DE102019209420A1

DE102019209420A1 - Reibbremskörper für eine Reibbremse, Reibbremse und Verfahren zur Herstellung eines Reibbremskörpers

Info

Publication number: DE102019209420A1
Application number: DE102019209420.1A
Authority: DE
Inventors: Ilja Potapenko; Christian Schnatterer; Kangijan Wu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Buderus Guss GmbH
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2020-12-31

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) auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht (5) aus einem gehärteten Edelstahl gefertigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheibe, für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper einen Basiskörper mit zumindest einer Verschleißschutzschicht auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Reibbremse für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Reibbremskörper, insbesondere einer Bremsscheibe, und wenigstens einem dem Reibbremskörper zugeordneten verlagerbaren Bremsklotz.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen 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, eine 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.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Reibbremskörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass neben hoher Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit eine hohe Rissbeständigkeit der Verschleißschutzschicht gewährleistet wird, und dass diese Eigenschaften insbesondere auch dann gewährleistet werden, wenn die Verschleißschutzschicht frei von Hartstoffpartikeln ist. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht aus einem gehärteten Edelstahl gefertigt ist. Der auf den insbesondere aus Grauguss gefertigte Basiskörper beziehungsweise die Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers aufgebrachte Edelstahl ist also ein insbesondere nachträglich gehärteter Edelstahl, der durch das Härten ein Härtegefüge aufweist, durch welches insbesondere die Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls nicht beeinträchtigt wird beziehungsweise zumindest weitestgehend unverändert bleibt.
Bevorzugt ist die Verschleißschutzschicht hartstoffpartikelfrei ausgebildet. Dadurch wird auf ein kostenaufwendiges und verfahrenstechnisch aufwendigeres Herstellungsverfahren verzichtet. Optional weist die Verschleißschutzschicht Hartstoffpartikel, insbesondere Keramikpartikel, auf, um die Verschleißbeständigkeit der Beschichtung weiter zu erhöhen.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht als Edelstahl eine Eisenbasislegierung mit Kohlenstoff und Chrom aufweist. Die Eisenbasislegierung ist vorzugsweise durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, auf dem Basiskörper aufgebracht. Anders als nichthärtbare Edelstahl, ist der härtbare Edelstahl dazu geeignet, dass durch den freien Kohlenstoff ein martensitisches Gefüge während des Härteprozesses in der Verschleißschutzschicht entsteht, das die gewünschte Verschleißbeständigkeit der Beschichtung auch bei hohen Bremstemperaturen gewährleistet, ohne die Korrosionsbeständigkeit der Verschleißschutzschicht zu beeinträchtigen.
Bevorzugt weist die Verschleißschutzschicht einen Kohlenstoffanteil von maximal 1 Gew.-% auf. Dies reicht bereits aus, um das genannte martensitische Gefüge während des Härteprozess zu erreichen.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht einen Chromanteil von mindestens 12 Gew.-% aufweist. Durch den Chromanteil wird die Korrosionsbeständigkeit der Verschleißschutzschicht gewährleistet.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem gehärteten Edelstahl und dem Basiskörper eine ungehärtete Edelstahl-Zwischenschicht vorliegt. Die Verschleißschutzschicht und das Härtungsverfahren werden also derart gewählt, dass der Edelstahl nicht bis zu dem Basiskörper durchgehärtet wird, sodass eine Zwischenschicht beziehungsweise eine ungehärtete Edelstahl-Schicht zwischen gehärtetem Edelstahl und Basiskörper vorliegt. Hierdurch wird erreicht, dass im Falle einer Rissbildung durch das Härtegefüge der Verschleißschutzschicht ein Korrosionsschutz des Basiskörpers weiterhin durch die ungehärtete Zwischenschicht gewährleistet ist.
Die erfindungsgemäße Reibbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines Reibbremskörpers aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Insbesondere ist der Reibbremskörper als Bremsscheibe ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8, zum Herstellen des insbesondere erfindungsgemäßem Reibbremskörpers, zeichnet sich dadurch aus, dass zum Herstellen der Verschleißschutzschicht ein härtbarer Edelstahl auf die Reibkontaktoberfläche aufgebracht und, insbesondere anschließend, gehärtet wird. Es ergeben sich daraus die zuvor bereits genannten Vorteile.
Insbesondere wird als Edelstahl eine Eisenbasislegierung mit Kohlenstoff und Chrom aufgetragen. Vorzugsweise weist die Eisenbasislegierung einen Kohlenstoffanteil von bis zu 1 Gew.-% auf. Weiterhin weist die Eisenbasislegierung bevorzugt einen Chromanteil von mindestens 12 Gew.-% auf. Darüber hinaus wird der härtbare Edelstahl vorzugsweise durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen auf den Basiskörper aufgetragen. Insbesondere wird der härtbare Edelstahl anschließend durch eine Wärmebehandlung gehärtet, wie vorstehend bereits beschrieben. Insbesondere wird der Edelstahl derart gehärtet, dass er entweder durchgängig gehärtet wird, oder derart, dass eine ungehärtete Edelstahl-Schicht zwischen gehärtetem Edelstahl und Basiskörper verbleibt. Bevorzugt wird der Edelstahl durch Laserhärten, Induktionshärten oder Flammhärten gehärtet. Besonders bevorzugt wird der Edelstahl hartstoffpartikelfrei hergestellt. Optional wird der Edelstahl mit Hartstoffpartikeln hergestellt. Es ergeben sich durch die vorgenannten Merkmale die zuvor bereits erläuterten Vorteile.
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 Zeichnungen 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 der Basiskörper 3 jeweils eine Verschleißschutzschicht 5 auf, wobei zwischen der Verschleißschutzschicht 5 und dem Basiskörper 3 optional eine Zwischenschicht 6 vorhanden ist.
Die Verschleißschutzschicht 5 ist vorliegend ein gehärteter Edelstahl, der eine Eisenbasislegierung mit bis zu 1 Gew.-% Kohlenstoff und mindestens 12 Gew.-% Chrom ist. Durch den Kohlenstoff wird beim Härten ein martensitisches Gefüge in der Verschleißschutzschicht 5 erzeugt, das zu einer hohen Verschleißbeständigkeit der Schicht führt. Der Chromanteil verbessert die Korrosionsbeständigkeit der Verschleißschutzschicht.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verschleißschutzschicht 5 hartstoffpartikelfrei ausgebildet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Eisenbasislegierung bevorzugt neben Kohlenstoff und Chrom auch Hartstoffpartikel, insbesondere Keramikpartikel, vorzugsweise Karbide, auf, welche die Verschleißbeständigkeit der Verschleißschutzschicht 5 weiter erhöht.
Bei der optionalen Zwischenschicht 6 handelt es sich um einen ungehärteten Teil der Verschleißschutzschicht 5 beziehungsweise des Edelstahls, der also beim Härten zur Bildung der Verschleißschutzschicht 5 nicht mitgehärtet wird. Durch die Zwischenschicht 6 ergibt sich der Vorteil, dass im Falle einer Rissbildung in der gehärteten Verschleißschutzschicht 5 durch die ungehärtete Zwischenschicht 6 ein Korrosionsschutz des Basiskörpers 3 weiter gewährleistet ist.
2 zeigt vereinfacht anhand eines Flussdiagramms ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen des Reibbremskörpers beziehungsweise der Bremsscheibe 1.
In einem ersten Schritt S1 wird der Basiskörper 3 vorzugsweise 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 wird der ungehärtete Edelstahl auf zumindest die Reibkontaktoberflächen 4 aufgebracht. Insbesondere wird der Edelstahl durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, auf dem Basiskörper 3 aufgetragen. Optional wird der Edelstahl außerdem mit Hartstoffpartikeln, insbesondere Keramikpartikeln, vorzugsweise Karbide, vor dem Auftragen oder beim Auftragen versehen, um die Verschleißbeständigkeit der Verschleißschutzschicht 5 weiter zu erhöhen. In einem darauffolgenden Schritt S3 wird die Verschleißschutzschicht 5 derart gehärtet, dass zumindest eine gehärtete außenliegende Randschicht an der Stirnseite des Reibbremskörpers beziehungsweise der Bremsscheibe 1 vorliegt. Insbesondere erfolgt das Härten durch eine Wärmebehandlung, insbesondere durch Laserhärten, Induktionshärten oder Flammhärten. Dadurch bildet sich das zuvor beschriebene vorteilhafte Härtegefüge, wobei durch das Vorhandensein des Kohlenstoffs im Edelstahl ein martensitisches Gefüge entsteht. In dem Schritt S3 wird die Verschleißschutzschicht 5 bevorzugt derart gehärtet, dass zwischen der gehärteten Verschleißschutzschicht 5 und dem Basiskörper 3 eine Schicht oder die Zwischenschicht 6 verbleibt, die ungehärtet ist. Durch die ungehärtete Zwischenschicht 6 wird der zuvor beschriebene Vorteil des Korrosionsschutzes für den Basiskörper gewährleistet. In einem darauffolgenden optionalen Schritt S4 wird der Härtevorgang verlängert, um den Edelstahl insgesamt, also auch inklusive der Zwischenschicht 6, durch zu härten.
Anschließend wird optional zunächst die freie Stirnseite der Verschleißschutzschicht 5, welche mit dem Bremsklotz zusammenwirken wird, mechanisch bearbeitet, um eine gewünschte Rauigkeit für das Zusammenwirken mit dem Bremsklotz zu gewährleisten. Abschließend wird in einem Schritt S5 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 [0004]

Claims

Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheibe (1), für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper einen Basiskörper (3) mit zumindest einer Verschleißschutzschicht (5) auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) aus einem gehärteten Edelstahl gefertigt ist.
Reibbremskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) hartstoffpartikelfrei ist oder Hartstoffpartikel aufweist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) eine Eisenbasislegierung mit Kohlenstoff und Chrom aufweist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) einen Kohlenstoffanteil von maximal 1 Gew.-% aufweist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) einen Chromanteil von mindestens 12 Gew.-% aufweist.
Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem gehärteten Edelstahl und dem Basiskörper (3) eine ungehärtete Edelstah-Zwischenschicht (6) vorliegt.
Reibbremse (2) für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem Reibbremskörper und mit zumindest einem dem Reibbremskörper zugeordneten verlagerbaren Bremsklotz, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Reibbremskörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper aus einem Basiskörper (3), insbesondere aus Grauguss, mit zumindest einer Verschleißschutzschicht (5) auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen der Verschleißschutzschicht (5) ein härtbarer Edelstahl auf die Reibkontaktoberfläche (4) aufgebracht und gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Edelstahl eine Eisenbasislegierung mit Kohlenstoff und Chrom aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenbasislegierung mit maximal 1 Gew.-% Kohlenstoff aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenbasislegierung mit mindestens 12 Gew.-% Chrom aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der härtbare Edelstahl durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, auf den Basiskörper (3) aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der härtbare Edelstahl durch eine Wärmebehandlung vollständig oder nur schichtweise gehärtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Edelstahl durch Laserhärten, Induktionshärten oder Flammhärten gehärtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Edelstahl hartstoffpartikelfrei oder mit Hartstoffpartikeln auf den Basiskörper (3) aufgetragen wird.