DE102019202502A1

DE102019202502A1 - Reibbremskörper für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, Reibbremse und Verfahren zur Herstellung eines Reibbremskörpers

Info

Publication number: DE102019202502A1
Application number: DE102019202502.1A
Authority: DE
Inventors: Ilja Potapenko; Christian Schnatterer; Kangjian Wu; 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
Also published as: WO2020173754A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reibbremskörper (3) für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe (1), wobei der Reibbremskörper (3) zumindest im Wesentlichen aus Grauguss gefertigt ist und zumindest auf einer Reibkontaktoberfläche (4) eine Verschleißschutzschicht (5) aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht (5) zumindest Eisen und Chrom aufweist und diffusionsbehandelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft Reibbremskörper für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe, wobei der Reibbremskörper (3) zumindest im Wesentlichen aus Grauguss gefertigt ist und auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche eine Verschleißschutzschicht aufweist
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Reibbremse für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Radbremse, die wenigstens eine Bremsscheibe und wenigstens einen Bremsklotz aufweist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des oben genannten Reibbremskörpers.
Stand der Technik
Radbremsen oder Reibbremsen für Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise als Reibbremskörper eine Bremsscheibe und zumindest einen Bremsklotz auf, die durch Gegeneinanderpressen eine Bremswirkung erzielen. Dabei ist die Bremsscheibe üblicherweise drehfest mit einem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden und der Bremsklotz karosseriefest derart verlagerbar, dass er in Anlagekontakt mit der Bremsscheibe bringbar ist, um durch Reibung die Drehzahl der Bremsscheibe beziehungsweise des mit der Bremsscheibe gekoppelten Rades zu reduzieren. Um den Verschleiß der Bremsscheibe zu reduzieren, ist es außerdem bekannt, diese auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche, welche im verbauten Zustand dem Bremsklotz gegenüberliegt und somit als Reibpartner dient, mit einer Verschleißschutzschicht zu versehen. So ist es beispielsweise bekannt, Verschleißschutzschichten auf Basis von Hartmetallen oder Karbiden aufzubringen.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Reibbremskörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch einfache und kostengünstige Mittel der Abrieb an dem Reibbremskörper während eines Bremsvorgangs reduziert und die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit der Reibkontaktoberfläche erhöht werden. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der Reibbremskörper mit einer Verschleißschutzschicht versehen ist und die Verschleißschutzschicht zumindest aus Eisen und Chrom gefertigt und diffusionsbehandelt ist. Durch die vorteilhafte Materialwahl und die Diffusionsbehandlung ergibt sich eine erhöhte Beständigkeit der Reibkontaktoberfläche gegenüber Abrieb und Korrosion, was zu einer erhöhten Lebensdauer und einer reduzierten Bremsstaubentstehung führt sowie eine ästhetische Verbesserung bewirkt.
Insbesondere ist die Verschleißschutzschicht niedertemperaturdiffusionsbehandelt. Durch die Diffusionsbehandlung in insbesondere stickstoff- und/oder kohlenstoffhaltiger Umgebung diffundieren Stickstoff- und/oder Kohlenstoffatome thermisch-aktiviert in die Verschleißschutzschicht ein und werden insbesondere interstitiell in das Eisengitter der Verschleißschutzschicht eingebracht/eingebaut und bewirken so durch Verzerrungen des Kristallgitters eine Erhöhung der Härte der Verschleißschutzschicht, die zu der erhöhten Beständigkeit gegenüber Abrieb und Verschleiß führt.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Eisenanteil zumindest 50 % des Gewichts der Verschleißschutzschicht ausmacht. Für das Legierungselement Chrom ist ein massenbezogener Anteil von mindestens 10% vorgesehen, um eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten. Hieraus ergibt sich eine vorteilhafte verschleiß- und korrosionsoptimierte Schicht.
Besonders bevorzugt ist die Verschleißschutzschicht vor der Diffusionsbehandlung porös, insbesondere leicht porös ausgebildet, also nicht 100 % dicht, sodass die Eindiffusion der Stickstoff und/oder Kohlenstoffatome erleichtert beziehungsweise beschleunigt wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch höhere Schichtdicken der Verschleißschutzschicht diffusionsbehandelt werden können. Außerdem erfolgt der Diffusionsprozess dadurch beschleunigt, wodurch dieser Prozessschritt weniger Zeit in Anspruch nimmt und somit zu einer Kostenreduktion beiträgt.
Die erfindungsgemäße Reibbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 4 zeichnet sich durch die Ausbildung der Bremsscheibe als erfindungsgemäßer Bremskörper mit der oben beschriebenen Verschleißschutzschicht aus. Zweckmäßigerweise weist die Bremsscheibe eine Reibkontaktoberfläche auf, welche dem Bremsklotz gegenüberliegt und für den bremsenden Reibkontakt zur Verfügung steht. Diese Reibkontaktoberfläche ist bevorzugt mit der vorteilhaften Verschleißschutzschicht versehen. Insbesondere weist die Bremsscheibe auf jeder Stirnseite jeweils eine entsprechende Reibkontaktoberfläche mit der beschriebenen Verschleißschutzschicht auf, wobei jeder Reibkontaktoberfläche jeweils zumindest ein verlagerbarer Bremsklotz zugeordnet ist. Insbesondere sind die Bremsklötze in einer Bremsbacke der Reibbremse gehalten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Reibbremse ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus dem zuvor Beschriebenen.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 zeichnet sich dadurch aus, dass die Verschleißschutzschicht zumindest aus Eisen und Chrom gefertigt und diffusionsbehandelt wird. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
Vorzugsweise wird die Verschleißschutzschicht auf dem Grauguss beziehungsweise auf einem aus Grauguss gefertigten Grundkörper der Bremsscheibe niedertemperaturdiffusionsbehandelt, um eine vorteilhafte Härtung der Verschleißschutzschicht zu erreichen.
Insbesondere wird dazu der Bremskörper einem Niedertemperatur-Diffusionsverfahren unterzogen, sodass Stickstoff und/oder Kohlenstoffatome aus der stickstoff- und/oder kohlenstoffhaltigen Umgebung, beispielsweise der Ofenatmosphäre, in die Verschleißschutzschicht eindiffundieren. Durch das Niedertemperatur-Diffusionsverfahren werden derart niedrige Temperaturen verwendet, dass insbesondere die Bildung von Chromnitriden und/oder Chromkarbiden in der Verschleißschutzschicht zumindest weitestgehend unterbleibt. Stattdessen werden Stickstoff- und/oder Kohlenstoffatome interstitiell in das Eisengitter der Verschleißschutzschicht eingebaut und bewirken so durch die erzeugte Verzerrung des Kristallgitters die Erhöhung der Härte der Verschleißschutzschicht. Durch den überwiegend interstitiellen Einbau der Stickstoff- und/oder Kohlenstoffatome wird verhindert, dass in der Eisenmatrix der Verschleißschutzschicht gelöste Chromatome abgebunden werden, wodurch die Korrosionsbeständigkeit reduziert werden würde.
Vorzugsweise wird die Verschleißschutzschicht mit einem Eisenanteil von zumindest 50 % des Gewichts der Verschleißschutzschicht und/oder porös gefertigt. Es ergeben sich dadurch die bereits genannten Vorteile. Um eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu erreichen ist ein massenbezogener Chromgehalt bevorzugt von mindestens 10% in der Verschleißschutzschicht vorgesehen.
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 Bremsscheibe in einer vereinfachten Darstellung, und
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zum Herstellen der Bremsscheibe.

1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Bremsscheibe 1 einer hier nicht näher dargestellten Reibbremse 2. Die Bremsscheibe 1 weist einen aus Grauguss gefertigten Reibbremskörper 3 auf, der scheibenringförmig ausgebildet ist. Ein optional vorhandener Bremsscheibentopf ist in 1 nicht gezeigt. Auf seinen beiden Stirnseiten weist der Reibbremskörper 3 jeweils eine ringförmige Reibkontaktoberfläche 4 auf, die mit einer Verschleißschutzschicht 5 versehen ist. Die jeweilige Verschleißschutzschicht 5 ist zumindest überwiegend aus Eisen und Chrom gefertigt, wobei der Eisenanteil zumindest 50 % und der Chromanteil mindestens 10% des Gewichts der jeweiligen Verschleißschutzschicht 5 ausmacht. Die Verschleißschutzschicht 5 ist leicht porös gefertigt, also nicht 100 % dicht, und niedertemperatur-diffusionsbehandelt, sodass Stickstoff- und/oder Kohlenstoffatome aus einer stickstoff- und/oder kohlenstoffhaltigen Umgebung in die Verschleißschutzschicht durch die Diffusionsbehandlung eindiffundieren und dort interstitiell in das Kristallgitter der Verschleißschutzschicht eingebaut sind, sodass sie dieses verzerren und dadurch eine erhöhte Härte der Verschleißschutzschicht bewirken. Durch die poröse Gestaltung der Verschleißschutzschicht wird die Eindiffusion der Stickstoff- und/oder Kohlenstoffatome beschleunigt und dadurch eine hohe Schichtdicke der Verschleißschutzschicht ermöglicht. Die Prozesstemperatur für das Diffusionsverfahren wird bevorzugt derartig niedrig gewählt, dass die Bildung von Chromnitriden beziehungsweise Chromkarbiden weitestgehend unterbleibt und die im Eisengitter gelösten Chromatome auch nach der Diffusionsbehandlung für die Bildung einer oberflächlichen chromreichen Passivschicht zur Verfügung stehen, wodurch eine hohe Korrosionsbeständigkeit erreicht wird.
Im Vergleich zu Reibbremskörpern, die als Verschleißschutzschicht eine Hartmetallschicht aufweisen, ist die Bremsscheibe 1 kostengünstiger herstellbar und bietet außerdem den Vorteil einer erhöhten Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit der Reibringoberfläche beziehungsweise der ringförmigen Reibkontaktoberfläche 4.
2 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Herstellung der Bremsscheibe 1. In einem ersten Schritt wird ein aus Grauguss gefertigter Reibbremskörper 3 auf herkömmliche Art und Weise bereitgestellt. Dabei wird der Reibbremskörper 3 derart gefertigt, dass er ringscheibenförmig ausgebildet ist und auf jeder Stirnseite jeweils eine ringförmige Reibkontaktoberfläche 4 für einen Bremsklotz einer Reibbremse aufweist. In einem darauffolgenden Schritt S2 wird die Reibkontaktoberfläche 4, wie zuvor bereits erwähnt, mit der Verschleißschutzschicht 5 aus zumindest Eisen und Chrom, weitere Elemente dürfen enthalten sein, müssen aber nicht, versehen. Anschließend wird in einem Schritt S3 der Reibbremskörper 3 beziehungsweise die Bremsscheibe 1 dem Niedertemperatur-Diffusionsverfahren ausgesetzt, um in einem Schritt S4 die fertige Bremsscheibe 1 mit der vorteilhaften, diffusionsbehandelten Verschleißschutzschicht 5 zu erhalten.

Claims

Reibbremskörper (3) für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe (1), wobei der Reibbremskörper (3) zumindest im Wesentlichen aus Grauguss gefertigt ist und zumindest auf einer Reibkontaktoberfläche (4) eine Verschleißschutzschicht (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) zumindest Eisen und Chrom aufweist und diffusionsbehandelt ist.
Reibbremskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbremskörper (3) niedertemperaturdiffusionsbehandelt ist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenanteil in der Verschleißschutzschicht (5) zumindest 50 % des Gewichts der Verschleißschutzschicht (5) ausmacht.
Reibbremse für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Bremsscheibe (1), gekennzeichnet durch die Ausbildung der Bremsscheibe (1) als Reibbremskörper (3) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3.
Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers (3) für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe (1), wobei der Reibbremskörper (3) aus Grauguss mit einer Verschleißschutzschicht (5) auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) gefertigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) zumindest aus Eisen und Chrom gefertigt und diffusionsbehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbremskörper (3) mit der Verschleißschutzschicht (5) niedertemperaturdiffusionsbehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbremskörper (3) einem Niedertemperatur-Diffusionsverfahren unterzogen wird, sodass Stickstoff- und/oder Kohlenstoffatome aus einer stickstoff- und/oder kohlenstoffhaltigen Umgebung in die Verschleißschutzschicht (5) eindiffundieren.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Niedertemperatur-Diffusionsverfahrens derart niedrig gewählt wird, dass die Bildung von Chromnitriden und/oder Chromkarbiden zumindest weitestgehend unterbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) mit einem Eisenanteil von zumindest 50 % des Gewichts der Verschleißschutzschicht (5) und/oder porös gefertigt wird.