DE102018120897A1

DE102018120897A1 - Bauteil einer Bremse für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018120897A1
Application number: DE102018120897.9A
Authority: DE
Inventors: Reiner Becker; Wilfried Strauss
Original assignee: Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
Current assignee: Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2020-02-27
Also published as: WO2020043712A1; EP3844320A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil einer Bremse für ein Fahrzeug, mit einem metallischen Grundkörper, der eine Fläche (5a,5b) aufweist, die zur Erhöhung ihrer Verschleißbeständigkeit mit einer Beschichtung (B) versehen ist, die eine auf dem Grundkörper (2) aufliegende Zwischenschicht (Z) und eine auf der Zwischenschicht (Z) aufliegende Deckschicht (D) umfasst, wobei die Zwischenschicht (Z) eine höhere Zähigkeit besitzt als die Deckschicht (D), die wiederum eine höhere Härte besitzt als die Zwischenschicht (Z). Um die Herstellung eines solchen Bauteils zu vereinfachen und seine Verschleißbeständigkeit zu optimieren, schlägt die Erfindung vor, die Zwischenschicht (Z) aus einer Ni- oder Cr-Legierung mit einem Ni- oder Cr-Gehalt von jeweils mehr als 50 Gew.-% und optional in eine aus der Stahllegierung gebildeten Matrix eingelagerten Hartstoffpartikeln und die Deckschicht (D) aus einer Edelstahlmatrix mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln zu bilden, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Grundköpers (2) um das 1,5- bis 3-fache größer ist als die Wärmeleitfähigkeit der Zwischenschicht (Z), die Wärmeleitfähigkeit der Deckschicht (D) um das 2-bis 4,5-fache größer ist als die Wärmleitfähigkeit des Grundkörpers (2) und für das aus der Dicke Dz der Zwischenschicht (Z) und der Dicke Dd der Deckschicht (D) gebildete Dickenverhältnis Vd = Dd/Dz gilt Vd ≥ 1,5.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil einer Bremse für ein Fahrzeug. Das Bauteil weist einen Grundkörper mit einer Fläche auf, die zur Erhöhung ihrer Verschleißbeständigkeit mit einer Beschichtung versehen ist. Diese Beschichtung ist aus einer auf dem Grundkörper aufliegenden Zwischenschicht und einer auf der Zwischenschicht aufliegenden Deckschicht zusammengesetzt. Um einerseits eine gute Verschleißbeständigkeit und andererseits eine gute Anbindung an den Grundkörper zu gewährleisten, besitzt einerseits die Zwischenschicht eine höhere Zähigkeit als die Deckschicht und andererseits die Deckschicht eine höhere Härte als die Zwischenschicht.
Ein als innenbelüftete Bremsscheibe ausgestaltetes Bauteil dieser Art ist aus der DE 10 2008 053 637 B4 bekannt. Die am Reibring der Bremsscheibe ausgebildete, bei einem Bremsvorgang durch einen gegen sie gedückten Bremsbelag belastete Reibfläche ist bei dieser Bremsscheibe mit einer zweischichtig aufgebauten Beschichtung belegt, bei der eine Zwischenschicht unmittelbar auf die Reibfläche des Grundkörpers der Bremsscheibe aufgetragen ist und zur Anbindung der darauf liegenden äußeren Deckschicht der Beschichtung sowie zur thermischen Ableitung der in die äußere Schicht bei einem Bremsvorgang eingetragenen Wärmeenergie dient. Die Zwischenschicht besteht dabei aus einer Legierung auf Zink- und/oder Nickelbasis, wogegen die Deckschicht eine Carbidschicht oder eine Metallmatrixcomposit-Schicht ist. Die Dicke der Beschichtung ist auf die geometrischen Verhältnisse der innenbelüfteten Scheibe abgestimmt, indem die Dicke der Beschichtung oberhalb der Kühlkanäle der Bremsscheibe größer ist als oberhalb der die Kühlkanäle voneinander abgrenzenden Noppen oder Stege.
In der DE 10 2005 008 569 A1 ist ebenfalls eine Bremsscheibe beschrieben, auf deren Reibfläche ebenfalls eine aus zwei Schichten bestehende Beschichtung aufgebracht worden ist. Die Schichten werden aus Beschichtungspulvern erzeugt. Die Beschichtungspulver sind derart zusammengesetzt, dass sie eine Matrix auf Nickel- oder Nickel-Kobald-Basis bilden, in die zur Einstellung der benötigten Härte Hartstoffpartikel, wie WC oder TiO₂, eingelagert sind. Das jeweilige Beschichtungspulver wird durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen auf die zu beschichtenden Flächen der Bremsscheibe aufgebracht, wobei zuerst eine dünne Zwischenschicht und anschließend eine dickere Deckschicht aufgespritzt werden. Anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung, bei der die zuvor aufgespritzten Schichten aufgeschmolzen werden, um ihre stoffschlüssige Anbindung an den aus Graugusswerkstoff bestehenden Grundkörper der Bremsscheibe zu bewirken. Dabei sind die Zähigkeit und Härte der Schichten so aufeinander abgestimmt, dass durch die Zwischenschicht die Anbindung der Deckschicht gewährleitet ist.
Aus der US 5,407,035 A ist es des Weiteren bekannt, eine Beschichtung auf einer Reibfläche einer Bremsscheibe mindestens zweischichtig so auszubilden, dass über eine auf dem Grundkörper der Bremsscheibe liegende Zwischenschicht eine Anbindung der auf ihr liegenden Deckschicht erzielt wird, wobei die Dicke der Zwischenschicht deutlich kleiner ist als die Dicke der Deckschicht.
Vor dem Hintergrund des Standes der Technik hat sich die Aufgabe ergeben, ein einfach herzustellendes, zur Optimierung seiner Verschleißbeständigkeit mit einer Beschichtung versehenes Bauteil für eine Fahrzeugbremse zu schaffen, bei dem nicht nur eine optimale Wirkung der Beschichtung, sondern auch eine optimale Haftung der Beschichtung auf dem Grundkörper über eine lange Gebrauchsdauer gewährleistet ist.
Die Erfindung hat diese Aufgabe durch ein Bauteil gelöst, das mindestens die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
Dementsprechend hat ein erfindungsgemäßes Bauteil in Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik einen Grundkörper, der eine Fläche aufweist, die zur Erhöhung ihrer Verschleißbeständigkeit mit einer Beschichtung versehen ist, die eine auf dem Grundkörper aufliegende Zwischenschicht und eine auf der Zwischenschicht aufliegende Deckschicht umfasst, wobei die Zwischenschicht eine höhere Zähigkeit besitzt als die Deckschicht, die wiederum eine höhere Härte besitzt als die Zwischenschicht.
Erfindungsgemäß ist nun

- die Zwischenschicht aus einer Ni- oder Cr-Legierung mit einem Ni- oder Cr-Gehalt von mindestens 50 Gew.-% und - optional - in eine aus der Stahllegierung gebildeten Matrix eingelagerten Hartstoffpartikeln gebildet,
- die Deckschicht aus einer Edelstahlmatrix mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln gebildet,
- die Wärmeleitfähigkeit des Grundköpers um das 1,5- bis 3-fache größer als die Wärmeleitfähigkeit der Zwischenschicht, und
- die Wärmeleitfähigkeit der Deckschicht um das 2- bis 4,5-fache größer als die Wärmleitfähigkeit des Grundkörpers, wobei
- für das aus der Dicke Dz der Zwischenschicht und der Dicke Dd der Deckschicht gebildete Dickenverhältnis Vd = Dd/Dz gilt Vd ≥ 1,5.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden wie der allgemeine Erfindungsgedanke nachfolgend im Einzelnen erläutert.
Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass es zur Gewährleistung einer hohen Belastbarkeit und einer auch unter hohen Belastungen langen Haltbarkeit der auf dem jeweiligen Bauteil erfindungsgemäß aufgebrachten Beschichtung nicht nur erforderlich ist, dass die Zwischenschicht eine ausreichende Zähigkeit aufweist, um im Betrieb in der Beschichtung auftretende Spannungen auszugleichen, sondern dass es auch notwendig ist, die Wärmeleitfähigkeit von Deckschicht, Zwischenschicht und Grundkörper so aufeinander abzustimmen, dass der Abtransport der Wärme aus der jeweiligen Schicht entsprechend der Härte der jeweiligen Schicht und des Grundkörpers so effektiv erfolgt, dass die Spannungen, die im Gebrauch insbesondere in der Deckschicht selbst und zwischen der Deckschicht und der Zwischenschicht durch Reibungswärme ausgelöst werden, die bei einem Bremsvorgang entsteht, auf einem Level gehalten werden, das ausreichend weit unterhalb des Spannungsniveaus liegt, bei dem es zu Rissen in der Deckschicht oder zum Abplatzen der Deckschicht von der Zwischenschicht kommt.
Die Zwischenschicht erfüllt dabei mehrere Funktionen. So dient sie einerseits zum Ausgleich von Unebenheiten und Vertiefungen, wie Poren oder Ausbrüche, die an der mit der Beschichtung belegten Fläche des jeweiligen Bauteils vorhanden sind. Besteht das Bauteil aus einem Gusswerkstoff, so sind die Vertiefungen in der Regel die Folge von dort an der zu beschichtenden Fläche frei liegenden Graphiteinschlüssen.
Andererseits nimmt die Zwischenschicht temperaturbedingte Spannungen auf und gleicht sie aus. Hierzu muss sie nach den Erkenntnissen der Erfindung einen deutlich niedrigeren Wärmedurchgangswert aufweisen als die Deckschicht, die aufgrund ihrer hohen Härte besonders anfällig für die Entstehung temperaturbedingter Spannung und dadurch induzierter Risse ist.
Gleichzeitig muss auch der Grundkörper eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit besitzen, um die bei einem Bremsvorgang entstehende Wärme ausreichend schnell aufnehmen und abtransportieren zu können.
Für das Verhältnis Ug/Uz des Wärmedurchgangwerts Ug des Grundkörpers zum Wärmedurchgangswert Uz der Zwischenschicht gilt erfindungsgemäß Ug/Uz = 1,5-3. Besonders gute Gebrauchseigenschaften einer erfindungsgemäßen Beschichtung ergeben sich dabei dann, wenn Ug/Zu = 1,6 - 2,8 ist.
Für das Verhältnis Ud/Ug des Wärmedurchgangwerts Ud der Deckschicht zum Wärmedurchgangswert Ug des Grundkörpers gilt erfindungsgemäß Ud/Ug = 2 - 4,5. Hier ergeben sich besonders gute Gebrauchseigenschaften, wenn gilt Ug/Uz = 2,1 - 4,1.
Dementsprechend liegt das Verhältnis Ud/Uz des Wärmedurchgangswerts Ud der Deckschicht zum Wärmedurchgangswert Uz bei einer erfindungsgemäßen Beschichtung bei Ud/Uz = 3 - 13,5, wobei bevorzugt gilt Ud/Uz = 3,36 -11,5.
Praxisgerechte Wärmedurchgangswerte Ug des Grundkörpers betragen 48 - 52 W/(m·K).
Praxisgerechte Wärmedurchgangswerte Uz der Zwischenschicht betragen 19 - 28 W/(m·K).
Praxisgerechte Wärmedurchgangswerte Ud der Deckschicht betragen 19 - 28 W/(m·K).
Um die erfindungsgemäßen Maßgaben hinsichtlich ihrer Zähigkeit, Härte und Wärmeleitfähigkeit zu erfüllen, besteht die Zwischenschicht aus einer Ni- oder Cr-Legierung mit einem Ni- oder Cr-Gehalt von jeweils mehr als 50 Gew.-%.
Im Fall, dass die Zwischenschicht aus einer Ni-Legierung gebildet ist, sieht eine hierzu passende Legierungsvorschrift vor, dass die Zwischenschicht aus (in Gew.-%) 18 - 25 % Cr, 2 - 5 % Mo, 24 - 29 % Fe, 9 - 11 % Nb, Rest Nickel und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen, besteht. Durch eine Erhöhung des Cr-Gehalts um 8 - 12 Gew.-% zu Lasten des Ni-Gehalts kann die Haftung der Ni-Zwischenschicht an dem Grundkörper und an der Deckschicht optimiert werden, so dass die Zwischenschicht besonders gut in der Lage ist, die bei einem Bremsvorgang thermisch bedingten Ausdehnungen und möglichen Lageveränderungen der Deckschicht auszugleichen.
Im Fall, dass die Zwischenschicht aus einer Cr-Legierung gebildet ist, sieht eine hierzu passende Legierungsvorschrift vor, dass die Zwischenschicht aus (in Gew.-%) 3 - 5 % Mo, 24 - 29 % Fe, 6 - 10 % Nb, 2 - 4 % Ta, Rest Chrom und herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen, besteht. Durch eine innerhalb der Maßgaben der Erfindung erfolgende, jedoch zu Lasten der Gehalte an den anderen Legierungsbestandteilen gehende Erhöhung des Cr-Gehalts auf Werte von 52 - 60 Gew.-% kann auch hier eine optimale Haftung der Zwischenschicht an dem Grundkörper und an der Deckschicht gewährleistet werden.
Eine optimale Eignung zum Ausgleich der mit ihrer Erwärmung bei einem Bremsvorgang einhergehenden Ausdehnung der Deckschicht weist die erfindungsgemäß vorgesehene Zwischenschicht dabei dann auf, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient der Zwischenschicht 11,7 - 16,2 [10^-6/K] beträgt.
In der Zwischenschicht können zur Steigerung der Verschleißbeständigkeit der erfindungsgemäß vorgesehenen Beschichtung optional Hartstoffpartikel eingebettet sein, bei denen es sich um Oxide, Karbide oder Nitride handeln kann. Beispiele für die in Frage kommenden Hartstoffe sind: Wolframcarbide, Chromcarbide oder Siliziumcarbide.
Die Deckschicht eines erfindungsgemäßen Bauteils umfasst eine Edelstahlmatrix, in die Hartstoffe eingebettet sind. Die Edelstahlmatrix gewährleistet dabei zum einen, dass die Hartstoffe sicher gehalten sind und sie ihre härtesteigende Wirkung über eine lange Betriebsdauer entfalten. Gleichzeitig sorgt die Edelstahlmatrix für einen wirksamen Korrosionsschutz und eine ausreichend hohe, den Anforderungen der Erfindung genügende Wärmeleitfähigkeit der Deckschicht.
Die Matrix der Deckschicht wird erfindungsgemäß durch einen Edelstahl gebildet. Zu diesen Edelstählen zählen insbesondere die nichtrostenden, austenitischen Stähle. Hierzu geeignet sind beispielsweise Edelstähle, die unter der Werkstoffnummer 1.4404 oder gemäß den US-Normen AISI/ASTM in der Nummernreihe 340 - 430L genormt sind.
Die in die Matrix der Deckschicht eingebetteten Hartstoffpartikel gewährleisten die erforderliche Härte und die damit einhergehende Verschleißbeständigkeit der Deckschicht. Hierzu geeignete Hartstoffpartikel sind insbesondere metallartige, kovalente oder ionische Karbide.
Zu den Hartstoffen, die erfindungsgemäß in der Deckschicht und optional in der Zwischenschicht vorhanden sind, zählen hier insbesondere Wolframcarbide, Chromcarbide oder Siliziumcarbide.
Ein hinsichtlich der Gebrauchseigenschaften der Deckschicht optimales Verhältnis von Matrixwerkstoff zu Hartstoffpartikeln ergibt sich dann, wenn der Volumenanteil der in die Stahlmatrix der Deckschicht eingebetteten Hartstoffpartikel am Gesamtvolumen der Deckschicht 20 - 70 Vol.-% beträgt. Für das Verhältnis Vk/Ve vom Volumen Vk, das von den Hartstoffen eingenommen wird, zum Volumen Ve, das vom Matrixwerkstoff eingenommen wird, gilt also vorzugsweise Vk/Ve = 2/8 - 7/3. Noch höhere Hartstoffgehalte würden die Festigkeit und die Wärmeübergangswerte der Deckschicht verschlechtern. Bei niedrigeren Hartstoffgehalten würde die geforderte Härte nicht erreicht.
Ihre optimale Wirkung entfalten die erfindungsgemäß in die Edelstahlmatrix der Deckschicht eingelagerten Hartstoffpartikel bei einer durchschnittlichen Korngröße von 3 - 5 µm. Hartstoffpartikel dieser Größe werden über eine ausreichend lange Gebrauchsdauer sicher in der Edelstahlmatrix der Deckschicht gehalten. Entsprechend weisen auch die optional in der Zwischenschicht vorgesehenen Hartstoffpartikel eine in diesem Bereich liegende Größe auf.
Die gemäß DIN EN ISO 6507-1 ermittelte Härte der Deckschicht einer erfindungsgemäßen Beschichtung liegt typischerweise bei 950 - 1050 HV.
Die gemäß DIN EN ISO 148-1 im Kerbschlagversuch ermittelte, als Maß für die Beurteilung ihrer Zähigkeit herangezogene Kerbschlagarbeit des Ni- oder Cr-Werkstoffs der Zwischenschicht sollte mindestens 250 Joule betragen, wobei die Obergrenze für die Kerbschlagarbeit in der Praxis bei 450 Joule liegt.
Die Dicke der erfindungsgemäß vorgesehenen Beschichtung beträgt typischerweise 130 - 250 µm, wobei die Dicke der Zwischenschicht 60 - 100 µm und die Dicke der Deckschicht 70 - 150 µm beträgt. Dabei sind die Dicke Dz der Zwischenschicht und die Dicke Dd der Deckschicht so gewählt, dass für das Dickenverhältnis Vd = Dd/Dz gilt Vd ≥ 1,5, insbesondere ≥ 3. Durch die erfindungsgemäße Abstimmung der Dicken von Zwischenschicht und Deckschicht ist einerseits sichergestellt, dass im Bereich der Deckschicht genügend hartes, verschleißfestes Material für eine ausreichend lange Lebensdauer vorhanden ist. Andererseits ist die Dicke der Zwischenschicht so gewählt, dass diese die Unebenheiten auf der beschichteten Fläche des Grundkörpers ausgleichen und ihre zur Vermeidung von thermischen Spannungen benötigte ausgleichende Funktion zwischen den Bewegungen und Formveränderungen, denen die Deckschicht bei einer starken Erwärmung, wie sie bei einem Bremsvorgang eintritt, ausgesetzt ist, erfüllen kann.
Eine besonders gute Wirkung zeigt die Erfindung im Fall, dass das erfindungsgemäß beschichtete Bauteil ein Reibring einer Bremsscheibe ist und die mit der Beschichtung belegte Fläche eine an dem Reibring vorhandene Reibfläche ist, gegen die bei einem Bremsvorgang eine Betätigungseinrichtung mit einem Bremsbelag wirkt. Dabei kann der Reibring ein separat gefertigtes Bauelement der Bremsscheibe darstellen, das in einem besonderen Montageschritt mit dem jeweiligen Tragteil der Bremsscheibe verbunden wird, wie es bei so genannten „gebauten Bremsscheiben“ oder bei Bremsscheiben der Fall ist, bei denen das Tragteil in einem gesonderten Arbeitsschritt an den Reibring oder der Reibring in einem gesonderten Arbeitsschritt an das Tragteil angegossen wird. Ebenso kann der Reibring selbstverständlich Teil einer in einem Stück, insbesondere gießtechnisch, gefertigten Bremsscheibe sein, bei der Tragteil und Reibring einstückig miteinander verbunden sind.
Bei dem Werkstoff, aus dem der Grundkörper des erfindungsgemäßen Bauteils besteht, handelt es sich typischerweise um einen metallischen Gusswerkstoff, der die gießtechnische Herstellung des Grundkörpers ermöglicht. Hierzu zählen insbesondere Eisen- oder Aluminiumgusswerkstoffe, deren Wärmeleitfähigkeit den Maßgaben der Erfindung besonders gut entsprechen und die insbesondere zur Herstellung von Reibringen geeignet sind.
Der Auftrag der erfindungsgemäß vorgesehenen Beschichtung auf die jeweilige Fläche kann grundsätzlich mit jedem thermischen Auftragsverfahren, wie dem Auftragsschweißen, dem Spritzschweißen oder dem Plasmaschweißen, vorgenommen werden. Die hierzu erforderlichen Techniken sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.
Als besonders vorteilhaft für den Auftrag der Beschichtung erweisen sich Verfahren zum Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweißen. Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist das in der DE 10 2011 100 456 B4 beschriebene Laserauftrag-Schweißverfahren, bei dem auf eine zu beschichtende Fläche ein Schmelzbad mit zumindest einem geschmolzenen Zusatzwerkstoff mittels eines auf das Schmelzbad einstrahlenden Laserstrahls erzeugt wird, indem Pulver des Zusatzwerkstoffes mittels des Laserstrahls geschmolzen wird, wobei der Zusatzwerkstoff in einem Abstand zum Schmelzbad durch den Laserstrahl geschmolzen wird und dem Schmelzbad in vollständig geschmolzener Form zugeführt wird. Dabei werden das Schmelzbad und ein Fokus des Laserstrahls parallel zueinander relativ zur zu beschichtenden Fläche mit einer Geschwindigkeit von mindestens 20 m/min verschoben und die Pulverdichte so eingestellt, dass eine Laserleistung des Laserstrahls im Schmelzbad weniger als 60 % der Laserleistung vor Kontakt des Laserstrahls mit dem Pulver beträgt. Durch den Einsatz derartiger Verfahren kann eine besonders intensive Anbindung der Zwischenschicht an den Grundkörper und der Deckschicht bewirkt werden, so dass die Gefahr einer Delamination der Deckschicht von der Zwischenschicht oder der Beschichtung insgesamt vom Grundkörper im besonderen Maße minimiert ist. Die Leistungsfähigkeit der bekannten Laserauftragsschweißverfahren kann dabei durch eine Anpassung der von der jeweils eingesetzten Laserstrahlstrahleinrichtung überstrichenen Fläche an die Beschichtungsfläche optimiert werden. So haben sich bei der Beschichtung der Reibflächen von Reibringen für Bremsscheiben Laserstrahleinrichtungen bewährt, bei denen der Durchmesser des Laserkopfes bis zu 40 mm beträgt, bei dem also eine entsprechend große Fläche vom Laserstrahl bestrahlt und ein über diese Fläche sich erstreckendes Schmelzenbad erzeugt wird. Eine optimale Anhaftung der Beschichtung an der jeweiligen Fläche des Grundkörpers kann dabei dadurch gewährleistet werden, dass vor dem Auftrag der Beschichtung die zu beschichtende Fläche derart bearbeitet wird, dass an ihr eine gemäß DIN EN ISO 4287 ermittelte „gemittelte Rautiefe Rz“ von 12,5 - 25 µm vorliegt.
Als Hilfe für die Überwachung des Verschleißzustands können die Zwischenschicht und die Deckschicht unterschiedliche Farben aufweisen, so dass bei Erscheinen der Farbe der Zwischenschicht klar ist, dass die Deckschicht verbraucht ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels/anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine Bremsscheibe 1 für ein Kraftfahrzeug in einem Schnitt längs ihrer Drehachse X-X.
Die ein Bauteil im Sinne der Erfindung darstellende Bremsscheibe 1 weist einen Grundkörper 2 auf, der in konventioneller Weise gestaltet und aus einem zu diesem Zweck bekannten Eisengusswerkstoff mit der DIN-EN-Bezeichnung EN-JL1040 gegossen ist. Der Wärmedurchgangswert Ug des Grundkörpers beträgt 45 - 50 W/(m·K).
Die Bremsscheibe 1 weist einen topfförmigen Tragteil 3 und einen daran angegossenen Reibring 4 auf, der hier als aus Vollmaterial bestehend dargestellt ist, genauso aber auch in konventioneller Weise als innenbelüfteter Reibring 4 ausgebildet sein kann.
Der Reibring 4 weist in ebenso üblicher Weise an seinen normal zur Drehachse X-X ausgerichteten Stirnflächen jeweils eine ringförmige Reibfläche 5a,5b auf.
Beim für die Beschichtung bereitgestellten Grundkörper 2 sind Reibflächen 5a,5b nach dem Gießen des Grundkörpers 2 durch eine spanabhebende Bearbeitung in an sich bekannter Weise so vorbereitet worden, dass sie an ihrer Oberseite eine gemittelte Rautiefe Rz von 20 µm aufweisen.
Auf die so bearbeiteten Reibflächen 5a,5b des Grundkörpers 2 ist eine Beschichtung B aufgebracht, die aus einer Zwischenschicht Z und einer Deckschicht D besteht.
Die Zwischenschicht Z ist aus einem handelsüblichen, pulverförmig bereitgestellten Ni-Basiswerkstoff erzeugt worden, der aus (in Gew.-%) 19 % Cr, 18 % Fe, 3,0 % Mo, 5 % Nb+Ta, Rest Ni und unvermeidbaren Verunreinigungen bestand. Seine Kerbschlagarbeit betrug 350 Joule. Beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind in die Zwischenschicht Z keine Hartstoffpartikel eingelagert worden.
Die Dicke Dz der Zwischenschicht Z betrug 70 - 90 µm.
Zum Auftragen der Zwischenschicht Z ist die Bremsscheibe in eine horizontale Position in einer hier nicht gezeigten Spanneinrichtung positioniert worden, die mittels eines hier ebenfalls nicht gezeigten Drehantriebs um die Drehachse X-X der Bremsscheibe 1 rotierend antreibbar war. Anschließend ist die Zwischenschicht Z mittels Laserauftragsscheißen erzeugt worden. Dazu ist eine hier nicht gezeigte Laserstrahleinrichtung (Laserkopfdurchmesser = 5 mm) in einer Startposition am Innendurchmesser des Reibrings 4 positioniert worden und die Bremsscheibe mit 60 Umdrehungen pro Minute gedreht worden. Ausgehend von der Startposition ist der Laser dann mit einer Geschwindigkeit von 10 m/min radial in Richtung des äußeren Umfangs des Reibrings bewegt worden. Beim Anfahren ist der Laser gezündet und beim Erreichen des Außendurchmessers abgeschaltet worden. Mit Beginn der Laserbestrahlung ist der pulverförmige Ni-Werkstoff der Zwischenschicht Z gemäß der in der DE 10 2011 100 456 B4 beschriebenen Vorgehensweise in den vom Laserstrahl jeweils überstrichenen Bereich gegeben worden. Die mittlere Temperatur im durch den Laserstrahl aufgeschmolzenen Bereich lag bei 600 - 800 °C.
Die so auf den Reibflächen 5a,5b erzeugte Zwischenschicht Z hat einen Wärmedurchgangswert Uz von 24 W/(m·K).
Durch die Zwischenschicht Z sind an den Reibflächen 5a,5b vorhandene Unebenheiten ausgeglichen und Poren 6 geschlossen worden, so dass nach dem Auftrag der Zwischenschicht Z an ihrer von dem Grundkörper 2 abgewandten Seite eine ebene, optimal für den Auftrag der Deckschicht D geeignete Oberfläche vorhanden war.
Nach der Zwischenschicht Z ist die Deckschicht D auf die Zwischenschicht Z aufgebracht worden. Dazu ist auf die wie zum Aufbringen der Zwischenschicht Z drehantreibbar eingespannten Bremsscheibe 1 ein Pulver, das aus einer Mischung von 50 Vol.-% aus einem unter der Werkstoffnummer 1.4404 gemäß StahlEisen-Liste genormten Edelstahl und 50 Vol.-% Wolframkarbidpartikeln mit einer mittleren Korngröße von 4 µm bestand, bereitgestellt worden. Dieses Pulver ist wiederum entsprechend der in der DE 10 2011 100 456 B4 beschriebenen Vorgehensweise auf die Zwischenschicht Z aufgetragen worden.
Die so erzeugte Deckschicht D wies eine Dicke Dd von 110 µm und einen Wärmedurchgangswert von 180 W/(m·K) bei einer Härte von 1005 HV auf.
Bezugszeichenliste

1: Bremsscheibe
2: Grundkörper
3: topfförmiger Tragteil
4: Reibring
5a,5b: Reibflächen
6: Poren an den Reibflächen 5a,5b
B: Beschichtung
D: Deckschicht
Dz: Dicke der Zwischenschicht Z
X-X: Drehachse der Bremsscheibe 1
Z: Zwischenschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008053637 B4 [0002]
DE 102005008569 A1 [0003]
US 5407035 A [0004]
DE 102011100456 B4 [0038, 0049, 0052]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 6507-1 [0032]
DIN EN ISO 148-1 [0033]
DIN EN ISO 4287 [0038]

Claims

Bauteil einer Bremse für ein Fahrzeug, mit einem metallischen Grundkörper, der eine Fläche (5a,5b) aufweist, die zur Erhöhung ihrer Verschleißbeständigkeit mit einer Beschichtung (B) versehen ist, die eine auf dem Grundkörper (2) aufliegende Zwischenschicht (Z) und eine auf der Zwischenschicht (Z) aufliegende Deckschicht (D) umfasst, wobei die Zwischenschicht (Z) eine höhere Zähigkeit besitzt als die Deckschicht (D), die wiederum eine höhere Härte besitzt als die Zwischenschicht (Z), dadurch gekennzeichnet, - dass die Zwischenschicht (Z) aus einer Ni- oder Cr-Legierung mit einem Ni- oder Cr-Gehalt von jeweils mehr als 50 Gew.-% und optional in eine aus der Stahllegierung gebildeten Matrix eingelagerten Hartstoffpartikeln gebildet ist, - dass die Deckschicht (D) aus einer Edelstahlmatrix mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln gebildet ist, - dass die Wärmeleitfähigkeit des Grundköpers (2) um das 1,5- bis 3-fache größer ist als die Wärmeleitfähigkeit der Zwischenschicht (Z) - dass die Wärmeleitfähigkeit der Deckschicht (D) um das 2- bis 4,5-fache größer ist als die Wärmleitfähigkeit des Grundkörpers (2) und - dass für das aus der Dicke Dz der Zwischenschicht (Z) und der Dicke Dd der Deckschicht (D) gebildete Dickenverhältnis Vd = Dd/Dz gilt Vd ≥ 1,5.
Bauteil nach Anspruch 1,dad urch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des Grundköpers (2) um das 1,6- bis 2,8-fache größer ist als die Wärmeleitfähigkeit der Zwischenschicht (Z).
Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit der Deckschicht (D) um das 2,1- bis 4,1-fache größer ist als die Wärmleitfähigkeit des Grundkörpers (2).
Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des Grundkörpers (2) 48 - 52 W/(m·K), die Wärmeleitfähigkeit der Zwischenschicht (Z) 19 - 29 W/(m·K) und die Wärmeleitfähigkeit der Deckschicht (D) 122 - 190 W/(m·K) beträgt.
Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der Zwischenschicht (Z) 11,7 - 16,2 [10^-6/K] beträgt.
Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Reibring (4) einer Bremsscheibe (1) ist und die mit der Beschichtung (B) belegte Fläche eine an dem Reibring vorhandene Reibfläche (5a,5b) ist, gegen die bei einem Bremsvorgang eine Betätigungseinrichtung mit einem Bremsbelag wirkt.
gekennzeichnet, dass der Volumenanteil der in die Stahlmatrix der Deckschicht (D) eingebetteten Hartstoffpartikel am Gesamtvolumen der Deckschicht (D) 20 - 70 Vol.-% beträgt.
Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Edelstahlmatrix der Deckschicht (D) eingelagerten Hartstoffpartikel eine durchschnittliche Korngröße von 3 - 5 µm aufweisen.
Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Edelstahlmatrix der Deckschicht (D) eingelagerten Hartstoffpartikel aus metallartigen, kovalenten oder ionischen Karbiden bestehen.
Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Deckschicht (D) oder die optional in der Zwischenschicht enthaltenen Hartstoffpartikel aus einem oder mehreren Hartstoffen aus folgender Gruppe bestehen: „Wolframcarbid, Chromcarbid, Siliziumcarbid“
Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis VK/VE, das aus dem von den in die Edelstahlmatrix der Deckschicht (D) eingebetteten Hartstoffpartikel eingenommenen Volumen VK und aus dem von der Edelstahlmatrix selbst eingenommenen Volumen VE gebildet wird, gilt: 2/8 ≤ VK/VE ≤ 7/3.
Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (Z) oder im Fall der optionalen Einlagerung von Hartstoffpartikeln die Matrix der Zwischenschicht (Z) aus einer Ni-Legierung gebildet ist, die aus (in Gew.-%) 18 - 25 % Cr, 2 - 5 % Mo, 24 -29 % Fe, 9 - 11 % Nb, Rest Nickel und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen, besteht.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (Z) aus einer Cr-Legierung gebildet ist, die aus (in Gew.-%) 3 - 5 % Mo, 24 - 29 % Fe, 6 - 10 % Nb, 2 - 4 % Ta, Rest Chrom und herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen, besteht.
Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelstahlmatrix der Deckschicht (D) aus einem Edelstahl mit der Werkstoffnummer 1.4404 oder einem der Edelstähle besteht, die in den US-amerikanischen Normen AISI/ASTM unter den Nummern 340 - 430L genormt sind.
Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (Z) eine andere Farbe aufweist als die Deckschicht (D).