DE102018106678A1

DE102018106678A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten einer Bremsscheibenoberfläche

Info

Publication number: DE102018106678A1
Application number: DE102018106678.3A
Authority: DE
Inventors: Karl Haun
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2019-09-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Bremsscheibenoberfläche (3) durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen.Um das Beschichten der Bremsscheibenoberfläche (3) zu vereinfachen und/oder funktionell zu verbessern, wird die zu beschichtende Bremsscheibenoberfläche (3) beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit Hilfe von Laserstrahlung (14) angeschmolzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Bremsscheibenoberfläche durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen.
Aus der europäischen Patentschrift EP 2 707 621 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe bekannt, die einen Grundkörper mit mindestens einer Kontaktfläche aufweist, auf welchen eine Verschleißschicht aufgebracht wird, wobei zur Realisierung des Verbundes zwischen der Verschleißschicht und dem Grundkörper die mindestens eine Kontaktfläche des Grundkörpers vorbehandelt wird, wobei mindestens ein vorgegebener Parameter einer Oberflächentopographie der mindestens einen Kontaktfläche des Grundkörpers durch Laserstrahlung modifiziert wird, wobei durch die Laserstrahlung in Verbindung mit reaktiven Gasen die chemische Zusammensetzung der Oberflächentopographie der Kontaktfläche modifiziert und ein höherer Reinheitsspiegel der Oberflächentopographie des Grundkörpers mit dem reduzierten Vorkommen von Kohleablagerungen erzeugt wird, wobei nach dem Abschluss der Modifikation der Oberflächentopographie der Kontaktfläche des Grundkörpers die Verschleißschicht zum Beispiel durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen auf die modifizierte Oberflächentopographie der Kontaktfläche des Grundkörpers aufgespritzt wird. Aus der deutschen Patentschrift DE 10 2010 048 075 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe bekannt, umfassend die Schritte Fertigen eines Grundkörpers mit Reibflächen aus einem graphithaltigen metallischen Werkstoff, wobei der Grundkörper ein Grauguss ist, in dem der Graphit in Lamellenform vorliegt; Bilden der von Graphit befreiten Oberflächenschicht an den Reibflächen des graphithaltigen metallischen Werkstoffs, durch das Entfernen des Graphits aus der Oberflächenschicht der Reibflächen durch chemisches, thermochemisches und/oder elektrochemisches Reinigen, durch eine Laserbehandlung oder durch ein reaktives Plasmaätzen; Aufbringen der Verschleißschutzschicht auf die von Graphit befreite Oberflächenschicht an den Reibflächen, wobei das Aufbringen der Verschleißschutzschicht durch ein Hochgeschwindigkeitsflammspritzen erfolgen kann. Aus dem amerikanischen Patent US 3,310,423 ist es bekannt, eine mittels Flammspritzen zu beschichtende Fläche mittels eines Lasers zu erwärmen. In der amerikanischen Patentanmeldung US 2014/0147601 A1 wird vorgeschlagen, in Verbindung mit der Beschichtung von Turbinenblättern oder dergleichen Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit einer Lasererwärmung der Oberfläche zu kombinieren. Aus der amerikanischen Patentanmeldung US 2011/0229665 A1 ist es bekannt, eine zu beschichtende Oberfläche mittels Laserstrahlung vorzuheizen und anschließend mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen zu beschichten. Aus der amerikanischen Patentanmeldung US 2008/0102291 A1 ist eine Kombination von Lasererwärmung und Beschichten mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Beschichten einer Bremsscheibenoberfläche durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen zu vereinfachen und/oder funktionell zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Beschichten einer Bremsscheibenoberfläche durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen dadurch gelöst, dass die zu beschichtende Bremsscheibenoberfläche beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit Hilfe von Laserstrahlung angeschmolzen wird. Hochgeschwindigkeitsflammspritzen wird auch durch die Großbuchstaben HVOF abgekürzt, wobei die Großbuchstaben HVOF für die englischen Begriffe High Velocity Oxygen Fuel stehen. Durch die Erfindung wird eine Kombination von Hochgeschwindigkeitsflammspritzen und Laserbeschichtung vorgeschlagen, wobei die Laserstrahlung verwendet wird, um die Bremsscheibenoberfläche kurz anzuschmelzen, damit diese angeschmolzene Bremsscheibenoberfläche dann besser HVOF-brennstrahlbeschichtet werden kann. Der Laser wird also zum Aufschmelzen der Bremsscheibenoberfläche, insbesondere einer Kontaktoberfläche der Bremsscheibe, genutzt. Eine aufwendige Konditionierung der Bremsscheibenoberfläche mittels Laserstrahlung, insbesondere der Kontaktfläche der Bremsscheibe, kann so entfallen. Dadurch wird das Herstellen von Bremsscheiben erheblich vereinfacht. Außerdem kann die Bearbeitungsdauer beim Herstellen von Bremsscheiben, insbesondere beim Beschichten der Bremsscheibenoberflächen, durch die gleichzeitige Anwendung von Hochgeschwindigkeitsflammspritzen und Laserstrahlung signifikant reduziert werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtende Bremsscheibenoberfläche durch die Laserstrahlung aufgeschmolzen wird, um auf einer Bremsscheibe ein flüssiges Schmelzbad zu erzeugen, in das beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen ein Schichtpulver direkt eingespritzt wird. Die Bremsscheibe ist zum Beispiel aus einem Graugussmaterial gebildet. Durch die Nutzung der Laserstrahlung zum Aufschmelzen der Bremsscheibenoberfläche, insbesondere der Kontaktoberfläche, kann das HVOF-Schichtpulver direkt in das flüssige Schmelzbad geschossen werden. Dadurch wird eine stoffliche Verankerung beziehungsweise Verschweißung des HVOF-Schichtpulvers in der Bremsscheibenoberfläche ermöglicht. So können die innige Schichtverbindung wie bei einer Laserbeschichtung und die guten Eigenschaften einer HVOF-Schicht vereint werden. Das punktgenaue Aufschmelzen und zeitgleiche Flammbeschichten sind vorteilhaft gleichzeitig durchzuführen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtpulver beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen im Bereich des flüssigen Schmelzbads stoffschlüssig mit dem Material verbunden wird, aus dem die Bremsscheibe gebildet ist. Durch den Stoffschluss zwischen der Beschichtung und der Bremsscheibe kann die Qualität der beschichteten Bremsscheibe deutlich verbessert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahl und ein Spritzstrahl zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen in örtlicher und zeitlicher Zuordnung relativ zu der Bremsscheibenoberfläche geführt werden. Dadurch wird der steuerungstechnische Aufwand beim Beschichten der Bremsscheibenoberfläche erheblich vereinfacht.
Es ist ferner denkbar, dass die Bremsscheibenoberfläche in örtlicher und zeitlicher Zuordnung relativ zum Laserstrahl und Spritzstrahl (beide Ortsfest) zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen geführt wird.
Bei einer Vorrichtung zum Beschichten einer Bremsscheibenoberfläche durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass eine Laservorrichtung und eine Spritzvorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen in einer gemeinsamen Arbeitskammer untergebracht sind. Dadurch wird ein neues Maschinen-Setup geschaffen, mit dem das Beschichten von Bremsscheibenoberflächen durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen qualitativ deutlich verbessert werden kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Laservorrichtung und die Spritzvorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit einem gemeinsamen Führungssystem kombiniert sind. So kann zum Beispiel ein Laserkopf der Laservorrichtung und ein HVOF-Kopf der Spritzvorrichtung vorteilhaft auf demselben vorzugsweise computergesteuert geführten Bezugssystem montiert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskammer eine Staubabsaugeinrichtung zugeordnet ist. Dadurch wird die Reinhaltung der Arbeitskammer beim Beschichten der Bremsscheibenoberfläche vereinfacht.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskammer eine Schutzgasverdrängungseinrichtung zugeordnet ist. Dadurch wird die Bereitstellung und Reinhaltung eines Laserstrahlkorridors durch Schutzgasverdrängung im Betrieb der Vorrichtung ermöglicht.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein gemeinsames Führungssystem für eine vorab beschriebene Vorrichtung zum Beschichten einer Bremsscheibenoberfläche. Das gemeinsame Führungssystem ist separat handelbar.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Bremsscheibe mit einer durch ein vorab beschriebenes Verfahren aufgebrachten Beschichtung. Die Bremsscheibe ist separat handelbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
In der einzigen beiliegenden Figur sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten einer Bremsscheibenoberfläche durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen schematisch dargestellt.
In der einzigen beiliegenden 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Beschichten einer Bremsscheibenoberfläche 3 einer Bremsscheibe 2 schematisch dargestellt. Die Beschichtungsvorrichtung umfasst eine Laservorrichtung 4 mit einem Laserkopf 5 und eine Spritzvorrichtung 6 mit einem Spritzkopf 16 zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen. Die Spritzvorrichtung 6 zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen wird auch als HVOF-Spritzvorrichtung 6 bezeichnet.
Die HVOF-Spritzvorrichtung 6 ist zusammen mit der Laservorrichtung 4 in einer gemeinsamen Arbeitskammer 7 angeordnet. Dem Laserkopf 5 der Laservorrichtung 4 und dem Spritzkopf 16 der HVOF-Spritzvorrichtung 6 ist ein gemeinsames Führungssystem 8 zugeordnet.
Die Vorrichtung 1 umfasst darüber hinaus eine Staubabsaugeinrichtung 9 und eine Schutzgasverdrängungseinrichtung 10. Die Staubabsaugeinrichtung 9 dient zum Absaugen von Staub und Verunreinigungen aus der Arbeitskammer 7. Die Schutzgasverdrängungseinrichtung 10 dient zur Reinhaltung eines Laserstrahlkorridors durch Schutzgasverdrängung in der Arbeitskammer 7.
Durch einen Pfeil 12 ist in 1 die Richtung einer Bremsscheibenführung angedeutet. Durch einen Pfeil 13 ist in 1 die Richtung einer Werkzeugführung angedeutet.
Die Bremsscheibe 2 ist zum Beispiel aus einem Graugussmaterial gebildet. Die Bremsscheibenoberfläche 3 wird beim Beschichten in der Arbeitskammer 7 mit einem Laserstrahl 14 angeschmolzen oder aufgeschmolzen.
Dadurch wird auf der Bremsscheibenoberfläche 3 ein flüssiges Schmelzbad geschaffen, in welches, wie in 1 durch einen Spritzstrahl 15 und einen Pfeil 17 angedeutet ist, direkt ein HVOF-Schichtpulver eingebracht beziehungsweise geschossen wird.
So kann das HVOF-Schichtpulver stofflich in der angeschmolzenen oder aufgeschmolzenen Bremsscheibenoberfläche 3 verankert werden. Die Beschichtung der Bremsscheibenoberfläche 3 ist in 1 durch einen Strich 18 angedeutet.
Durch das beanspruchte Verfahren und die beanspruchte Vorrichtung 1 wird auf einfache Art und Weise die Darstellung einer kompakten Schicht 18 mit einer sehr guten Schichthaftung auf der Bremsscheibenoberfläche 3 ermöglicht. Dabei können bei freier Materialwahl unterschiedlichste Materialien miteinander kombiniert werden. Eine aufwendige Konditionierung der Bremsscheibenoberfläche 3 wird stark vereinfacht oder kann ganz entfallen.
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

EP 2707621 B1 [0002]
DE 102010048075 B4 [0002]
US 3310423 [0002]
US 2014/0147601 A1 [0002]
US 2011/0229665 A1 [0002]
US 2008/0102291 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Beschichten einer Bremsscheibenoberfläche (3) durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtende Bremsscheibenoberfläche (3) beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit Hilfe von Laserstrahlung (14) angeschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtende Bremsscheibenoberfläche (3) durch die Laserstrahlung (14) aufgeschmolzen wird, um auf einer Bremsscheibe (2) ein flüssiges Schmelzbad zu erzeugen, in das beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen ein Schichtpulver direkt eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtpulver beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen im Bereich des flüssigen Schmelzbads stoffschlüssig mit dem Material verbunden wird, aus dem die Bremsscheibe (2) gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahl (14) und ein Spritzstrahl (15) zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen in örtlicher und zeitlicher Zuordnung relativ zu der Bremsscheibenoberfläche (3) geführt werden.
Vorrichtung (1) zum Beschichten einer Bremsscheibenoberfläche (3) durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laservorrichtung (4) und eine Spritzvorrichtung (6) zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen in einer gemeinsamen Arbeitskammer (7) untergebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laservorrichtung (4) und die Spritzvorrichtung (6) zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit einem gemeinsamen Führungssystem (8) kombiniert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskammer (7) eine Staubabsaugeinrichtung (9) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskammer (7) eine Schutzgasverdrängungseinrichtung (10) zugeordnet ist.
Gemeinsames Führungssystem (8) für eine Vorrichtung (1) nach Anspruch 6.
Bremsscheibe (2) mit einer durch ein Verfahren nach einer der Ansprüche 1 bis 4 aufgebrachten Beschichtung (18).