DE102019103479A1 - Process for machining surfaces on brake components - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen, insbesondere von korrodierten Oberflächen, an Bremsenbauteilen mit den folgenden Schritten:1. Schritt (101): Identifizieren einer Oberfläche an einem Bremsenbauteil, welche einer Bearbeitung bedarf2. Schritt (102): Auftrag eines metallischen Pulvers (200) auf die identifizierte Oberfläche des Bremsenbauteils durch ein Kaltgasspritz-Verfahren3. Schritt (103): teilweiser Abtrag des metallischen Pulvers unter Bereitstellen einer modifizierten, insbesondere korrosionsfreien, Oberfläche.A method for machining surfaces, in particular corroded surfaces, on brake components with the following steps: 1. Step (101): Identify a surface on a brake component that requires machining 2. Step (102): Application of a metallic powder (200) to the identified surface of the brake component by means of a cold gas spray method3. Step (103): partial removal of the metallic powder while providing a modified, in particular corrosion-free, surface.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen an Bremsenbauteilen.The present invention relates to a method for machining surfaces on brake components.
Bei der Herstellung und der Lagerung von Bremsenbauteilen gibt es gelegentlich einige Bauteile, welche aufgrund von Korrosionsspuren, z.B. in Dichtbereichen, aussortiert werden müssen.In the manufacture and storage of brake components there are occasionally some components which, due to traces of corrosion, e.g. must be sorted out in sealing areas.
Aus ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten kann ein sogenannter Remanufacturing-Prozess bei einer Vielzahl von Bremsenbauteilen Sinn machen. Dabei werden die betroffenen Bauteile in einem der normalen Produktion nachgeschalteten Prozess nachbearbeitet.From an economic and ecological point of view, a so-called remanufacturing process can make sense for a large number of brake components. The affected components are reworked in a process that follows normal production.
Eine erneute Bearbeitung einer Oberfläche kann durch den Auftrag eines Füllmaterials erfolgen. Dabei wurde erkannt, dass der Auftrag von Spachtelmaße oder durch geschmolzenes Metall im Rahmen eines Schweißprozesses Folgeprobeleme verursachte. Beispielsweise mussten teilweise auch nicht betroffene Flächen bearbeitet werden wenn direkte Abstände technisch wichtig sind.A surface can be processed again by applying a filler material. It was recognized that the application of filler gauges or molten metal in the course of a welding process caused subsequent problems. For example, areas that were not affected sometimes had to be processed if direct distances are technically important.
Ausgehend von der vorgenannten Vorbetrachtung ist es nunmehr die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, in welchem eine besonders ökonomische Oberflächenbearbeitung, insbesondere im Rahmen eines Remanufacturing-Prozesses erfolgen kann.On the basis of the aforementioned preliminary consideration, the object of the present invention is now to provide a method in which a particularly economical surface processing can take place, in particular within the framework of a remanufacturing process.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch das Bereitstellen eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The present invention achieves this object by providing a method having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bearbeitung von Oberflächen an Bremsenbauteilen und kann z.B. als Remanufacturing-Prozess im Anschluss an die Herstellung einzelner Bremsenbauteile erfolgen.The method according to the invention is used for machining surfaces on brake components and can e.g. take place as a remanufacturing process following the manufacture of individual brake components.
Besonders bevorzugt kann das Verfahren bei korrodierten Oberflächen angewandt werden.The method can particularly preferably be used on corroded surfaces.
Das Verfahren umfasst mehrere Schritte.The process consists of several steps.
In einem ersten Schritt erfolgt Identifizieren einer Oberfläche an einem Bremsenbauteil, welche einer Bearbeitung bedarf. Dies kann optisch erfolgen, z.B. durch eine Kamera oder auch durch Einsatz bestimmter Maker zur Identifizierung von Mikrorissen und korrosiven Bestandteilen.In a first step, a surface on a brake component that requires processing is identified. This can be done optically, e.g. with a camera or with the use of certain makers to identify microcracks and corrosive components.
Alternativ kann auch eine Infrarot-Kamera genutzt werden.Alternatively, an infrared camera can also be used.
In einem zeiten Schritt kann der Auftrag eines metallischen Pulvers auf die identifizierte Oberfläche des Bremsenbauteils durch ein Kaltgasspritz-Verfahren erfolgen.In a second step, a metallic powder can be applied to the identified surface of the brake component using a cold gas spraying process.
Das Kaltgasspritzverfahren ist optimal um den Materialauftrag einerseits gezielt und anderseits wieder lösbar auf die Oberfläche zu ermöglichen. Benachbarte Flächen sind dabei nur geringen thermischen Belastungen ausgesetzt und weisen meist auch keine oder nur eine vernachlässigbar-geringe Anzahl an Streuteilchen auf.The cold gas spraying process is ideal for enabling the material to be applied on the one hand in a targeted manner and on the other hand releasably onto the surface. Adjacent surfaces are only exposed to low thermal loads and usually have no or only a negligibly low number of scattered particles.
In einem dritten Schritt kann ein teilweiser Abtrag des metallischen Pulvers unter Bereitstellen einer modifizierten, insbesondere korrosionsfreien, Oberfläche erfolgen. Idealerweise ist diese Oberfläche geglättet und kann als Dichtoberfläche genutzt werden.In a third step, the metallic powder can be partially removed while providing a modified, in particular corrosion-free, surface. Ideally, this surface is smoothed and can be used as a sealing surface.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der UnteransprücheAdvantageous configurations are the subject of the subclaims
Bei dem durch das Kaltspritz-Verfahren aufgebrachten metallischen Pulver kann es sich vorteilhaft um elementares Kupfer, elementares Zink, elementares Aluminium und/oder Aluminiumoxid handeln. Diese Materialien weisen eine besonders günstige Duktilität für den Auftrag auf.The metallic powder applied by the cold spray process can advantageously be elemental copper, elemental zinc, elemental aluminum and / or aluminum oxide. These materials have a particularly favorable ductility for the order.
Besonders vorteilhaft handelt es sich bei dem durch das Kaltspritz-Verfahren aufgebrachten metallischen Pulver um Gemisch aus Zink, Aluminium und Aluminumoxid, welches sich insbesondere zur Behandlung von korrosiven Oberflächen mit hoher mechanischer Belastung, wie dies im Bremsenbau der Fall ist, als besonders gut erwiesen hat.The metallic powder applied by the cold spray process is particularly advantageously a mixture of zinc, aluminum and aluminum oxide, which has proven to be particularly good for treating corrosive surfaces with high mechanical loads, as is the case in brake construction .
Als Transportmedium wird ein Prozessgases eingesetzt. Als Prozessgas hat sich aufgrund seiner geringen chemischen Reaktivität in Verbindung mit seiner guten Erwärmbarkeit Helium, Stickstoff oder ein Gemisch aus beiden als bevorzugt erwiesen.A process gas is used as the transport medium. Helium, nitrogen or a mixture of the two has proven to be preferred as the process gas due to its low chemical reactivity in connection with its good heatability.
Die Geschwindigkeit des Transportmediums kann in Abhängigkeit von der mittleren Teilchengröße des metallischen Pulvers und zum Abstand zur Oberfläche des Bremsenbauteils vorteilhaft derart gewählt werden, dass die durchschnittliche Geschwindigkeit des metallischen Pulvers unmittelbar vor dem Auftreffen auf die Oberfläche 300 bis 1200 m/s beträgt. Durch den Zusammenprall mit der Oberfläche kommt es zu einem oberflächlichen Kontaktschmelzen, wobei das Metallteilchen allerdings nicht vollständig aufschmilzt und daher leichter wieder lösbar und/oder auf der Oberfläche verteilbar istDepending on the mean particle size of the metallic powder and the distance to the surface of the brake component, the speed of the transport medium can advantageously be chosen such that the average speed of the metallic powder immediately before it hits the surface is 300 to 1200 m / s. The collision with the surface leads to superficial contact melting, although the metal particle does not completely melt and is therefore easier to detach again and / or to distribute on the surface
Das Transportmedium wird vor dem Einleiten des metallischen Pulvers vorzugsweise erwärmt wird, wobei die Temperatur des Transportmediums nach dem Erwärmen unterhalb der Schmelztemperatur des metallischen Pulvers liegt. Dadurch wird ein Aufschmelzen oder ein Agglomerieren zu einem größeren Teilchenverbund im Gasstrom verhindert, was u.a. ein Unterschied zu einer Reihe anderer Metall-Spritzverfahren ist.The transport medium is preferably heated before the metallic powder is introduced, the temperature of the transport medium being the same is below the melting temperature of the metallic powder after heating. This prevents melting or agglomeration into a larger particle composite in the gas flow, which is, among other things, a difference to a number of other metal spraying processes.
Als metallisches Pulver kann bevorzugt ein Gemisch aus Zinkpulver, Aluminiumpulver und Aluminiumoxidpulver, jeweils mit einer Reinheit von mehr als 95%, eingesetzt werden. Der Anteil an Zinkpulver kann dabei vorzugsweise 35 bis 45 Gew.%, insbesondere 38-42 Gew.% betragen. Der Anteil an Aluminiumpulver kann dabei 30-40 Gew.% betragen, insbesondere 33-37 Gew.%. Der Anteil an Aluminiumoxidpulver kann zwischen 20-30 Gew.%, vorzugsweise zwischen 23-27 Gew.%, betragen.A mixture of zinc powder, aluminum powder and aluminum oxide powder, each with a purity of more than 95%, can preferably be used as the metallic powder. The proportion of zinc powder can preferably be 35 to 45% by weight, in particular 38-42% by weight. The proportion of aluminum powder can be 30-40% by weight, in particular 33-37% by weight. The proportion of aluminum oxide powder can be between 20-30% by weight, preferably between 23-27% by weight.
Die Prozessbedingungen des Kaltspritz-Verfahrens, insbesondere die Geschwindigkeit des Transportmediums und dessen Temperatur, sind optimalerweise und vorteilhaft so zu wählen, dass die Teilchen des metallischen Pulvers lediglich oberflächlich mit der Oberfläche verschmolzen sind, derart, dass eine Teilchenkontur teilweise erhalten bleibt.The process conditions of the cold spraying method, in particular the speed of the transport medium and its temperature, are optimally and advantageously to be selected so that the particles of the metallic powder are only superficially fused with the surface, in such a way that a particle contour is partially retained.
Der teilweise Abtrag im Schritt
Als Schleifwerkzeug bei der Schleifbehandlung kann vorzugsweise eine Vlies-Finishingscheibe eingesetzt werden, welche einen übermäßigen Abtrag und damit eine Materialschwächung vorteilhaft verhindert.A fleece finishing disc can preferably be used as a grinding tool in the grinding treatment, which advantageously prevents excessive removal and thus material weakening.
Ebenfalls erfindungsgemäß ist die Verwendung eines metallischen Pulvers in dem vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung von korrodierten Dichtflächen von Bremsenbauteilen.The use of a metallic powder in the aforementioned method according to the invention for machining corroded sealing surfaces of brake components is also according to the invention.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Figur näher erläutert. Es zeigt:
-
1 schematisches Fließdiagramm zum Ablauf einer Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 schematic flow diagram for the sequence of a variant of a method according to the invention.
In einem ersten Schritt
Da sich Korrosionsspuren auch optisch erfassen lassen, kann das Identifizieren beispielsweise automatisiert durch eine optische Erfassungseinheit, beispielsweise durch eine Kamera, erfolgen.Since traces of corrosion can also be detected optically, the identification can for example take place automatically by an optical detection unit, for example by a camera.
Die Art, Funktionsweise und/oder der konstruktive Aufbau verschiedener Bremsenbauteile ist an sich bekannt und kann beispielsweise aus einer Vielzahl von Patentanmeldungen der Anmelderin entnommen werden.The type, mode of operation and / or the structural design of various brake components is known per se and can be found, for example, in a large number of patent applications by the applicant.
Bei der Herstellung von Bremsenbauteilen und/oder bei der Wiederverwendung von Bremsenbauteilen gebrauchter Bremsenkann eine Nachbearbeitung einiger Bremsenbauteile erfolgen, welche beispielsweise in einem sogenannten Refabrikation-Verfahren bzw. ein Wiederaufarbeitungs-Verfahren erfolgen.In the manufacture of brake components and / or in the re-use of brake components of used brakes, some brake components can be reworked, for example in a so-called remanufacturing process or a reconditioning process.
In einem zweiten Schritt
Der Auftrag erfolgt in einem Kaltgasspritz-Verfahren. Dabei wird das metallische Pulver
Die aufgetragene Schichtdicke des Pulvers kann vorzugsweise mehr als 0,8 µm, besonders bevorzugt mehr als 15 µm betragen.The applied layer thickness of the powder can preferably be more than 0.8 μm, particularly preferably more than 15 μm.
Das metallische Pulver
Jede der vorgenannten Komponenten kann dabei ebenfalls bevorzugt zumindest zu 10 Gew.% im Gemisch enthalten sein.Each of the aforementioned components can also preferably be present in the mixture to an extent of at least 10% by weight.
Der Auftrag erfolgt in durch eine Düse
Als Prozessgas kommt vorzugsweise Stickstoff, Helium oder ein Stickstoff-Helium-Gemisch in Betracht. Dieses wird vor dem Einleiten des metallischen Pulvers
In einem dritten Schritt
Durch das rein-oberflächliche Anschmelzen beim Materialauftrag ist die Materialanhaftung und die Materialhärte der kaltgasgespritzen metallischen Schicht im Vergleich zum Gussmaterial des Bremsenbauteils geringer. Das Schleifmedium kann so gewählt werden, dass ein Abtrag des kaltgasgespritzten Materials erfolgt, ohne dass eine Schädigung der Oberfläche des Bremsenbauteils erfolgt.Due to the purely superficial melting when the material is applied, the material adhesion and the material hardness of the cold gas-sprayed metallic layer are lower compared to the cast material of the brake component. The grinding medium can be selected in such a way that the cold gas sprayed material is removed without damaging the surface of the brake component.
Durch den Materialabtrag werden beispielsweise Oberflächenfehlstellenvorteilhaft von der zu bearbeitenden Oberfläche mitgerissen, ohne die Oberfläche selbst zu beschädigen. Somit kann im Wesentlichen der Neuzustand eines Bremsenbauteils wiederhergestellt werden.As a result of the material removal, for example, surface imperfections are advantageously carried away from the surface to be processed without damaging the surface itself. In this way, a brake component can essentially be restored to its new condition.
Die Bearbeitung im Rahmen des Kaltgasspritzens ist besonders bevorzugt für Dichtflächen von Bremsenbauteilen.Machining in the context of cold gas spraying is particularly preferred for sealing surfaces of brake components.
Das Material des Bremsenbauteil als Gußteil weist eine deutlich größere Härte auf als das im Coldsprayverfahren aufgetragene Material.The material of the brake component as a cast part has a significantly greater hardness than the material applied in the cold spray process.
Dieses aufgetragene metallische Material ermöglicht aufgrund dieses Härteunterschieds eine Bearbeitung des Bremsenbauteils, ohne jedoch das Bauteil an sich zu beschädigen, zu bearbeiten oder die originale Geometrie zu verändern.Due to this difference in hardness, this applied metallic material enables the brake component to be machined without, however, damaging or machining the component itself or changing the original geometry.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 101101
- erster Schrittfirst step
- 102102
- zweiter Schrittsecond step
- 103103
- dritter SchrittThird step
- 200200
- metallisches Pulvermetallic powder
- 300300
- TransportmediumTransport medium
- 400400
- Düsejet
- 450450
- HeizvorrichtungHeater
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