DE102018205697B4

DE102018205697B4 - Bremsscheibe und Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102018205697B4
Application number: DE102018205697.8A
Authority: DE
Inventors: Christoph Oger; Kangjian Wu; Ilja Potapenko; Thomas Pfeiffer; Georg Ketteler; Frank Feussner
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2022-09-01
Anticipated expiration: 2038-04-17
Also published as: DE102018205697A1

Abstract

Bremsscheibe (501) mit• wenigstens einem aus einem Grundkörper (701) bestehenden Reibring,• wenigstens einer in dem Reibring befindlichen Bohrung (505), wobei die Bohrung als Sackloch ausgebildet ist,• wenigstens einer auf wenigstens Teile des Reibrings aufgebrachten Beschichtung (702), wobei die Beschichtung wenigstens Teile des Übergangs zwischen Bohrung zu dem Reibring umfasst, und• die wenigstens Teile des Übergangs zwischen Bohrung (505) zu dem Reibring gerundet ausgeführt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsscheibe bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe mit den Merkmalen der unabhängig formulierten Ansprüche.
Bremsscheiben haben die Aufgabe, das Bremsmoment bei einer Verzögerung des Fahrzeugs auf die Achse zu übertragen sowie die bei der Bremsung auftretende kinetische Energie kurzzeitig in Form von Wärme zwischenzuspeichern und nachfolgend über Leitung, Strahlung und Konvektion wieder abzugeben.
Konventionelle Bremsscheiben werden häufig aus dem temperaturbeständigen Grauguss hergestellt. Verschleißfeste Bremsscheiben werden hergestellt, indem entweder sehr teure Vollkeramik-Bremsscheiben eingesetzt oder auf eine Grauguss (GG)-Scheibe mittels HVOF Verfahren eine Hartmetallschicht aus Wolframcarbid (WC) aufgespritzt wird. Dafür wird WC-basiertes Pulver verwendet, was zu hoher Verschleißfestigkeit führt. Solch eine Bremsscheibe ist der DE 10 2011 087 136 A1 zu entnehmen.
Weiterhin werden Bremsscheiben teils axial gelocht oder mit Schlitzen oder Nuten versehen. Bremsabrieb und Wasser, das sich bei Regen auf der Scheibe hält, soll sich so in den Nuten sammeln und durch die Zentrifugalkraft entlang der Nut nach außen abgeführt werden. Somit können solche Maßnahmen das Ansprechverhalten bei Nässe verbessern. Weiterhin können Löcher in der Bremsscheibe die Wärmeabfuhr erhöhen.
Die verschleißfeste Bremsscheiben können mit Perforationsbohrungen (durchgebohrt oder als Sack- bzw. Putzlöcher ausgeführt) oder mit Nuten hergestellt werden.
Die Grauguss-Bremsscheibe neigt zudem im Betrieb zu Korrosion, weshalb die Hartmetallschicht durch eine zusätzliche Nickelschicht, als Haft- und Korrosionsschicht, umgesetzt wird. Diese Nickelschicht sollte möglichst gleichmäßig und möglichst weit in die Perforationsbohrung bzw. Nut reinragen, um die Unterkorrosion der Schicht zu vermeiden. Das ist bei der eckigen Ausführung der Perforationsbohrungen bzw. der Nut nicht gegeben.
In der DE 10 2011 087 136 A1 wird eine gelochte Bremsscheibe mit einer Oberflächenbeschichtung gezeigt. Die Bohrlöcher sind dabei zur Oberfläche der Bremsscheibe hin als Fase gestaltet.
Die DE 10 2006 043 415 A1 zeigt eine Bremsscheibe mit Reibflächen, in denen radiale Hohlräume zur Kühlung der Bremsscheibe eingearbeitet sind. Dabei sind die Körperkanten zwischen den Hohlräumen und den Reibflächen der Bremsscheibe mit einer Fase angefast.
Ebenso offenbart die DE 198 24 465 A1 zeigt eine Bremsscheibe mit Reibflächen, die zur besseren Kühlung durchbohrt sind. Die Kanten zwischen den Bohrlöchern und den Reibflächen der Bremsscheibe sind abgerundet ausgestaltet.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Bremsscheibe mit wenigstens einem aus einem Grundkörper bestehenden Reibring sowie wenigstens einer in dem Reibring befindlichen Bohrung. Weiterhin weist die Bremsscheibe wenigstens eine Beschichtung auf, die auf wenigstens einem Teil des Reibrings aufgebracht ist. Dabei umfasst die Beschichtung wenigstens Teile des Übergangs zwischen Bohrung zu dem Reibring.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Bohrung als Sackloch ausgebildet ist und wenigstens Teile des Übergangs zwischen der Bohrung zu dem Reibring gerundet ausgeführt sind.
Ursprüngliche Perforationsbohrungen bzw. Nuten sind wegen der eckigen Ausführung der Kanten ungeeignet, da an den Kanten bevorzugt Risse, wegen der höheren Spannung, gebildet, was zum Abplatzen der Schicht und somit zum Ausfall der Bremsscheibe führt. Die Erfindung hat nun den Vorteil, dass durch die gerundete Ausführung Spannungen an den Kanten und somit Entstehung von Risse und damit verbundene Schichtablösungen an den Perforationslöchern vermieden wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens Teile des Übergangs zwischen Bohrung zu dem Reibring im Grundkörper gerundet ausgeführt sind. Das bedeutet, dass nicht nur die beschichteten Kanten gerundet ausgeführt sind, sondern die Rundungen durch die Beschichtung auf die gerundeten Kanten des Grundkörper bedingt sind. Hierdurch wird die Entstehung von Rissen und damit die verbundenen Schichtablösungen an den Kanten der Perforationslöchern besonders wirksam vermieden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Beschichtung direkt auf den Grundkörper aufgebracht, während in einer alternativen Ausgestaltung die Beschichtung mittels wenigstens einer Zwischenschicht auf den Grundkörper aufgebracht ist.
Besonders vorteilhaft ist der Grundkörper aus Grauguss.
Die Erfindung betrifft weiterhin auch das Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe mit wenigstens einem aus einem Grundkörper bestehenden Reibring mit folgenden Schritten:

• Einbringen wenigstens einer Bohrung in den Grundkörper, wobei im Bereich des Übergangs zwischen Bohrung und Grundkörper Kanten entstehen,
• Beschichtung wenigstens Teile des Grundkörpers und des Übergangs direkt oder mittels wenigstens einer Zwischenschicht.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die wenigstens eine Bohrung als Sackloch ausgebildet ist und vor der Beschichtung die Kanten, insbesondere des Grundkörpers, wenigstens teilweise abgerundet werden.
Die Erfindung hat den bereits erwähnten Vorteil, dass durch die gerundete Ausführung Spannungen an den Kanten und somit Entstehung von Risse und damit verbundene Schichtablösungen an den Perforationslöchern vermieden wird.
Vorteilhafterweise wird der beschichtete Grundkörper geschliffen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Beschichtung und/oder der Schliff gleichmäßig erfolgt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Die 1 zeigt eine gelochte und beschichtete Bremsscheibe gemäß Stand der Technik.
Die 2 zeigt Ausführungen der Perforationsbohrungen einer Grauguss-Bremsscheibe gemäß Stand der Technik.
Die 3 und 4 zeigen eine Bremsscheibe im Bereich der Perforationsbohrungen gemäß Stand der Technik im Querschliff nach einem Bremsentest.
Die 5 zeigt eine Bremsscheibe mit Perforationsbohrungen und Nuten.
Die 6 zeigt Ausführungsbeispiele der Perforationsbohrungen und Nuten.
Die 7 zeigt einen Schliff durch die erfindungsgemäß beschichtete Perforationsbohrung mit einer Rundung von 1,8 mm.
Die 8 zeigt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die in 1 dargestellte Bremsscheibe 1 weist einen kreisringscheibenförmigen Bremsring 2 und eine mit dem Bremsring 2 einstückige und koaxiale, napfförmige Nabe 3 auf. Der Reibring 2 bildet die eigentliche Bremsscheibe. Die Bremsscheibe 1 ist innenbelüftet, ihr Bremsring 2 ist doppelwandig. Äußere Stirnflächen des Bremsrings 2 bilden kreisringscheibenförmige Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1. Die Reibflächen 4 sind die Oberflächen der Bremsscheibe 1, gegen die beim Bremsen nicht dargestellte Reibbremsbeläge gedrückt werden, um die Bremsscheibe 1 durch Reibung zu bremsen. Die Bremsscheibe 1 ist gelocht, d. h. sie weist Löcher 5 auf, die den Bremsring 2 durchsetzen. Die Bremsscheibe 1 besteht aus Grauguss oder einer Stahllegierung.
Die Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1 sind mit einer Oberflächenbeschichtung versehen, die eine Verschleißfestigkeit und eine Korrosionsbeständigkeit erhöht. Die Oberflächenbeschichtung kann eine thermische Pulverbeschichtung sein, die beispielsweise durch Flamm- oder Lichtbogenspritzen aufgetragen ist. Die Oberflächenbeschichtung der Reibflächen 4 kann Carbide, insbesondere Metallcarbide, beispielsweise Chrom- oder Wolframcarbide aufweisen, die in eine Matrix, insbesondere eine metallische Matrix, aus beispielsweise Nickel- oder Kobalt eingelagert sind. Die die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhöhende Oberflächenbeschichtung der Reibflächen 4 kann ein- oder mehrschichtig sein.
Die 2 zeigt Ausführungen der Löcher bzw. Perforationsbohrungen 5 mit dem Durchmesser D₀ einer Grauguss-Bremsscheibe (schraffiert gekennzeichneter Teil) gemäß Stand der Technik. Die Löcher können dabei zur Oberfläche hin abgeschrägt ausgebildet sein, in der 2 beispielsweise um 60 Grad.
Die 3 und 4 zeigen Bremsscheiben im Bereich der Perforationsbohrungen gemäß 2 im Querschliff nach einem Bremsentest. Im unteren Teil der Schliffbilder erkennt man den Grundkörper 301 aus Grauguss, der mit einer im oberen Teil dargestellten Beschichtung 302 versehen ist. Der Pfeil bezeichnet dabei die Bewegung des (nicht dargestellten) Bremsbelags relativ zur Bremsscheibe, die in den Figuren im Bereich der Perforationsbohrungen dargestellt ist.
Man erkennt, dass es durch die Reibung zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe im Bereich der Kanten der Perforationsbohrungen zu Rissen und Abspaltungen der Oberflächenbeschichtung kommt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, Spannungen an den Kanten und somit Entstehung der Risse und damit verbundene Schichtablösungen an den Perforationslöchern bzw. Nuten zu vermeiden.
Die 5 zeigt eine Bremsscheibe 501 mit Perforationsbohrungen 505 (linker Teil) und Nuten 506 (rechter Teil).
Die 6 zeigt erfindungsgemäße Ausführungen der Kanten der Löchern/Perforationsbohrungen bzw. Nuten 5 mit dem Durchmesser D₁ einer Grauguss-Bremsscheibe (schraffiert gekennzeichneter Teil). Die Kanten sind nun im Gegensatz zu den in der 2 dargestellten Ausführungsformen abgerundet. Mit der gerundeten Ausführung der Bohrgeometrie bzw. der Nutgeometrie werden die Spannungen in der Schicht reduziert. Die Risse und somit die Schichtabplatzung an den Perforationslöchern werden wirksam eliminiert.
Die in der 6 gezeigte Perforationsbohrungen können durchgebohrt oder wie Nuten als angesenkte Geometrie ausgeführt sein. Die Rundungen können mittels Bohrer oder Fräser ausgeführt werden.
Mögliche Werte sind:

Perforation-Bohrungsdurchmesser bzw. Nutbreite D1: 0,5 - 15 mm (Standard 4 mm)
Rundung im Auslauf der Bohrung R1: 0,2 - 10 mm (Standard 1,8 mm)
Rundung an der Spitze der Bohrung R2: 0,1 - 10 mm (Standard 1,0 mm)
Winkel auf der Reibfläche W1: 1° - 30° (Standard 15°)
Winkel in der Bohrung W2: 1° - 45° (Standard 20°)
Winkel in der Bohrung W3: 50° - 160° (Standard 120°)
Rundung R1: 0,2 - 10 mm (Standard 1,5 mm)
Rundung R2: 0,2 - 10 mm,
Tiefe der Sacklöcher T2: 0,2 mm bis komplett durchgebohrt (Standard 1,5 - 3,5 mm)

Die 7 zeigt nun einen Schliff durch die erfindungsgemäß beschichtete Perforationsbohrung mit abgerundeten Kanten mit einer Rundung von 1,8 mm nach einem Bremstest. Wie in den 3 und 4 ist im unteren Teil jeweils der Grundkörper 701 mit den abgerundeten Kanten zu sehen. Auf diesen Grundkörper wird dann die im oberen Teil dargestellte Beschichtung 702 aufgetragen.
Im Gegensatz zu den 3 und 4 (keine abgerundete Kanten) erkennt man in der 7, in der die Perforationsbohrungen auf der Bremsringoberfläche mit Rundung ausgeführt sind, dass die Spannung in der Schicht herabgesetzt und damit Risse und Abplatzungen vermieden werden.
Anhand der Figur soll nun das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe erläutert werden.
Im Schritt 801 wird der in dieser Ausführungsform als Grauguss ausgeführte Grundkörper bereitgestellt. Anschließend werden im Schritt 802 die als Sacklöcher ausgebildeten Löcher/Perforationsbohrungen und/oder Nuten mit dem abgerundeten Kanten in die Bremsscheibe eingebracht. Im Schritt 803 wird dann, ggf. nach weiteren Bearbeitungsschritten der Oberfläche des Grundkörpers, die verschleißfeste Beschichtung möglichst gleichmäßig auf der mit dem Bremsbelag zu kontaktierende Oberfläche aufgebracht. Zwischen dem Grundkörper und der verschleißfeste Beschichtung kann auch eine Zwischenschicht vorgesehen sein. Daran anschließend kann im Schritt 804 die Beschichtung noch geschliffen werden.

Claims

Bremsscheibe (501) mit • wenigstens einem aus einem Grundkörper (701) bestehenden Reibring, • wenigstens einer in dem Reibring befindlichen Bohrung (505), wobei die Bohrung als Sackloch ausgebildet ist, • wenigstens einer auf wenigstens Teile des Reibrings aufgebrachten Beschichtung (702), wobei die Beschichtung wenigstens Teile des Übergangs zwischen Bohrung zu dem Reibring umfasst, und • die wenigstens Teile des Übergangs zwischen Bohrung (505) zu dem Reibring gerundet ausgeführt sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens Teile des Übergangs zwischen Bohrung (505) zu dem Reibring im Grundkörper (701) gerundet ausgeführt sind.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (702) direkt auf den Grundkörper (701) aufgebracht ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (702) mittels wenigstens einer Zwischenschicht auf den Grundkörper (701) aufgebracht ist.
Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (701) aus Grauguss ist.
Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe mit wenigstens einem aus einem Grundkörper (701) bestehenden Reibring mit folgenden Schritten: • Einbringen wenigstens einer als Sackloch ausgebildeten Bohrung (505) in den Grundkörper (701), wobei im Bereich des Übergangs zwischen Bohrung (505) und Grundkörper (701) Kanten entstehen, • Beschichtung (702) wenigstens Teile des Grundkörpers (701) und des Übergangs direkt oder mittels wenigstens einer Zwischenschicht, • vor der Beschichtung die Kanten wenigstens teilweise abgerundet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Abrundung die Beschichtung (702) geschliffen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (702) und/oder der Schliff gleichmäßig erfolgt.