DE102019208411A1

DE102019208411A1 - Reibbremskörper für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, Reibbremse und Verfahren zur Herstellung eines Reibbremskörpers

Info

Publication number: DE102019208411A1
Application number: DE102019208411.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Schnatterer; Kangjian Wu; Ilja Potapenko
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-06-08
Filing date: 2019-06-08
Publication date: 2020-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheibe (1), für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper einen Basiskörper (3) mit zumindest einer Verschleißschutzschicht (5), die Hartstoffpartikel aufweist, auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht (5) auf einer Zwischenschicht (6) aus austenitischem oder teil-austenitischem Chrom-Nickel-Stahl aufgebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheibe, für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper einen Basiskörper mit zumindest einer Verschleißschutzschicht, die Hartstoffpartikel aufweist, auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Reibbremse für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Bremsscheibe und mit wenigstens einem der Bremsscheibe zugeordneten verlagerbaren Bremsklotz. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des oben genannten Reibbremskörpers.
Stand der Technik
Reibbremskörper für Kraftfahrzeuge, insbesondere Bremsscheiben, werden heutzutage in der Regel mit einem Basiskörper aus Grauguss gefertigt. Zur Reduzierung des im Betrieb auftretenden Verschleißes ist es außerdem bekannt, zumindest auf einer Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers eine Verschleißschutzschicht aufzubringen. Während eines Bremsvorgangs, bei welchem ein Bremsklotz gegen die Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers gepresst wird, entsteht Abrieb an der Reibkontaktoberfläche, der durch die genannte Verschleißschutzschicht reduziert wird. Durch die Verschleißschutzschicht wird somit die Haltbarkeit und Verschleißbeständigkeit der Bremsscheibe beziehungsweise des Reibbremskörpers erhöht. Aus der Offenlegungsschrift EP 3 034 902 A1 ist es bekannt, die Verschleißschutzschicht mittels Laserauftragsschweißen auf die Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers aufzubringen. Dabei wird die zu beschichtende Reibkontaktoberfläche mittels Laserstrahl aufgeschmolzen und gleichzeitig ein Beschichtungspulver zugeführt, das bevorzugt vor Erreichen der aufgeschmolzenen Oberfläche des Basiskörpers von dem Laserstrahl ebenfalls zumindest teilverflüssigt wird, sodass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen aufgeschmolzener Oberfläche und Beschichtung entsteht. Aus der oben genannten Druckschrift ist es außerdem bekannt, die Verschleißschutzschicht mit bis zu 50 Gew.-% Keramikpartikeln zu versehen. Durch die Keramikpartikel, die einen Hartstoff bilden, wird die Härte und Verschleißbeständigkeit der Verschleißschutzschicht erhöht. Gleichzeitig reduzieren die Keramikpartikel jedoch die Duktilität und Rissbeständigkeit der Verschleißschutzschicht.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Reibbremskörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass trotz dem Verwenden von Hartstoffpartikeln zur Verbesserung des Verschleißverhaltens eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Rissbeständigkeit dauerhaft gewährleistet wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Verschleißschutzschicht auf einer Zwischenschicht aus austenitischem oder teil-austenitischem Chrom-Nickel-Stahl aufgebracht ist. Dadurch wird ein Zweischichtsystem auf der Reibkontaktoberfläche bereitgestellt, das aus der inneren Zwischenschicht und der äußeren Verschleißschutzschicht besteht, wobei die Zwischenschicht insbesondere korrosionsbeständig und rissbeständig ist, während die Verschleißschutzschicht insbesondere einen geringen Abrieb gewährleistet.
Vorzugsweise weist die Zwischenschicht als Basiswerkstoff Eisen auf. Dadurch ist eine kostengünstige und mit einfachen Mitteln herzustellende Zwischenschicht gewährleistet.
Besonders bevorzugt weist die Zwischenschicht mindestens 10 Gew.-% Chrom auf.
Besonders bevorzugt weist die Zwischenschicht außerdem mindestens 4 Gew.-% Nickel auf.
Besonders bevorzugt weist die Zwischenschicht als Basiswerkstoff Eisen auf, sowie einen Chromanteil von etwa 18 Gew.-% und einen Nickelanteil von etwa 12 Gew.-%. Diese Werkstoffwahl hat den Vorteil, dass der Werkstoff eine hohe Schweißeignung aufweist. Bevorzugt ist daher die Zwischenschicht durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, auf dem Basiskörper aufgebracht. Dadurch ist ein kostengünstiges Aufbringen der Zwischenschicht gewährleistet.
Durch das Laserauftragsschweißen ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass die Zwischenschicht mit einer geringen Höhe oder Dicke auftragbar ist. So ist die Zwischenschicht bevorzugt mit einer Höhe oder Dicke von weniger als 200 µm, insbesondere weniger als 150 µm auf den Basiskörper aufgebracht.
Bevorzugt ist die Verschleißschutzschicht ebenfalls durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, auf die Zwischenschicht aufgebracht.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht aus einem Chromstahl gefertigt ist und als Hartstoffpartikel Keramikpartikel aufweist. Die Keramikpartikel gewährleisten eine hohe Abriebfestigkeit.
Vorzugsweise weist die Verschleißschutzschicht einen Basiswerkstoff aus Eisen und mindestens 10 Gew.-% Chrom auf. Bei der Verschleißschutzschicht handelt es sich somit um einen Chromstahl, der neben Eisen als Basiswerkstoff mindestens 10 Gew.-% Chrom, besonders bevorzugt etwa 17 Gew.-% Chrom, aufweist. In dem Chromstahl sind die Keramikpartikel vorteilhaft eingelagert und erhöhen aufgrund ihrer Härte den Verschleißwiderstand. Durch die vorteilhafte Ausbildung der Verschleißschutzschicht als Chromstahl, insbesondere im Vergleich zu Chromnickelstählen, ergibt sich der Vorteil, dass sie eine höhere Beständigkeit gegenüber Spannungs- und Schwingungskorrosion besitzt.
Besonders bevorzugt weist die Verschleißschutzschicht als Keramikpartikel Karbidpartikel, insbesondere Titankarbid-, Niobkarbid-, Borkarbid- oder Vanadiumkarbidpartikel auf.
Vorzugsweise beträgt der Keramikanteil der Verschleißschutzschicht maximal 70 Vol.-%. Dadurch wird gewährleistet, dass Fehlanpassungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten und die daraus resultierenden Spannungen im Schichtsystem von Verschleißschutzschicht, Zwischenschicht und Basiskörper, bei Durchführung eines Bremsvorgangs in einem tolerierbaren Rahmen bleiben.
Die erfindungsgemäße Reibbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 12 zeichnet sich dadurch aus, dass der Reibbremskörper erfindungsgemäß ausgebildet ist. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Insbesondere ist der Reibbremskörper als Bremsscheibe ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 zeichnet sich dadurch aus, dass die Verschleißschutzschicht auf eine aus austenitischem oder teil-austenitischem Chromnickelstahl ausgebildete Zwischenschicht auf dem Basiskörper aufgebracht wird. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Insbesondere wird die Zwischenschicht auf dem Basiskörper durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, aufgebracht. Gleiches gilt bevorzugt auch für die Verschleißschutzschicht, die insbesondere durch Auftragsschweißen oder Laserauftragsschweißen auf die Zwischenschicht aufgebracht wird. Bevorzugte Materialzusammensetzungen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 einen vorteilhaften Reibbremskörper in einer perspektivischen Darstellung und
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zum Herstellen des Reibbremskörpers.

1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung einen als Bremsscheibe 1 ausgebildeten Reibbremskörper 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 eine der Stirnseiten der Scheibenbremse pressbar ist, zusammenzuwirken. Ein optional vorhandener Bremsscheibentopf ist in 1 nicht dargestellt.
Die Bremsscheibe 1 weist einen Basiskörper 3 auf, der kreisringförmig ausgebildet ist, und auf seinen Stirnseiten jeweils eine Reibkontaktoberfläche 4 aufweist, die zum Zusammenwirken mit dem Bremsklotz der Reibbremse 2 dienen. Der Basiskörper 3 ist vorzugsweise aus Grauguss gefertigt. Zumindest auf den Reibkontaktoberflächen 4 weist das Basiskörper 3 jeweils eine Verschleißschutzschicht 5 auf, wobei zwischen der Verschleißschutzschicht 5 und dem Basiskörper 3 eine Zwischenschicht 6 vorhanden ist.
Die Zwischenschicht 6 ist vorliegend aus austenitischem oder teil-austenitischem Chrom-Nickel-Stahl gefertigt. Dieser weist Chrom und Nickel als Hauptlegierungselemente auf. Durch die Chrom-Zugabe wird die Korrosionsbeständigkeit der Zwischenschicht 6 gewährleistet. Durch die Nickelzugabe wird der Existenzbereich des kubisch-flächenzentrierten Eisengitters des Eisenbasiswerkstoffs bis auf Raumtemperatur und darunter erweitert, sodass sich ein austenitisches oder teil-austenitisches Gefüge im Stahl ausbildet. Insbesondere hinsichtlich Bruchzähigkeit, die ein Maß für eine Rissbeständigkeit darstellt, ist der austenitische oder teil-austenitische Chrom-Nickel-Stahl ferritischen Stählen überlegen. Insbesondere enthält die Zwischenschicht 6 neben Eisen als Basiswerkstoff mindestens 10 Gew.-% Chrom sowie mindestens 4 Gew.-% Nickel. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Schweißeignung der Zwischenschicht, wodurch diese mit sehr geringer Schichtdicke, insbesondere mittels Auftragsschweißen, vorzugsweise Laserauftragsschweißen, auf den Basiskörper 3 aufgetragen ist. Dadurch ist eine kostengünstige Herstellung der Bremsscheibe 1 gewährleistet. Bevorzugt weist die Zwischenschicht 6 eine Schichtdicke von weniger als 150 µm auf.
Durch die vorteilhafte Zwischenschicht 6 werden Risse an den Grenzflächen zwischen Zwischenschicht 6 und Verschleißschutzschicht 5 oder innerhalb der Zwischenschicht 6 gestoppt, ohne dass sich diese Risse in den Basiskörper 3 ausbreiten. Die mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit der beschichteten Bremsscheibe 1 wird dadurch optimiert.
Die Verschleißschutzschicht 5 ist bevorzugt ebenfalls mittels Auftragsschweißen, bevorzugt Laserauftragsschweißen, auf die Zwischenschicht 6 aufgetragen. Die Verschleißschutzschicht 5 ist vorliegend aus einem korrosionsbeständigen Chromstahl als Matrixphase gefertigt, in dem Hartstoffpartikel, vorliegend Keramikpartikel, eingelagert sind. Der Chromstahl hat gegenüber dem Chrom-Nickel-Stahl den Vorteil, dass er eine höhere Beständigkeit gegen Spannungs- und Schwingungskorrosion besitzt. Diese Korrosionsarten können bei Überlagerung von mechanischen Spannungen und korrosivem Angriff durch insbesondere Chloridionen auftreten. Bevorzugt enthält der Chromstahl der Verschleißschutzschicht 5 neben Eisen als Basiswerkstoff mindestens 10 Gew.-% Chrom. Die eingelegten Hartstoffpartikel, insbesondere Keramikpartikel, erhöhen die Verschleißbeständigkeit beziehungsweise den Verschleißwiderstand der Verschleißschutzschicht der Bremsscheibe 1. Vorzugsweise sind als Keramikpartikel Karbidpartikel, insbesondere Titankarbid-, Niobkarbid-, Borkarbid- oder Vanadiumkarbidpartikel vorhanden. Der Anteil der Keramikpartikel in der Verschleißschutzschicht 5 entspricht bevorzugt maximal 70 Vol.-% der Verschleißschutzschicht 5, sodass Fehlanpassungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten und daraus resultierende Spannungen im Schichtsystem aus Verschleißschutzschicht 5, Zwischenschicht 6 und Basiskörper 3 nicht zu hoch werden beziehungsweise innerhalb eines tolerierbaren Bereichs bleiben.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Zwischenschicht 6 einen austenitischen Stahl mit einem Chromanteil von 16 bis 20 Gew.-%, insbesondere 18 Gew.-%, und einem Nickelanteil von 8 bis 14 Gew.-%, insbesondere 12 Gew.-%, auf. Die Verschleißschutzschicht 5 besteht dabei bevorzugt aus 70 Vol.-% Chromstahl als Matrixphase, deren Chromanteil bei etwa 15 bis 20 Gew.-%, insbesondere 17 Gew.-% liegt, und 30 Vol.-% in der Matrixphase eingelagerte Titankarbidpartikel.
2 zeigt vereinfacht anhand eines Flussdiagramms ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren für den Reibbremskörper beziehungsweise die Bremsscheibe 1. In einem ersten Schritt S1 wird der Basiskörper 3 aus Grauguss gefertigt und 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 mit der Zwischenschicht 6 versehen, indem die Zwischenschicht auf die Reibkontaktoberflächen 4 durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, aufgetragen werden. In einem darauffolgenden Schritt S3 wird auf die Zwischenschicht die beschriebene Verschleißschutzschicht 5 ebenfalls durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, aufgetragen. In einem darauffolgenden optionalen Schritt S4 wird die Verschleißschutzschicht abschließend mechanisch bearbeitet, um eine gewünschte Rauigkeit zu gewährleisten. In einem abschließenden Schritt S5 wird dann der fertige Reibbremskörper beziehungsweise die Bremsscheibe 1 erhalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3034902 A1 [0003]

Claims

Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheibe (1), für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper einen Basiskörper (3) mit zumindest einer Verschleißschutzschicht (5), die Hartstoffpartikel aufweist, auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) auf einer Zwischenschicht (6) aus austenitischem oder teil-austenitischem Chrom-Nickel-Stahl aufgebracht ist.
Reibbremskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) als Basiswerkstoff Eisen aufweist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) mindestens 10 Gew.-% Chrom aufweist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) mindestens 4 Gew.-% Nickel aufweist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, auf den Basiskörper (3) aufgebracht ist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) eine Schichtdicke von weniger als 200 µm, insbesondere weniger als 150 µm aufweist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, auf die Zwischenschicht (6) aufgebracht ist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) als Hartstoffpartikel Keramikpartikel aufweist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) als Matrixphase einen Chromstahl mit mindestens 10 Gew.-% Chrom aufweist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Keramikpartikel Karbidpartikel vorhanden sind, insbesondere Titankarbid-, Niobkarbid-, Borkarbid- oder Vanadiumkarbidpartikel.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Keramikpartikel in der Verschleißschutzschicht (5) maximal 70 Vol.-% beträgt.
Reibbremse (2) für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheibe (1), und mit zumindest einem dem Reibbremskörper zugeordneten verlagerbaren Bremsklotz, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Reibbremskörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers, insbesondere Bremsscheibe (1), für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Basiskörper (3) des Reibbremskörpers mit zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) gefertigt wird, wobei auf die Reibkontaktoberfläche (4) eine Verschleißschutzschicht (5), die Hartstoffpartikel aufweist, aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) auf eine Zwischenschicht (6) aus austenitischem oder teil-austenitischem Chrom-Nickel-Stahl aufgebracht wird.