DE102019202494A1

DE102019202494A1 - Reibbremskörper für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, Reibbremse und Verfahren zur Herstellung eines Reibbremskörpers

Info

Publication number: DE102019202494A1
Application number: DE102019202494.7A
Authority: DE
Inventors: Ilja Potapenko; Christian Schnatterer; Kangjian Wu; Simon Loskyll
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Buderus Guss GmbH
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2020-08-27
Also published as: WO2020173746A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reibbremskörper für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe (1), wobei der Reibbremskörper einen Basiskörper (3) aus Grauguss mit zumindest einer Verschleißschutzschicht (5) auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht (5) Nickelborid, insbesondere Dinickelborid, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibbremskörper für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Bremsscheibe, wobei der Reibbremskörper einen Basiskörper aus Grauguss mit zumindest einer Verschleißschutzschicht auf einer Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Reibbremse für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Bremsscheibe und mit wenigstens einem Bremsklotz, sowie ein Verfahren zur Herstellung des oben genannten Reibbremskörpers.
Stand der Technik
Reibbremskörper für Kraftfahrzeuge, insbesondere Bremsscheiben, werden heutzutage in der Regel aus einem Basiskörper aus Grauguss gefertigt. Außerdem sind heutzutage Bremsscheiben bekannt, die aus einem Grauguss-Basiskörper und einer auf den Reibkontaktoberflächen des Basiskörpers aufgebrachten Verschleißschutzschicht bestehen. Während eines Bremsvorgangs, bei welchem ein Bremsklotz gegen die Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers aus Grauguss gepresst wird, entsteht Abrieb an dem Basiskörper, der durch die Verschleißschutzschicht reduziert wird. Dabei ist es bekannt, Verschleißschutzschichten auf Basis von Hartmetallen oder Karbiden vorzusehen, um den Abrieb zu reduzieren. Außerdem ist es beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 008 114 A1 bekannt, eine Grauguss-Bremsscheibe durch einen Nitriervorgang nachzubehandeln, um den Abrieb an der Reibkontaktoberfläche zu reduzieren.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Reibbremskörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Verschleißschutzschicht Nickelborid, insbesondere Dinickelborid aufweist. Durch das Borid erhält die Verschleißschutzschicht eine vorteilhafte Härte, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Grauguss-Reibbremskörpern, und führt damit zu einem reduzierten Verschleiß und Abrieb sowie eine Verringerung der Bremsstaubentstehung. Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme die Lebensdauer des Reibbremskörpers in kostengünstiger Weise erhöht. Insbesondere weist die Verschleißschutzschicht eine Schicht aus Nickelboriden, vorzugsweise Dinickelborid (Ni2B), auf den Reibkontaktoberflächen auf, die durch Borieren einer auf die Reibkontaktoberfläche aufgebrachten Nickel-Schicht realisiert werden kann. Die Boridschicht entsteht durch Eindiffusion von Boratomen in die Nickelschicht unter Bildung von Nickelboriden, wobei die Dinickelboridschicht eine besonders hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit aufweist. Bevorzugt weist die Verschleißschutzschicht eine reine Nickelschicht auf dem Basiskörper auf, auf welcher die Schicht aus Nickelboriden, insbesondere Dinickelboride, aufgebracht ist. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte Verbindung der Verschleißschutzschicht mit dem Basiskörper.
Alternativ zu dem Vorsehen der Nickelschicht ist auf der Reibkontaktoberfläche eine Eisenschicht aufgebracht, auf welcher die Boridschicht in Form von Eisenboriden, vornehmlich Di-Eisenborid (Fe2B) gebildet ist. Diese vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist ebenfalls kostengünstig herstellbar, bietet jedoch eine geringere Härte als die Ausführungsform mit einer Nickelschicht.
Die erfindungsgemäße Reibbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 3 zeichnet sich dadurch aus, dass die Bremsscheibe als erfindungsgemäßer Reibbremskörper ausgebildet ist. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere vorteilhafte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 zeichnet sich dadurch aus, dass die Verschleißschutzschicht durch einen Borierprozess hergestellt wird. Es ergeben sich dadurch die bereits genannten Vorteile.
Insbesondere wird vor der Durchführung des Borierprozesses der Basiskörper, zumindest die Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers, mit einer Nickelschicht versehen, sodass die Borierschicht auf oder innerhalb der Nickelschicht ausgebildet wird. Insbesondere wird dabei die Dinickelborid-Schicht (Ni₂B) ausgebildet.
Die Nickelschicht wird bevorzugt durch ein galvanisches oder chemisches Verfahren hergestellt. Dadurch ist die Nickelschicht kostengünstig auf dem Basisköper herstellbar. Vorzugsweise wird die Verschleißschutzschicht nur im Bereich der Reibkontaktoberfläche auf dem Basiskörper aufgebracht, um Kosten zu reduzieren. Es kann jedoch auch günstig sein, den gesamten Reibbremskörper beziehungsweise den gesamten Basiskörper mit der Verschleißschutzschicht zu versehen, weil dann auf Dichtelemente und ein gezieltes Aufbringen der Verschleißschutzschicht verzichtet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird bei dem Borierprozess zumindest die Reibkontaktoberfläche des Reibbremskörpers bei hohen Temperaturen einem borhaltigen Medium für eine vorgebbare Zeitdauer von bis zu mehreren Stunden ausgesetzt. Hierdurch wird die genannte Boridschicht, insbesondere Dinickelborid-Schicht, ausgebildet. Es ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Geeignete Temperaturen für die Ausbildung der Dinickelboridschicht liegen oberhalb von 600°C. Dadurch ergibt sich als weiterer Vorteil, dass das Borieren von Nickel bei geringeren Temperaturen durchgeführt werden kann als beispielsweise das Borieren von Eisen. Die geringeren Prozesstemperaturen resultieren neben geringeren Energiekosten vor allem in reduziertem Bauteilverzug.
Weiterhin wird bevorzugt als borhaltiges Medium Pulver, Granulat, Paste, Gas oder Schmelze verwendet. Dadurch ist ein einfaches Aufbringen des borhaltigen Mediums auf zumindest die Reibkontaktoberfläche gewährleistet.
Vorzugsweise wird die Schichtdicke der Nickelschicht derart gewählt, dass zwischen der Schicht aus Nickelboriden und dem Basiskörper eine Nickelschicht verbleibt. Die Schichtdicke der Nickelschicht wird also derart gewählt, dass nach Abschluss des Borierprozesses ein Teil der Nickelschicht unversehrt beziehungsweise als reine Nickelschicht verbleibt. Im Falle einer Rissbildung durch die Schicht aus Nickelboriden wird dann durch die unversehrte Nickelschicht ein Korrosionsschutz des Basiskörpers weiter gewährleistet.
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 insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 eine vorteilhafte Bremsscheibe in einer vereinfachten Darstellung und
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zum Herstellen der Bremsscheibe.

1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung eine Bremsscheibe 1 einer hier nicht näher dargestellten Reibbremse 2 eines Kraftfahrzeugs. Die Bremsscheibe 1 ist kreisringförmig ausgebildet und dient dazu, mit einem verlagerbaren Bremsklotz der Reibbremse, der gegen zumindest einen der Stirnseiten der Scheibenbremse pressbar ist, zusammenzuwirken. Ein optional vorhandener Bremsscheibentopf ist in 1 nicht dargestellt.
Dazu weist die Bremsscheibe 1 einen Basiskörper 3 auf, der kreisscheibenförmig ausgebildet ist, und auf seinen Stirnseiten jeweils eine Reibkontaktoberfläche 4 aufweist, die dazu dient, mit dem Bremsklotz der Reibbremse 2 zusammenzuwirken. Der Basiskörper 3 ist aus Grauguss gefertigt. Zumindest auf den Reibkontaktoberflächen 4 weist der Basiskörper 3 jeweils eine Verschleißschutzschicht 5 auf, die als Schicht 6 aus Nickelboriden, vornehmlich aus Dinickelborid, und einer unversehrten Nickelschicht 7 ausgebildet ist. 2 zeigt dazu in einer vereinfachten Darstellung ein Flussdiagramm, anhand dessen ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen der Bremsscheibe 1 erläutert werden soll.
In einem ersten Schritt S1 wird der Basiskörper 3 aus Grauguss gefertigt bereitgestellt. Optional werden die Reibkontaktoberflächen 4 bereits mechanisch vorbearbeitet, um beispielsweise eine vorbestimmte Rauigkeit zu gewährleisten. In einem darauffolgenden Schritt S2 werden die Reibkontaktoberflächen 4 vernickelt beziehungsweise mit einer Nickelschicht 7 versehen. Die Vernickelung erfolgt bevorzugt galvanisch oder chemisch. In einem darauffolgenden Schritt S3 wird auf beziehungsweise innerhalb der jeweiligen Nickelschicht 7 eine Boridschicht ausgebildet. Dazu wird der Reibbremskörper in Form der Bremsscheibe 1 einem borhaltigen Medium, insbesondere Pulver, Granulat, Paste, Gas oder Schmelze, bei hohen Temperaturen für bis zu mehreren Stunden ausgesetzt. Während des Borierprozesses erfolgt eine Eindiffusion von Boratomen in die Nickelschicht unter Bildung von Nickelboriden, vornehmlich Dinickelborid (Ni₂B). Bevorzugt ist die Schichtdicke der Nickelschicht im Schritt S2 dabei derart gewählt, dass nach Abschluss des Borierprozesses eine reine Nickelschicht 7 zwischen der Schicht 6 aus Nickelboriden und dem Basiskörper 3 verbleibt, die insbesondere als Korrosionsschutz für den Fall dient, dass sich in der Schicht 6 aus Nickelboriden eine Rissbildung ergibt. In einem abschließenden Schritt S4 wird nach Abschluss des Borierprozesses die Bremsscheibe 1 beziehungsweise der verbesserte Reibbremskörper erhalten.
Das vorteilhafte Verfahren kombiniert den günstigen Grundwerkstoff Gusseisen des Basiskörpers 3 mit der guten Borierbarkeit und Korrosionsbeständigkeit von Nickel. Nickel lässt sich durch konventionelle Prozesse sehr leicht borieren, wobei außerdem große Schichtdicken möglich sind.
Durch die vorteilhafte Herstellung und Ausbildung der Bremsscheibe 1 ergibt sich, dass diese zumindest an den Reibkontaktoberflächen 4 einen reduzierten Verschleiß mit einer Verringerung der Bremsstaubentstehung gewährleistet und dadurch auch eine erhöhte Lebensdauer.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009008114 A1 [0003]

Claims

Reibbremskörper für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe (1), wobei der Reibbremskörper einen Basiskörper (3) aus Grauguss mit zumindest einer Verschleißschutzschicht (5) auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) Nickelborid, insbesondere Dinickelborid, aufweist.
Reibbremskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) eine reine Nickelschicht (7) auf dem Basiskörper (3) aufweist.
Reibbremse (2) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Bremsscheibe (1) und mit wenigstens einem einer Reibkontaktoberfläche (4) der Bremsscheibe (1) zugeordneten Bremsklotz, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Bremsscheibe (1) als Reibbremskörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2.
Verfahren zur Herstellung eines Reibbremskörpers, insbesondere Bremsscheibe (1), für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper einen Basiskörper (3) aus Grauguss mit zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) aufweist, wobei zumindest auf die Reibkontaktoberfläche (4) eine Verschleißschutzschicht (5) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) durch einen Borierprozess hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung des Borierprozesses zumindest die Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) mit einer Nickelschicht (7) versehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickelschicht (7) durch ein galvanisches oder chemisches Verfahren hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Borierprozess zumindest die Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) bei hohen Temperaturen einem borhaltigen Medium für eine vorgebbare Zeitdauer von insbesondere bis zu mehreren Stunden ausgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als borhaltiges Medium Pulver, Granulat, Paste, Gas oder Schmelze verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke der Nickelschicht (7) derart gewählt wird, dass zwischen der Schicht aus Nickelboriden (6) und dem Basiskörper (3) eine reine Nickelschicht verbleibt.