Bremsscheibe in Bezug auf den Reibring einen äußeren Durchmesser von 400,0 mm und einen entsprechend inneren Durchmesser mit 100,0 mm aufweisen. Bei einer radial zum Basiskörper geführten Linienberührung zwischen Oberflächenbereich und Wälzkörper würde dieser im vorliegenden Beispiel 10 Umdrehungen um seine Drehachse herum vollziehen, um den gesamten Umfang des Oberflächenbereichs abzudecken. Theoretisch würde hierbei eine weitere Umdrehung bewirken, dass die einzelnen Erhebungen exakt in dieselben zuvor geprägten Vertiefungen eintauchen würden. Hierdurch wird der schlupffreie Bearbeitungsvorgang verdeutlicht.
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Bei der Lagerung des konisch ausgebildeten Wälzkörpers ist dessen notwendige Neigung seiner Drehachse in Bezug auf die Ebene des Oberflächenbereichs des Basiskörpers zu beachten. Bevorzugt ist dessen Drehachse dabei radial und axial in einer geeigneten Haltevorrichtung gelagert. Demgegenüber kann der Basiskörper über eine geeignete Einspannung um sein Rotationszentrum herum rotiert werden. Weiterhin kann die Drehachse des Wälzkörpers einen Freilauf besitzen, so dass sich der Wälzkörper im angepressten Zustand relativ zu dem rotierenden Basiskörper um seine Drehachse herum drehen kann.
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Dank der Erfassung mehrerer Stege oder bevorzugt sämtlicher Stege gleichzeitig wird eine deutliche Zeitersparnis in Bezug auf das Rollieren des Oberflächenbereichs des Basiskörpers erreicht.
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Insbesondere bei einem gleichzeitigen Rollieren mehrerer Stege ermöglicht somit die konische Ausgestaltung des Wälzkörpers die mitunter vorteilhafte Vermeidung von Schlupf zwischen den Stirnflächen der Stege und der Mantelfläche des Wälzkörpers.
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In einer alternativen Ausgestaltung wird eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin gesehen, dass der Wälzkörper so ausgestaltet ist, dass die Mantelfläche auf wenigstens zwei der Stege mit Schlupf abgerollt werden kann. Alternativ oder in Kombination hierzu können der Wälzkörper und der Basiskörper der Bremsscheibe auch so zueinander angeordnet sein, dass die Mantelfläche des Wälzkörpers auf wenigstens einem der Stege mit Schlupf abgerollt werden kann. Ziel hierbei ist die im Wesentlichen normale Führung des Wälzkörpers zu dem Verlauf der verbleibenden Stege, wobei eine Überlagerung von Walzen und Gleiten des Wälzkörpers zum besagten Schlupf führt.
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Der Vorteil des zumindest bereichsweise sich ergebenden Schlupfes ist darin zu sehen, dass insbesondere bei einer Vielzahl von Erhebungen deren Einprägen zumindest teilweise mit einer parallel zum Oberflächenbereich des Basiskörpers einhergehenden Schubbewegung einhergeht. Mit anderen Worten wird das Material dabei sowohl seitlich verdrängt als auch in wenigstens eine Richtung zusätzlich seitlich verschoben. Bevorzugt wird das Material dabei in Form von Graten über die jeweiligen Kanten hinaus in Richtung der Vertiefungsabschnitte verschoben, so dass zusätzliche Hinterschneidungen entstehen oder die sich ohnehin durch das Prägen ergebenden weiter verstärkt werden.
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Ein Schlupf des kegelstumpfförmig ausgebildeten Wälzkörpers kann beispielsweise durch dessen parallelen Versatz zu einer radialen Ausrichtung auf das Rotationszentrum der Bremsscheibe erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dessen Drehachse gegenüber der radialen Ausrichtung auf das Rotationszentrum der Bremsscheibe zu neigen.
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Der Wälzkörper wird grundsätzlich bevorzugt mit einer definierten Kraft auf den Oberflächenbereich des Basiskörpers der Bremsscheibe gepresst. Hierdurch wird der Rolliervorgang nicht weggesteuert, sondern kraftgesteuert durchgeführt.
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Im Rahmen der Erfindung wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Vertiefungsabschnitte in Form wenigstens einer zusammenhängenden spiralförmigen Rille in den Oberflächenbereich des Basiskörpers eingebracht werden. Alternativ hierzu oder in einer Kombination wird es ebenfalls als vorteilhaft angesehen, wenn die Vertiefungsabschnitte in Form konzentrisch verlaufender Rillen in den Oberflächenbereich des Basiskörpers eingebracht werden.
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In diesem Zusammenhang wird der Basiskörper der jeweils herzustellenden Bremsscheibe bevorzugt zunächst drehend eingespannt. Da es sich hierbei um einen zumeist rotationssymmetrischen Körper handelt, liegt dessen Rotationsachse dabei im Rotationszentrum der drehbaren Einspannung. Während der Basiskörper in eine Drehbewegung um seine Rotationsachse herum versetzt wird, kann das schneidende Werkzeug zum Einbringen der Vertiefungsabschnitte an den Oberflächenbereich des Basiskörpers angenähert werden. Nun kann das schneidende Werkzeug beispielsweise an einem radial äußeren Teilbereich oder an einem radial inneren Teilbereich des Oberflächenbereichs angesetzt werden. Je nach Ausgestaltung kann das schneidende Werkzeug nun in das Material gefahren werden, so dass sich eine konzentrische Form für den ersten Vertiefungsabschnitt ergibt. Anschließend kann das schneidende Werkzeug abgehoben und erneut in einem Abstand zu dem bereits ausgebildeten Vertiefungsabschnitt in das Material gefahren werden. Auf diese Weise können nacheinander eine Vielzahl von äquidistanten Vertiefungsabschnitten erzeugt werden, wobei sich zwischen diesen jeweils ein Steg aus stehen bleibendem Material ausbildet.
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Alternativ oder in Kombination hierzu können wenigstens einige der Vertiefungsabschnitte auch in einer zusammenhängenden Spiralform angeordnet werden, indem das schneidende Werkzeug nach dessen Einfahren in das Material kontinuierlich radial bewegt wird. Besagte Bewegung kann dabei je nach Startpunkt zu einem Rand des Basiskörpers hin oder zu dessen Rotationsachse hin verlaufen.
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Bei Bedarf können die Führung des schneidenden Werkzeugs und die Rotation des eingespannten Basiskörpers so aufeinander abgestimmt werden, dass die Vertiefungsabschnitte beispielsweise einen mäanderförmigen Verlauf erhalten oder aber die verbleibenden Stege in einigen Bereichen dünner und in anderen Bereichen dicker ausgeführt werden.
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Selbstverständlich kann die Einspannung bei Bedarf auch derart erfolgen, dass die Rotationsachse des Basiskörpers versetzt zu einer Drehachse der Einspannung eingespannt wird. Hierdurch können Vertiefungsabschnitte erzeugt werden, welche eben nicht konzentrisch um die Rotationsachse des Basiskörpers verlaufen.
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Um die erforderliche Beschichtung zu erhalten, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn diese mittels thermischen Spritzens auf den Oberflächenbereich des Basiskörpers aufgebracht wird. Durch die dabei beschleunigten Partikel können diese in die Vertiefungsabschnitte und dabei insbesondere derart unter deren erfindungsgemäß erstellte Hinterschneidungen greifen, dass eine mechanische Verklammerung entsteht.
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Das nunmehr vorgestellte Verfahren ermöglicht eine kostengünstige und für die Massenproduktion geeignete Möglichkeit zur Vorbereitung des Basiskörpers einer Bremsscheibe für deren zumindest teilweise Beschichtung. Insbesondere die Ausbildung von Hinterschneidungen durch vorteilhaftes Rollieren des mit den Vertiefungsabschnitten versehenen Basiskörpers wird eine ideale Basis für eine überaus haltbare Beschichtung geschaffen. Durch die Anordnung von Erhebungen auf der Mantelfläche des Wälzkörpers wird durch das so verdrängte Material eine Vielzahl von Graten geschaffen, welche allesamt eine mechanische Verklammerung mit der aufzubringenden Beschichtung zulassen.
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Insgesamt wird durch das vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren die notwendige Voraussetzung für die sichere Funktion der thermisch aufgebrachten Spritzschicht geschaffen. Dank der einfachen Anordnung einer Vielzahl von Hinterschneidungen wird eine mechanische Aufrauhung erzeugt, welche eine feste Verbindung der Beschichtung mit dem Basiskörper erlaubt. Aufgrund der beim Bremsvorgang auftretenden Belastungen ist insbesondere eine hohe Belastbarkeit in tangentialer Richtung zu besagtem Oberflächenbereich notwendig, welche mit dem vorliegenden Verfahren kostengünstig gegeben ist. Durch die Kombination aus lateralen Schrumpfspannungen des thermisch aufgetragenen Beschichtungsmaterials und dessen Adhäsion auf dem Basiskörper sowie dem Formschluss aufgrund der Hinterschneidungen lässt sich vorliegend eine dauerhaft belastbare Verbindung zwischen Beschichtung und Basiskörper erreichen.
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Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bremsscheibe umfasst einen Basiskörper und eine auf einem Oberflächenbereich des Basiskörpers angeordnete Beschichtung. Dabei weist der Oberflächenbereich wenigstens zwei Vertiefungsabschnitte und mindestens einen zwischen diesen verbliebenen Steg auf, welcher wenigstens eine Hinterschneidung besitzt. Auf diese Weise ist die Beschichtung mit dem Oberflächenbereich des Basiskörpers verklammert. Es ist ein über den Steg rollierender zumindest abschnittsweise als Kegelstumpf ausgestalteter Wälzkörper vorgesehen, dessen Verhältnis seines kleinen Umfangs zu einem inneren Umfang des Oberflächenbereiches dem Verhältnis seines großen Umfangs zu einem äußeren Umfang des Oberflächenbereiches entspricht, wobei die Mantelfläche des als Kegelstumpf ausgestalteten Wälzkörpers parallel zum Oberflächenbereich des Basiskörpers führbar ist und Erhebungen aufweist, und wobei der Steg eine der Beschichtung zugewandte Stirnfläche besitzt, wobei die Stirnfläche mindestens eine Einprägung aufweist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Hinterschneidung aus einer plastischen Verformung des Stegs gebildet ist. Mit anderen Worten ist hierbei erkennbar, dass die Hinterschneidung nicht durch eine Span abhebende Fertigung erzeugt ist, sondern durch eine zumindest teilweise plastische Verdrängung einzelner Teile des Basiskörpers im Bereich der Vertiefungsabschnitte.
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Besonders bevorzugt kann die Stirnfläche des wenigstens einen Stegs eine Struktur aus einer Vielzahl von Einprägungen besitzen. In vorteilhafter Weise sind wenigstens einige der Einprägungen im Bereich wenigstens einer Kante des Stegs angeordnet. Dabei gehen besagte Einprägungen in Grate über, welche über die Kante hinaus zu einem der Vertiefungsabschnitte hin ausgerichtet sind. Hierdurch ragen Teile der Kanten in die Vertiefungsabschnitte hinein, wodurch entsprechende Hinterschneidungen ausgebildet sind. Selbstverständlich können die Grate auch an solchen Kanten angeordnet sein, welche die Vertiefungsabschnitte an jenen dem Steg gegenüberliegenden Seiten begrenzen. Weiterhin wird es als vorteilhaft angesehen, wenn eine Vielzahl von Vertiefungsabschnitten und somit eine Vielzahl von Stegen auf dem Oberflächenbereich des Basiskörpers angeordnet ist.
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In diesem Zusammenhang können die einzelnen Vertiefungsabschnitte in Form wenigstens einer zusammenhängenden spiralförmigen Rille in den Oberflächenbereich des Basiskörpers eingebracht sein. Alternativ oder in Kombination hierzu können einzelne Vertiefungsabschnitte als konzentrisch verlaufende Rillen in den Oberflächenbereich des Basiskörpers eingebracht sein.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von unterschiedlichen, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bremsscheibe in einer Ansicht,
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2 einen Teilschnitt durch die Bremsscheibe aus 1,
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3 einen Detailausschnitt eines Randbereichs der Bremsscheibe aus 2 in vergrößerter und ansonsten gleicher Darstellungsweise,
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4 den Detailausschnitt aus 3 nach einem ersten Bearbeitungsschritt in selber Darstellungsweise,
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5 das Ergebnis des ersten Bearbeitungsschritt aus 4 in einer Ansicht,
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6 das Ergebnis des ersten Bearbeitungsschritt aus 4 während eines zweiten Bearbeitungsschritts in selber Darstellungsweise,
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7 den Detailausschnitt aus 4 während bzw. nach dem zweiten Bearbeitungsschritt in 6 im Detailausschnitt gemäß 4,
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8 eine alternative Durchführung zu dem zweiten Bearbeitungsschritt in 6 in selber Darstellungsweise,
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9 eine weitere alternative Durchführung zu dem zweiten Bearbeitungsschritt in 6 in selber Darstellungsweise,
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10 das Ergebnis des zweiten Bearbeitungsschritts der 6 und 7 im Detailausschnitt gemäß 7,
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11 den Detailausschnitt aus 10 nach einem dritten finalen Bearbeitungsschritt in selber Darstellungsweise sowie
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12 eine Variante zum zweiten Bearbeitungsschritt in 7 in selber Darstellungsweise.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 ist eine schematische Darstellung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bremsscheibe 1 vor ihrer zumindest bereichsweisen Beschichtung zu entnehmen. Diese weist einen kreisrunden Basiskörper 2 auf, welcher sich als Rotationskörper rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse a herum erstreckt. Der Basiskörper 2 ist bevorzugt aus Gusseisen (Grauguss) gebildet. Der Basiskörper 2 weist einen umlaufenden äußeren Reibring 3 auf, welcher für den Kontakt mit nicht näher dargestellten Bremsklötzen eines Bremssattels vorgesehen ist. Im Zentrum des Basiskörpers 2 ist eine Öffnung 4 vorgesehen, welche in einer – in 2 deutlicher ersichtlichen – Ausstellung 5 des Basiskörpers 2 angeordnet ist.
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Um die Öffnung 4 herum sind in gleichmäßigen Abständen vorliegend fünf Durchgangslöcher 6 durch die Ausstellung 5 hindurch angeordnet. Besagte Durchgangslöcher 6 dienen der Aufnahme hier nicht näher dargestellter Radbolzen, über welche die Bremsscheibe 1 zusammen mit einem nicht gezeigten Rad mit einer ebenfalls nicht gezeigten Radnabe verbindbar ist. Eine Ebene b-b trennt mit Bezug auf die Darstellung von 1 die Bremsscheibe 1 in ihrer Vertikalen, wobei 2 die Ansicht auf einen Schnitt durch besagte Ebene b-b zeigt.
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2 zeigt einen Schnitt durch die Ebene b-b des Basiskörpers 2 der Bremsscheibe 1 aus 1. Der Einfachheit halber bezieht sich der dargestellte Schnitt nur auf eine Hälfte des Basiskörpers, welche bis zu seiner Rotationsachse a reicht. In dieser Ansicht wird deutlich, dass sich sowohl die Öffnung 4 als auch die Durchgangslöcher 6 durch eine Anlagefläche 9 der Ausstellung 5 hindurch erstrecken. Wie zu erkennen, steht die Ausstellung 5 gegenüber dem Reibring 3 des Basiskörpers 2 vor. Der Reibring 3 selbst umfasst zwei parallel zueinander ausgerichtete Reibflächen 7, 8, näherhin eine erste Reibfläche 7 und eine zweite Reibfläche 8. Die Reibflächen 7, 8 begrenzen den Reibring 3 in seiner Dicke c und treten bei einem Bremsmanöver mit den nicht näher dargestellten Bremsklötzen in Kontakt.
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Der Reibring 3 weist einen strichpunktierten Kreis D auf, dessen Inhalt als vergrößerter Detailausschnitt des Reibrings 3 in 3 gezeigt ist.
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3 zeigt den Inhalt des strichpunktierten Kreises D aus 2 als vergrößerten Detailausschnitt des Reibrings 3. Vorliegend ist ein Teil des Reibrings 3, näherhin dessen erste Reibfläche 7 im Ausgangszustand gezeigt. Hierbei ist die Reibfläche 7 zunächst eine plane Fläche des Reibrings 3. Die weitere Bearbeitung des Basiskörpers 2 wird im weiteren Verlauf anhand der Reibfläche 7 des Basiskörpers 2 näher erläutert.
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4 ist nochmals der Inhalt des Kreises D aus 2 zu entnehmen, wie er bereits aus 3 hervorgeht. Der hier gezeigten Vergrößerung des Reibrings 3 ist gegenüber 3 nun im Bereich der ersten Reibfläche 7 zu entnehmen, dass in einen Oberflächenbereich 10 des Basiskörpers 2 auf nicht näher gezeigte Weise eine Vielzahl von Vertiefungsabschnitten 11, 12 eingebracht wurden. Besagte Vertiefungsabschnitten 11, 12 wurden unter Ausbildung von zwischen diesen verbleibenden Stegen 13 in dem Oberflächenbereich 10 angeordnet. Stellvertretend und zur besseren Darstellbarkeit wurden in 4 nur zwei unmittelbar benachbarte Vertiefungsabschnitte 11, 12 mit Bezugszeichen versehen, näherhin ein erster Vertiefungsabschnitt 11 und ein zweiter Vertiefungsabschnitt 12 sowie der zwischen diesen beiden Vertiefungsabschnitten 11, 12 verbliebene Steg 13.
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Aus 4 geht somit die Situation hervor, wie sie sich nach dem Einbringen der Vertiefungsabschnitte 11, 12 in den Oberflächenbereich 10 des Basiskörpers 2 ergibt; vorliegend in den Reibring 3. Hierzu wurde ein nicht näher gezeigtes schneidendes Werkzeug genutzt, um die Vertiefungsabschnitte 11, 12 in den Basiskörper 2 einzubringen.
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5 zeigt die Anordnung der Vertiefungsabschnitte 11, 12 auf dem Oberflächenbereich 10 des Basiskörpers 2 in einer Aufsicht. Vorliegend wurden die Vertiefungsabschnitte 11, 12 in Form von konzentrischen Rillen 14 um die Rotationsachse a des Basiskörpers 2 herum in dem Oberflächenbereich 10 des Reibrings 3 angeordnet.
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Aus 6 geht die Durchführung eines weiteren Bearbeitungsschritts hervor. Hierbei wurde auf die verbliebenen Stege 13 des Reibrings 3 ein Rollier-Werkzeug in Form eines Wälzkörpers 15 aufgesetzt. Bei dem Wälzkörper 15 handelt es sich um einen rotationssymmetrischen Körper, welcher um seine Drehachse e herum rotierbar ist. Weiterhin ist der Wälzkörper 15 konisch ausgebildet, wobei er über seine Erstreckung in Richtung seiner Drehachse e als Kegelstumpf ausgestaltet ist. Wie zu erkennen, verjüngt sich der Wälzkörper 15 von einem ersten Ende 16 zu einem zweiten Ende 17, wobei das erste Ende 16 einen großen Durchmesser 18 und das zweite Ende 17 einen kleinen Durchmesser 19 besitzt. Dabei ist das zweite Ende 17 des Wälzkörpers 15 mit seinem kleinen Durchmesser 19 zur Rotationsachse a des Basiskörpers 2 hin orientiert. In dieser Anordnung erstreckt sich der Wälzkörper 15 mit seiner Drehachse e auf einer radial auf die Rotationsachse a hin ausgerichteten Richtung f.
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Der Wälzkörper 15 dient dem Rollieren des Basiskörpers 2, näherhin des Reibrings 3. Hierzu ist der Basiskörper 2 in nicht näher dargestellter Weise temporär in einer Einspannung angeordnet. In besagter Einspannung wird der Basiskörper 2 um seine Rotationsachse a herum rotiert. Dabei wird der Wälzkörper 15 so auf den Reibring 3 gepresst, dass dieser eine Linienberührung aufweist. Die Linienberührung ist insofern unterbrochen, als dass der Wälzkörper 15 dabei primär mit den Stegen 13 zwischen den Vertiefungsabschnitten 11, 12 in Kontakt tritt.
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Wie dargestellt, erstreckt sich der Wälzkörper 15 dabei bevorzugt über sämtliche in radialer Richtung f nebeneinander angeordnete Stege 13 hinweg. Durch die so erreichte Überdeckung der zuvor eingebrachten Rillen 14 und insbesondere der Stege 13 wird eine erhebliche Zeitersparnis erreicht. So gelangen sämtliche Stege 13 während einer einzelnen vollständigen Rotation (360°) des Basiskörpers 2 um seine Rotationsachse a herum mit dem Wälzkörper 15 in Kontakt. In Bezug auf den Wälzkörper 15 und den Durchmesser des Basiskörpers 2, insbesondere des zu beschichtenden Reibrings 3 ist besonders bevorzugt auf ein geeignetes Verhältnis zu achten. So ist ein bestimmtes Verhältnis zueinander einzuhalten, um etwaigen Schlupf zwischen dem Oberflächenbereich des Reibrings 3 und dem Wälzkörper 15 zu verhindern. Hierzu sind die sich aus dem großen Durchmesser 18 und dem kleinen Durchmesser 19 des Wälzkörpers jeweils ergebenden Umfänge 20, 21 an einen inneren Umfang 22 sowie einen äußeren Umfang 23 des zu beschichtenden Reibrings 3 entsprechend anzupassen. Beispielsweise die Umfänge 20, 21 des Wälzkörpers 15 ergeben sich dabei auf eine dem Fachmann bekannte Weise aus dem mathematischen Produkt von Pi (π) mal dem jeweiligen Durchmesser 18, 19.
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Mit anderen Worten muss hierbei das Verhältnis von einem am ersten Ende 16 des Wälzkörpers 15 gelegenen ersten Umfang 20 zum äußeren Umfang 23 des von dem Wälzkörper 15 erfassten Oberflächenbereichs 10 des Reibrings 3 dem Verhältnis eines am zweiten Ende 17 gelegenen zweiten Umfangs 21 des Wälzkörpers 15 zum inneren Umfang 22 des von dem Wälzkörper 15 erfassten Oberflächenbereichs 10 des Reibrings 3 entsprechen. Dabei liegt der innere Umfang 22 nah an der Ausstellung 5, während der äußere Umfang 23 eher zu einem Rand 24 des Reibrings 3 hin gelegen ist.
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Anhand eines Zahlenbeispiels ausgedrückt kann der Wälzkörper 15 einen kleinen Durchmesser 19 mit 10,0 mm und einen dem gegenüberliegenden großen Durchmesser 18 mit 40,0 mm besitzen. Weiterhin beispielhaft kann der zu bearbeitende Oberflächenbereich 10 des Basiskörpers 2 der Bremsscheibe 1 in Bezug auf den Reibring 3 einen den äußeren Umfang 23 definierenden äußeren Durchmesser 25 von 400,0 mm und einen den inneren Umfang 22 definierenden inneren Durchmesser 26 mit 100,0 mm aufweisen. Bei der radial zum Basiskörper 2 geführten Linienberührung zwischen Oberflächenbereich 10 und Wälzkörper 15 vollzieht dieser im vorliegenden Beispiel zehn Umdrehungen um seine Drehachse a herum, um den gesamten Umfang des Oberflächenbereichs 10 abzudecken.
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7 zeigt das Ergebnis des Bearbeitungsschritts aus 6 in der bereits aus 4 bekannten Seitenansicht auf einen Teil des Reibrings 3 innerhalb des strichpunktierten Kreises D. Wie zu erkennen, wurden die relevanten Stege 13 durch Rollieren mit dem Wälzkörper 15 umgeformt. Dargestellt ist der Wälzkörper 15 in einem von der ersten Reibfläche 7 bereits wieder abgehobenen Zustand nach dem Rollieren. Durch die Ausgestaltung des Wälzkörpers 15 als Kegelstumpf und unter Einhaltung der zuvor erläuterten Verhältnisse wurde der Wälzkörper 15 zuvor auf die Stege 13 aufgesetzt und normal zum Verlauf der Stege 13 auf diesen ohne Schlupf abgerollt.
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Der Wälzkörper 15 ist hierzu in einer Haltevorrichtung 27 aufgenommen. Die Haltevorrichtung 27 ist U-förmig ausgestaltet, wobei sie zwei unterschiedlich lange Schenkel 28, 29 und einen diese verbindenden Steg 30 aufweist. Zwischen den Schenkeln 28, 29 ist der Wälzkörper 15 über seine Drehachse e aufgenommen. Die Verbindung zwischen den Enden der Schenkel 28, 29 und der Drehachse e des Wälzkörpers 15 erfolgt über geeignete Lager 31. Die Lager 31 sind dazu ausgebildet, um den Wälzkörper 15 sowohl radial als auch axial in der Haltevorrichtung 27 zu lagern. Weiterhin weisen besagte Lager 31 einen Freilauf auf, so dass der Wälzkörper 15 bei einem Kontakt mit dem Reibring 3 des sich um seine Rotationsachse a drehenden Basiskörper 2 relativ zu diesem um seine Drehachse e herum rotiert wird. Durch die Haltevorrichtung 27 und insbesondere durch deren Lager 31 ist der Wälzkörper 15 in radialer Richtung f derart gegenüber dem Reibring 3 fixiert, dass keinerlei Relativbewegungen in Richtung f auf die Rotationsachse a des Basiskörpers 2 oder von dieser weg möglich ist. Mit anderen Worten kann der Wälzkörper 15 nicht in Richtung seiner Linienberührung mit dem Reibring 3 verlagert werden.
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Durch die Ausbildung als Kegelstumpf ist die Drehachse e des Wälzkörpers 15 gegenüber der im Wesentlichen planen Ebene des Oberflächenbereichs 10 des Basiskörpers 2 geneigt. Während des Rollierens wurde der Wälzkörper 15 in eine zum Basiskörper 2 hin orientierte und normal zur ersten Reibfläche 7 verlaufenden Richtung g über eine Kraft H mit Druck beaufschlagt. Hierzu wurde besagte Kraft H auf die Haltevorrichtung 27 aufgebracht, welche diese bevorzugt zu gleichen Teilen über die jeweiligen Lager 31 auf die beiden Enden 16, 17 des Wälzkörpers 15 übertragen hat. Im Ergebnis sind die relevanten Stege 13 zumindest teilweise unter Ausbildung von Hinterschneidungen 32 zu den Vertiefungsabschnitten 11, 12 bzw. zu den Rillen 14 hin plastisch verdrängt worden.
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Wie ersichtlich, weist eine Mantelfläche 33 des Wälzkörpers 15 eine Vielzahl von Erhebungen 34 auf. Vorliegend handelt es sich bei den Erhebungen 34 bevorzugt um eine Diamantkörnung. Der Vorteil besteht hierbei in der hohen Festigkeit der so erzeugten Erhebungen 34. Durch die Anordnung der Erhebungen 34 an der Mantelfläche 33 wurden einzelne Stirnflächen 35 der relevanten Stege 13 während des Rollierens durch den Wälzkörper 15 zusätzlich geprägt. Hierdurch weisen deren Stirnflächen 35 kraterförmige Einprägungen 36 auf, welche eine insbesondere seitliche Verdrängung des Materials der Stege 13 bewirken. Hierdurch wird die Ausbildung der Hinterschneidungen 32 deutlich verstärkt und gleichzeitig die Rauigkeit der Stirnflächen 35 der Stege 13 erhöht.
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Eine sich parallel zum Oberflächenbereich 10 des Reibrings 3 erstreckende Länge i der Mantelfläche 33 des Wälzkörpers 15 ist an die sich in radialer Richtung des Reibrings 3 erstreckende Breite des zu rollierenden Oberflächenbereichs 10 angepasst. Besonders bevorzugt weist die mit den Erhebungen 34 versehene Mantelfläche 33 einen über die jeweils letzten am inneren Umfang 22 und am äußeren Umfang 23 gelegenen Stege 13 reichenden Überstand 37 auf. Hierdurch ist sichergestellt, dass sämtliche Stege 13 über die hier nicht näher gezeigte Linienberührung zwischen deren Stirnflächen 35 und der Mantelfläche 33 des Wälzkörpers 15 bzw. deren Erhebungen 34 gleichzeitig rolliert werden können und sich die vorteilhaften Hinterschneidungen 32 auch zu der jeweils innersten und äußersten Rille 14 hin ausbilden.
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Die 8 und 9 zeigen jeweils eine Möglichkeit, wie bei Bedarf auch ein Schlupf zwischen dem konischen Wälzkörper 15 und dem Oberflächenbereich 10 bzw. den Stegen 13 des Basiskörpers 2 erreicht werden kann. Durch den Schlupf wird dem beim Rollieren erfolgenden Abrollen des Wälzkörpers 15 und insbesondere dessen Erhebungen 34 eine weitere Relativbewegung überlagert, welche sich positiv auf die Ausbildung der Hinterschneidungen 32 auswirken kann.
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In der dargestellten Ansicht der 8 wird deutlich, dass hierzu der konische Wälzkörper 15 mit seiner Drehachse e in einem Abstand j parallel zu der radial auf die Rotationsachse a des Basiskörpers 2 ausgerichteten Richtung f verläuft. Mit anderen Worten verlaufen Drehachse e und Richtung f hierbei achsparallel zueinander verschoben.
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Demgegenüber zeigt 9 die Neigung der Drehachse e des Wälzkörpers 15 gegenüber der Richtung f. Hierdurch schließen die Drehachse e und die Richtung f einen Winkel k zwischen sich ein.
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10 verdeutlicht die Auswirkungen des mit Schlupf geführten Wälzkörpers 15 aus den 8 und 9 in einer Seitenansicht des Reibrings 3 innerhalb des strichpunktierten Kreises D. Hierdurch wird das ohnehin durch die Erhebungen 34 verdrängte Material der Stege 13 zusätzlich seitlich verschoben, wodurch sich vorteilhafte Grate 38 ausbilden können. Besagte Grate 38 sind dabei so über Kanten 39 der Stege 13 hinaus zu den Vertiefungsabschnitten 11, 12 bzw. den Rillen 14 hin orientiert, dass die Ausbildung der Hinterschneidungen 32 verstärkt wird.
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11 stellt den Ausschnitt der 3, 4 und 7 sowie 10 in Bezug auf die nunmehr fertiggestellte Bremsscheibe 1 dar. Zwischenzeitlich wurden die relevanten Stege 13 mit dem Wälzkörper 15 rolliert. Weiterhin wurde in nicht näher dargestellter Weise eine Beschichtung 40 auf den Oberflächenbereich 10 des Basiskörpers 2 aufgebracht, vorwiegend im Bereich seines Reibrings 3. Dabei handelt es sich bevorzugt um einen metallischen Überzug, welcher durch thermisches Spritzen aufgebracht ist.
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Wie zu erkennen, weist die Beschichtung 40 eine Verklammerung mit dem Oberflächenbereich 10 des Basiskörpers im Bereich des Reibrings 3 auf. Diese ergibt sich aus dem Füllen der Vertiefungsabschnitte 11, 12 bzw. der Rillen 14 und insbesondere aus dem Unterlaufen der Hinterschneidungen 32 durch die zusammenhängende Beschichtung 40. Mit anderen Worten werden die Hinterschneidungen 32 sowie die Grate 38 von der Beschichtung 40 bereichsweise umgriffen. Auf diese Weise ist eine mechanische Verbindung zwischen der Beschichtung 40 und dem Oberflächenbereich 10 des Basiskörpers 2 geschaffen worden, welche unter anderem auf einem vorteilhaften formschlüssigen Verbund beruht. Durch das zusätzliche Eindringen der Beschichtung 40 in die Einprägungen 36 wird die Schubfestigkeit parallel zur ersten Reibfläche 7 des Reibrings 3 nochmals verbessert.
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12 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Wälzkörpers 15. Gegenüber der konischen Ausgestaltung der 7 ist dieser vorliegend als Zylinder mit paralleler Mantelfläche 33 ausgestaltet. Vorliegend wurde der somit zylindrische Wälzkörper 15 mit seiner Drehachse e parallel zur ersten Reibfläche 7 des Basiskörpers 2, näherhin dessen Reibring 3 geführt. Auch hierbei wurde der Wälzkörper 15 während des Rollierens durch die zum Basiskörper 2 hin orientierte Richtung g über die Kraft H mit Druck beaufschlagt. Im Ergebnis sind einige der Stege 13 zumindest teilweise unter Ausbildung der Hinterschneidungen 32 zu wenigstens einem der Vertiefungsabschnitte 11, 12 bzw. zu den Rillen 14 hin plastisch verdrängt worden.
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Da der hier gezeigte zylindrische Wälzkörper 15 über mindestens zwei Stege 13 hinweg abgerollt ist, stellt sich auch beim Führen des Wälzkörpers 15 normal zum Verlauf der Stege 13 ein Schlupf ein. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn der so ausgestaltete Wälzkörper 15 mit seiner Drehachse e in der radialen Richtung f geführt wird (siehe 6 analog). Grundsätzlich kann auch dieser Wälzkörper 15 so ausgestaltet sein, dass dessen sich in Richtung der Drehachse e erstreckende Länge i seiner Mantelfläche 33 an der entsprechenden Breite des zu rollierenden Oberflächenbereichs 10 orientiert ist (siehe 7 analog). Hierdurch würden ebenfalls sämtliche relevanten Stege 13 gleichzeitig mit dem Wälzkörper 15 rolliert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremsscheibe
- 2
- Basiskörper von 1
- 3
- Reibring von 2
- 4
- Öffnung in 2
- 5
- Ausstellung von 2
- 6
- Durchgangsloch in 6
- 7
- erste Reibfläche von 3
- 8
- zweite Reibfläche von 3
- 9
- Anlagefläche von 5
- 10
- Oberflächenbereich von 2
- 11
- erster Vertiefungsabschnitt von 14
- 12
- zweiter Vertiefungsabschnitt von 14
- 13
- Steg zwischen 11 und 12
- 14
- Rille in 2
- 15
- Wälzkörper
- 16
- erstes Ende von 15
- 17
- zweites Ende von 15
- 18
- großer Durchmesser von 15
- 19
- kleiner Durchmesser von 15
- 20
- erster Umfang von 15
- 21
- zweiter Umfang von 15
- 22
- innerer Umfang von 10
- 23
- äußerer Umfang von 10
- 24
- Rand von 3
- 25
- äußerer Durchmesser von 10
- 26
- innerer Durchmesser von 10
- 27
- Haltevorrichtung für 15
- 28
- Schenkel von 27
- 29
- Schenkel von 27
- 30
- Steg von 27
- 31
- Lager an 27
- 32
- Hinterschneidung an 13
- 33
- Mantelfläche von 15
- 34
- Erhebung auf 33
- 35
- Stirnfläche von 13
- 36
- Einprägung in 35
- 37
- Überstand von 33 (mit 34)
- 38
- Grat an 13
- 39
- Kante von 13
- 40
- Beschichtung auf 10
- a
- Rotationsachse von 2
- b
- Ebene durch 1, vertikal
- c
- Dicke von 3
- D
- Kreis an 3
- e
- Drehachse von 15
- f
- Richtung
- g
- Richtung von H
- H
- Kraft auf 15
- i
- Länge von 33 (mit 34)
- j
- Abstand zwischen e und f
- k
- Winkel zwischen e und f
