DE102019202480A1

DE102019202480A1 - Verfahren zur Herstellung eines Reibbremskörpers

Info

Publication number: DE102019202480A1
Application number: DE102019202480.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Schnatterer; Kangjian Wu; Ilja Potapenko; Simon Loskyll
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2020-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbremskörpers für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe (1), wobei der Reibbremskörper aus Grauguss gefertigt wird. Es ist vorgesehen, dass in einer Randschicht (4) des Reibbremskörpers zumindest bereichsweise durch Flammhärten ein martensitisches Härtegefüge erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe, wobei der Reibbremskörper aus Grauguss gefertigt wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens.
Stand der Technik
Reibbremskörper der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Üblicherweise werden Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheiben, für Kraftfahrzeuge zumindest überwiegend aus Grauguss gefertigt. Während eines Bremsvorgangs wird ein Bremsklotz gegen den Reibbremskörper gepresst, um durch Reibung eine Verzögerung in der Relativgeschwindigkeit des Reibbremskörpers zu dem Bremsklotz zu erzielen. Dabei erfolgt Abrieb an der Graugussscheibe, der als Feinstaub oder Bremsstaub in die Umwelt gelangt. Durch den Abrieb erleidet der Reibbremskörper außerdem Verschleiß, welcher die Lebensdauer des Reibungskörpers reduziert.
Um den Abrieb zu vermindern ist es bekannt, auf einer Bremsscheibe eine Verschleißschutzschicht auf Basis von Hartmetallen und Karbiden vorzusehen oder eine Oberflächenschicht/Randschicht des Reibbremskörpers thermochemisch zu verändern, beispielsweise durch Nitrieren.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf eine chemische Bearbeitung des Reibbremskörpers verzichtet werden kann, und dass allein durch eine Veränderung der Kristallstruktur des Grauguss-Kristallgitters ein verbesserter Abrieb des Reibbremskörpers an seiner Randschicht erreicht wird. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass in einer Randschicht des Reibbremskörpers zumindest bereichsweise durch Flammhärten ein martensitisches Härtegefüge erzeugt wird. Der Reibbremskörper wird also einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei die Wärmebehandlung nicht unbedingt den gesamten Reibbremskörper erfasst, sondern insbesondere diesen nur bereichsweise bearbeitet. Durch das Flammhärten ist es möglich, einen gezielten Bereich oder Abschnitt des Reibbremskörpers durch die Wärmebehandlung zu bearbeiten und in der Randschicht durch Austenitisierung, insbesondere mit anschließendem schnellen Abkühlen, insbesondere Abschrecken, Martensit zu erzeugen. Durch die Erzeugung eines martensitischen Gefüges wird die Randschicht erhärtet und der Abrieb vorteilhaft reduziert, wie vorstehend bereits beschrieben.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird durch die Flammhärtung in der Randschicht eine Temperatur von mindestens 800°C, besonders bevorzugt von über 1000°C, erzeugt, ohne Aufschmelzen des Grauguss. Der Wärmeeintrag wird wesentlich durch Brennerleistung und Überfahrgeschwindigkeit der Brennerflamme über die Graugussoberfläche bestimmt und ist derart einzustellen, dass eine möglichst vollständige Austenitisierung der Randschicht erreicht wird, ohne die Oberfläche anzuschmelzen. Grundsätzlich ist der Wärmeeintrag so niedrig wie möglich zu wählen, um die thermische Belastung des Reibbremskörpers gering zu halten und somit insbesondere einen Bauteilverzug zu unterbinden.
Zur Umwandlung der durch den Wärmeeintrag austenitisierten Randschicht in ein martensitisches Härtegefüge, wird der Austenit bevorzugt mit einer ausreichenden Kühlrate abgekühlt, insbesondere abgeschreckt.
Vorzugsweise wird die Randschicht zur Abkühlung mit einem flüssigen Kühlmittel, insbesondere auf Wasserbasis, beaufschlagt, insbesondere durch Wasserbrausen. Dadurch ist ein gezieltes und rasches Abkühlen der Randschicht beziehungsweise des Reibbremskörpers gewährleistet.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass zur Flammhärtung zumindest eine Flammdüse verwendet wird, die über den Reibbremskörper bewegt wird. Durch das Bewegen der zumindest einen Flammdüse ist es möglich, gezielt einen vorbestimmten Bereich, insbesondere eine Reibkontaktoberfläche der Bremsscheibe, die dazu dient, mit dem Bremsklotz zusammenzuwirken, zu austenitisieren, während übrige Bereiche des Reibbremskörpers, insbesondere der Bremsscheibe, von der Wärmebehandlung verschont werden. Dadurch werden Kosten und Aufwand gespart sowie ein übermäßiger Wärmeeintrag verhindert, der zu Bauteilverzug führen kann.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass nach dem Flammhärten das martensitische Härtegefüge insbesondere induktiv oder unter Verwendung der Flammdüse angelassen wird. Durch das Anlassen wird erreicht, dass die Sprödigkeit des Härtegefüges reduziert und die Gefahr der Rissbildung verhindert oder reduziert wird.
Insbesondere wird zumindest das martensitische Härtegefüge oder die Randschicht zum Anlassen auf Temperaturen von max. 400°C erhitzt. Alternativ wird vorzugsweise der gesamte Reibbremskörper auf eine Anlasstemperatur von maximal 400°C erhitzt, wozu der Reibbremskörper beispielsweise in einen Anlassofen oder dergleichen bewegt wird. Auch ist es denkbar, gezielte Bereiche des Reibbremskörpers, insbesondere die Reibkontaktoberfläche, durch Verwendung eines Laserstrahls beziehungsweise einer Laserstrahlbehandlung anzulassen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich durch zumindest eine Flammdüse aus. Insbesondere ist die Flammdüse bewegbar gelagert, sodass ein gezielter Bereich oder Abschnitt des Reibbremskörpers durch Flammhärten bearbeitbar ist. Weiterhin weißt die Vorrichtung bevorzugt eine Kühleinrichtung, insbesondere eine Wasserdüse oder -brause auf, um den wärmebehandelten Randabschnitt des Reibbremskörpers abzukühlen, insbesondere abzuschrecken. Vorzugsweise sind die Flammdüse und die Wasserdüse zusammen über den Reibbremskörper bewegbar.
Obwohl in der vorliegenden Beschreibung die Erfindung anhand einer Bremsscheibe beschrieben wird, soll hier deutlich darauf hingewiesen werden, dass der erfindungsgemäße Reibbremskörper neben einer Bremsscheibe auch den Reibbremskörper bei einer Trommelbremse betrifft.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen erweitert werden. Dazu zeigen

1 eine vorteilhafte Bremsscheibe in einer perspektivischen Darstellung,
2 eine vorteilhafte Vorrichtung zur Herstellung der Bremsscheibe.

1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung einen Reibbremskörper in Form einer Bremsscheibe 1, die einen kreisringförmigen Basiskörper 2 aufweist, der aus Grauguss gefertigt ist und an seinen beiden Stirnseiten jeweils eine kreisringförmige Reibkontaktoberfläche 3 aufweist. Ein optional vorhandener Bremsscheibentopf ist in 1 nicht dargestellt. Dabei liegt der Basiskörper 2 im Wesentlichen perlitisch oder ferritisch-perlitisch vor, mit Ausnahme der jeweiligen Randschicht 4 im Bereich der Reibkontaktoberflächen 3, die ein martensitisches Härtegefüge aufweist. Zum Erzeugen des Härtegefüges in der Randschicht 4 wurde die Bremsscheibe 1 durch Flammhärten bearbeitet.
2 zeigt hierzu eine vorteilhafte Vorrichtung 5 zur Herstellung der Bremsscheibe 1. Die Vorrichtung umfasst eine Flammeinrichtung 6 sowie eine Kühleinrichtung 7. Die Flammeinrichtung 6 weist mehrere Flammdüsen 8 auf, die nebeneinander angeordnet sind, insbesondere quer zu einer Bewegungsrichtung der Flammeinrichtung 6, wie durch einen Pfeil 9 gezeigt. Die Flammeinrichtung 6 ist bevorzugt fest mit der Kühleinrichtung 7 verbunden, welche insbesondere mehrere Kühlmitteldüsen 10 aufweist, die nebeneinanderliegend quer zur Bewegungsrichtung gemäß Pfeil 9 ausgerichtet beziehungsweise angeordnet sind.
Wird die Vorrichtung 5 über den Basiskörper 2 der Bremsscheibe 1 gemäß Pfeil 9 bewegt, so wird durch die Flammeinrichtung 6 die Randschicht 4 des Reibbremskörpers austenitisiert und anschließend durch die Kühlrichtung 7 abgekühlt, sodass der Austenit in Martensit in der Randschicht 4 umgewandelt wird. Insbesondere wird durch die Kühleinrichtung 7 als Kühlmittel Kühlmittelwasser auf den Basiskörper 2 gesprüht oder gespritzt. Alternativ wird ein Kühlöl verwendet. Besonders bevorzugt wird die Flammeinrichtung 6 derart angesteuert, dass in der Randschicht eine Temperatur von über 800°C, besonders bevorzugt von über 1000°C, erreicht wird, wobei die Maximaltemperatur und/oder die Behandlungsdauer derart begrenzt werden, dass ein Aufschmelzen des Basiskörpers 2 unterbleibt.
Die Eindringtiefe gemäß Pfeil 11 wird derart begrenzt, dass die Randschicht 4 über die Lebensdauer oder erwartete Lebensdauer der Bremsscheibe 1 erhalten bleibt und andererseits das Risiko einer Rissbildung und/oder Spannung im Basiskörper 2 vermieden wird.
Optional wird der Reibbremskörper nach dem Flammhärtprozess, wie er vorstehend beschrieben wurde, angelassen, indem er zumindest abschnittsweise auf Temperaturen von maximal 400°C aufgeheizt wird. Dazu wird beispielsweise die Flammeinrichtung 6 verwendet, oder eine Induktorspule oder eine Laserstrahleinrichtung, durch welche gezielt die Randschicht 4 des Basiskörpers 2 im Bereich der Reibkontaktoberfläche 3, also der zuvor in Martensit umgewandelte Abschnitt des Reibbremskörpers, behandelt wird. Durch das Anlassen wird die Sprödigkeit des Martensits reduziert und die Gefahr einer Rissbildung verringert.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Reibbremskörpers für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe (1), wobei der Reibbremskörper aus Grauguss gefertigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Randschicht (4) des Reibbremskörpers zumindest bereichsweise durch Flammhärten ein martensitisches Härtegefüge erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Flammhärtung in der Randschicht (4) Temperaturen von über 800°C, besonders bevorzugt von über 1000°C, erzeugt werden, ohne Aufschmelzung des Grauguss.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Wärmeeintrag austenitisierte Randschicht (4) zur Erzeugung des martensitischen Härtegefüges gekühlt, insbesondere abgeschreckt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randschicht (4) zur Abkühlung mit einem flüssigen Kühlmittel beaufschlagt wird, insbesondere durch Wasserbrausen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Flammhärtung zumindest eine Flammdüse (8) aufweist, die über den Reibbremskörper bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Flammhärten die martensitische Randschicht (4) insbesondere induktiv, mittels Laserbestrahlung, oder mittels der mindestens einen Flammdüse (8) angelassen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die martensitische Randschicht (4) zum Anlassen auf Temperaturen von maximal 400°C erhitzt wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Flammeinrichtung (6) mit zumindest einer über den Reibbremskörper bewegbaren Flammdüse (8).