DE102019213461B3 - Reibbremskörper für eine Reibbremse, Reibbremse und Verfahren zur Herstellung eines Reibbremskörpers - Google Patents

Reibbremskörper für eine Reibbremse, Reibbremse und Verfahren zur Herstellung eines Reibbremskörpers Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheibe (1), für eine Reibbremse 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 einer Hoch-Entropie-Legierung gefertigt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheibe, für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper einen Basiskörper mit zumindest einer Verschließschutzschicht auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers aufweist.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine Reibbremse für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheibe, und mit wenigstens einem dem Reibbremskörper zugeordneten und verlagerbar angeordneten Bremsklotz.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Reibbremskörpers.
  • Stand der Technik
  • Reibbremskörper für Kraftfahrzeuge, insbesondere Bremsscheiben für Reibbremsen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zur Reduzierung des im Betrieb auftretenden Verschleißes, wenn ein Bremsklotz gegen die Reibkontaktoberfläche gepresst wird, ist es außerdem bekannt, eine Verschleißschutzschicht auf der Reibkontaktoberfläche aufzubringen. Diese reduziert dann während eines Bremsvorgangs den entstehenden Verschleiß an der Reibkontaktoberfläche. Durch die Verschleißschutzschicht wird somit die Verschleißbeständigkeit und Haltbarkeit des Reibbremskörpers erhöht. Aus der DE 10 2014 004 616 A1 ist eine beschichtete Bremsscheibe bekannt, die mit einer thermisch gespritzten Schicht aus einer Eisenbasis-Legierung FeAlC an ihren Reibkontaktoberflächen ausgestattet ist. Aus der Offenlegungsschrift EP 3034902 A1 ist es außerdem bekannt, eine metallische Verschleißschutzschicht mit eingelagerten Keramikpartikeln mittels Laserauftragsschweißen auf die Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers aufzubringen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Reibbremskörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf eine Legierung mit einem Basiselement verzichtet wird, und dass anstatt dessen für die Verschleißschutzschicht eine Legierung eingesetzt wird, die ein vergleichsweise breit einstellbares Eigenschaftsprofil aufweist, sodass der Reibbremskörper optimal an gestellte Randbedingungen/Anforderungen anpassbar ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Verschleißschutzschicht aus einer Hoch-Entropie-Legierung gefertigt ist. Hoch-Entropie-Legierungen besitzen in Vergleich zu konventionellen Werkstoffkonzepten ein besonders breit einstellbares Eigenschaftsprofil und können Werkstoffeigenschaften annehmen, die keinem der üblichen Basiselemente entsprechen. Dadurch sind bisher unerreichbare Eigenschaftskombinationen für die Verschleißschutzschicht möglich.
  • Bevorzugt weist die Hoch-Entropie-Legierung mindestens fünf unterschiedliche Hauptelemente auf. Dadurch ergeben sich vorteilhafte Eigenschaften der Verschleißschutzschicht. Die Legierungsbestandteile bilden Mischkristalle aus und es erfolgt im Wesentlichen keine Entmischung durch Bildung intermetallischer Phasen, welche die Entropie reduzieren und dem Werkstoffkonzept widersprechen würden.
  • Bevorzugt bilden die Hauptelemente dabei jeweils einen ähnlichen Atomanteil der Hoch-Entropie-Legierung aus. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Herstellbarkeit sowie Eignung für die Verwendung an dem Reibbremskörper.
  • Besonders bevorzugt macht jedes der Hauptelemente einen Atomanteil von mindestens fünf Prozent der Hoch-Entropie-Legierung aus.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht durch thermisches Spritzen oder Laserauftragsschweißen auf die Reibkontaktoberfläche aufgebracht wird.
  • Bevorzugt ist der Basiskörper aus Grauguss gefertigt. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Verbindung mit der Verschleißschutzschicht.
  • Insbesondere weist die Hoch-Entropie-Legierung zumindest Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel als Hauptelemente auf. Es ergeben sich dadurch Vorteile insbesondere bezüglich des Verschleißverhaltens, der Robustheit und der Korrosionsbeständigkeit der Verschleißschutzschicht.
  • Besonders bevorzugt wird als Hoch-Entropie-Legierung eine Legierung aus der Gruppe von Co20Cr20Fe20Mn20Ni20, Co1,5CrFeNi1,5Ti, Al0,2Co1,5CrFeNi1,5Ti, Cu0,5NiAlCoCrFeSi und MoTiVFeNiZrCoCr gewählt. Die erstgenannte bildet ein kubisch flächen zentriertes Gitter aus und zeichnet sich durch erhöhte Duktilität und Zähigkeit aus. Die zweit und dritt genannte weisen eine besonders hohe Verschleißfestigkeit auf. Die viert genannte gewährleistet eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit und die letztgenannte eine besonders hohe Härte von über 800 HV auf.
  • Die erfindungsgemäße Reibbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Reibbremskörpers aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass als Verschleißschutzschicht eine Hoch-Entropie-Legierung auf die Reibkontaktoberfläche aufgebracht wird. Es ergeben sich dadurch die bereits genannten Vorteile.
  • Insbesondere wird die Hoch-Entropie-Legierung durch thermisches Spritzen oder Laserauftragsschweißen auf die Reibkontaktoberfläche aufgebracht. Vorzugsweise wird die Hoch-Entropie-Legierung aus zumindest fünf unterschiedlichen Hauptelementen, insbesondere mit ähnlichem Atomanteil gebildet. Besonders bevorzugt werden als Hauptelemente Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel verwendet. Besonders bevorzugt werden die zuvor genannten Legierungen verwendet.
  • 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 näher erläutert werden. Dazu zeigen
    • 1 einen vorteilhaften Reibbremskörper in einer perspektivischen Darstellung,
    • 2 ein Flussdiagram zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zur Herstellung 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 dient. Der Basiskörper 3 ist vorzugsweise aus Grauguss gefertigt. Zumindest auf den Reibkontaktoberflächen 4 weist der Basiskörper 3 jeweils eine Verschleißschutzschicht 5 auf. Optional ist zwischen der Verschleißschutzschicht 5 und dem Basiskörper 3 eine metallische Zwischenschicht 6 als Haftvermittler vorgesehen.
  • Die Verschleißschutzschicht 5 ist vorliegend aus einer Hoch-Entropie-Legierung gefertigt. Die Hoch-Entropie-Legierung weist mindestens fünf Hauptelemente, die einen ähnlichen Atomanteil bilden, auf, wobei jedes der Hauptelemente bevorzugt ein Atomanteil von mindestens 5 % der Legierung ausmacht. Die Hoch-Entropie-Legierung bildet Mischkristalle aus, ohne dass eine Entmischung durch Bildung intermetallischer Phasen erfolgt. Als Hoch-Entropie-Legierung ist insbesondere eine Legierung aus der Gruppe von Co20Cr20Fe20Mn20Ni20, Co1,5CrFeNi1,5Ti, Al0,2Co1,5CrFeNi1,5Ti, Cu0,5NiAlCoCrFeSi und MoTiVFeNiZrCoCr. Die Legierung Co20Cr20Fe20Mn20Ni20 bildet ein kubischflächenzentriertes Gitter aus und weist eine erhöhte Duktilität und Zähigkeit auf. Besonders verschleißfest sind die Legierungen Co1,5CrFeNi1,5Ti und Al0,2Co1,5CrFeNi1,5Ti. Als besonders korrosionsbeständig gilt Cu0,5NiAlCoCrFeSi. Darüber hinaus bietet die Legierung MoTiVFeNiZrCoCr eine besonders hohe Härte von über 800 HV auf.
  • Durch die Verwendung der vorteilhaften Hoch-Entropie-Legierung ist es möglich, durch die Materialien gegebene Zielkonflikte bezüglich Härte, Verschleißbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Duktilität, Zähigkeit, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnung besser auszugleichen und die Verschleißschutzschicht 5 noch besser an die Anforderungen der Bremsscheibe 1 anzupassen.
  • 2 zeigt vereinfacht anhand eines Flussdiagramms ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen des Reibbremskörpers beziehungsweise 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 Oberflächenrauigkeit zu gewährleisten. In einem darauffolgenden Schritt S2 wird die Verschleißschutzschicht 5 durch thermisches Spritzen oder Laserauftragsschweißen auf die jeweilige Reibkontaktoberfläche 4 aufgebracht. Optional wird eine metallische Zwischenschicht als Haftvermittler vor der Verschleißschutzschicht auf die jeweilige Reibkontaktoberfläche 4 aufgebracht. In einem darauffolgenden Schritt S3 wird die Verschleißschutzschicht 5 optional nachgehärtet, insbesondere durch eine Wärmebehandlung. In einem darauffolgenden Schritt S4 wird die so hergestellte Oberfläche der Verschleißschutzschicht 5 für das Zusammenwirken mit dem Bremsklotz, wie zuvor beschrieben, optional mechanisch nachbearbeitet, um eine gewünschte Oberflächenrauheit oder -rauigkeit zu gewährleisten.
  • Abschließend wird in einem Schritt S5 der fertige Reibbremskörper beziehungsweise die Bremsscheibe 1 erhalten.

Claims (11)

  1. Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheibe (1), für eine Reibbremse 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 einer Hoch-Entropie-Legierung gefertigt ist.
  2. Reibbremskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hoch-Entropie-Legierung mindestens fünf unterschiedliche Hauptelemente aufweist.
  3. Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptelemente einen ähnlichen Atomanteil der Hoch-Entropie-Legierung bilden.
  4. Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Hauptelemente einen Atomanteil von mindestens 5 % der Hoch-Entropie-Legierung ausmacht.
  5. Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) durch thermisches Spritzen oder Laserauftragsschweißen auf die Reibkontaktoberfläche (4) aufgebracht ist.
  6. Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (3) aus Grauguss gefertigt ist.
  7. Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hoch-Entropie-Legierung zumindest Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel aufweist.
  8. Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Hoch-Entropie-Legierung eine Legierung aus der Gruppe von Co20Cr20Fe20Mn20Ni20, Co1,5CrFeNi1,5Ti, Al0,2Co1,5CrFeNi1,5Ti, Cu0,5NiAlCoCrFeSi und MoTiVFeNiZrCoCr gewählt ist.
  9. Reibbremse (2) für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem Reibbremskörper und mit zumindest einem dem Reibbremskörper zugeordneten verlagerbaren Bremsklotz, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Reibbremskörpers, insbesondere als Bremsscheibe (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper aus einem Basiskörper (3) mit zumindest einer Verschleißschutzschicht (5) auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Verschleißschutzschicht (5) eine Hoch-Entropie-Legierung auf die Reibkontaktoberfläche (4) aufgebracht wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hoch-Entropie-Legierung durch thermisches Spritzen oder Laserauftragsschweißen auf die Reibkontaktoberfläche (4) aufgebracht wird.
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