DE102019213464B4

DE102019213464B4 - Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102019213464B4
Application number: DE102019213464.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Schnatterer; Kangjian Wu; Ilja Potapenko
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2039-09-06
Also published as: DE102019213464A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers, insbesondere für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper aus einem Basiskörper (3) aus Grauguss mit zumindest einer Beschichtung (5) auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) hergestellt wird, wobei die Beschichtung (5) ein- oder mehrlagig ist und durch Laserauftragsschweißen auf die Reibkontaktoberfläche (4) aufgebracht wird. Es ist vorgesehen, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung (5) oberflächennaher Graphit des Basiskörpers (3) zumindest im Bereich der Reibkontaktoberfläche (4) reduziert oder entfernt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers, insbesondere für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper aus einem Basiskörper aus Grauguss mit zumindest einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers hergestellt wird, und wobei die Beschichtung durch Laserauftragsschweißen auf die Reibkontaktoberfläche aufgebracht wird.
Stand der Technik
Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zur Reduzierung des im Betrieb auftretenden Verschleißes, wenn ein Bremsklotz gegen die Reibkontaktoberfläche gepresst wird, ist es bekannt, eine Verschleißschutzschicht auf der Reibkontaktoberfläche aufzubringen. Diese reduziert während eines Bremsvorgangs den entstehenden Verschleiß an der Reibkontaktoberfläche. Durch die Verschleißschutzschicht wird somit die Verschleißbeständigkeit und Haltbarkeit des Reibbremskörpers erhöht. Darüber hinaus kann die Beschichtung als Korrosionsschutzschicht fungieren und so den Substratwerkstoff vor Korrosion schützen. Aus der Offenlegungsschrift EP 3 034 902 A1 ist es außerdem bekannt, eine Verschleißschutzschicht und eine Zwischenschicht mittels Laserauftragsschweißen auf die Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers aufzubringen. Dabei wird die zu beschichtende Reibkontaktoberfläche mittels Laserstrahl aufgeschmolzen und gleichzeitig ein Beschichtungspulver zugeführt, das zumindest teilweise durch den Laserstrahl verflüssigt wird, sodass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den aufgeschmolzenen Oberfläche des Basiskörpers und der Beschichtung entsteht.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2010 048 075 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbremskörpers, bei welchem eine Beschichtung mittels eines Spritzverfahrens auf eine Reibkontaktoberfläche aufgebracht wird, welche vor dem Aufbringen chemisch vorbehandelt wird.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Beschichtungsqualität für das Laserauftragsschweißen verbessert wird, sodass insbesondere eine verbesserte Haftung der ein- oder mehrlagigen Beschichtung auf dem Basiskörper aus Grauguss gewährleistet ist. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung oberflächennaher Graphit des Grauguss-Basiskörpers zumindest im Bereich der Reibkontaktoberfläche reduziert oder entfernt wird. Beim Laserauftragsschweißen wird der Grauguss-Basiskörper oberflächlich aufgeschmolzen, wodurch eine stoffschlüssige Anbindung der Beschichtung erreicht wird. Die nicht-metallischen Graphitlamellen stellen allerdings keinen geeigneten Schweißpartner dar, sodass es in den Bereichen der Graphitlamellen zur Störung der Schweißverbindung kommen kann. Außerdem kann es durch die Einwirkung der Laserstrahlung auf den Graphit zur Verdampfung des Graphits kommen, wodurch Riss- und Hohlraumbildungen in der aufgebrachten Beschichtung begünstigt werden. Durch die Reduktion des im Grauguss vorhandenen Graphits, der oberflächennah an der Reibkontaktoberfläche vorliegt, wird erreicht, dass bei dem Laserauftragsschweißen eine verbesserte stoffschlüssige Anbindung der Beschichtung an dem Basiskörper erreicht wird.
Insbesondere wird der Basiskörper aus Grauguss mit einer Metallmatrix, die zumindest im Wesentlichen aus Perlit und Ferrit besteht, und eingelagerte Graphitlamellen aufweist, gefertigt. Dadurch bietet der Basiskörper eine hohe Robustheit und Beständigkeit. Durch die vorteilhafte Vorbehandlung des Basiskörpers, bei welcher der oberflächliche Graphit entfernt wird, wird insbesondere erreicht, dass der Graphit der Graphitlamellen reduziert oder entfernt wird, und damit insbesondere im Bereich der Graphitlamellen keine Störungen in der Beschichtung auftreten.
Erfindungsgemäß wird der oberflächliche Graphit mechanisch durch Wasserstrahlbehandlung entfernt. Durch die Wasserstrahlbehandlung erfolgt somit eine mechanische Bearbeitung der Oberfläche des Basiskörpers, welche neben der Entfernung oder Reduzierung des Graphitanteils außerdem bewirkt, dass die Substratoberfläche während der Behandlung durch den Wasserstrahl aufgeraut wird, wodurch die Anhaftung der später aufgebrachten Beschichtung an dem Basiskörper weiter verbessert wird.
Alternativ wird der oberflächliche Graphit durch Oxidation oder chemische Reinigung reduziert oder entfernt. Diese Alternative zur mechanischen Behandlung mit Wasserstrahl führt ebenfalls dazu, dass Riss- und Hohlraumbildungen in der Beschichtung bei dem Laserauftragsschweißen vermieden werden. Jedoch stellt die Wasserstrahlbehandlung eine umweltschonendere Variante dar, die außerdem den Vorteil der angerauten Oberfläche bietet.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass für die Wasserstrahlbehandlung ein gepulster Hochdruckwasserstrahl verwendet wird, der eine Pulsfrequenz von mehr als 1000 Hz und eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 50 m/s aufweist. Hierdurch ist ein ausreichend sicheres Entfernen/Reduzieren von Graphit von der Reibkontaktoberfläche gewährleistet, ohne dass das Material des Basiskörpers nachteilig beschädigt wird.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Winkel zwischen dem Wasserstrahl und der Reibkontaktoberfläche während der Wasserstrahlbehandlung verändert wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass eine ausreichende Reinigungswirkung der oberflächlichen Graphitlamellen gewährleistet ist, die sich in unterschiedlichen Winkeln in der Metallmatrix befinden. Durch die unterschiedlichen Winkel des Wasserstrahls wird gewährleistet, dass die Reibkontaktoberfläche optimal von Graphit entfernt beziehungsweise der Graphit in der Reibkontaktoberfläche optimal reduziert wird.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 eine vorteilhafte Bremsscheibe in einer perspektivischen Darstellung,
2 ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der Bremsscheibe und
3A und 3B eine Veranschaulichung des vorteilhaften Verfahrens, jeweils in einer vereinfachten Schnittdarstellung.

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 2, der gegen zumindest eine der Stirnseiten der Scheibenbremse pressbar ist, zusammen zu wirken. Ein optional vorhandener Bremsscheibentopf der Bremsscheibe 1 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 aus Grauguss gefertigt. Zumindest auf der jeweiligen Reibkontaktoberfläche 4 weist der Basiskörper 3 jeweils eine ein- oder mehrlagige Beschichtung 5 auf. Die jeweilige Beschichtung 5 ist durch Laserauftragsschweißen auf den Basiskörper 3 aufgebracht. Der Grauguss der Bremsscheibe 1 besteht aus einer Metallmatrix, die im Wesentlichen aus Perlit und Ferrit besteht, sowie aus eingelagerten Graphitlamellen. Der Basiskörper 3 weist daher eine im Wesentlichen zweiphasige Oberfläche, bestehend aus Metallmatrix und Graphitlamellen, auf. Durch das Laserauftragsschweißen unmittelbar auf den Basiskörper 3 können die Graphitlamellen dazu führen, dass verstärkt Schweißfehler dadurch entstehen, dass der Graphit verdampft und zu Hohlräumen oder Rissen in der Beschichtung führt.
Die Reibkontaktoberfläche 4 ist daher vor dem Auftragen der Beschichtung 5 durch eine Wasserstrahlbehandlung Graphit-reduziert worden. Dies soll mithilfe der 2 und 3 näher erläutert werden.
2 zeigt ein Flussdiagramm, anhand dessen ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der Bremsscheibe 1 grundsätzlich erläutert werden soll, wobei die in 3A und 3B gezeigten Schnittdarstellungen an der Bremsscheibe 1 im Bereich der Reibkontaktoberfläche das Verfahren veranschaulicht.
In einem ersten Schritt S1 wird der Basiskörper 3 aus Grauguss gefertigt und bereitgestellt. Optional werden die Reibkontaktoberflächen 4 mechanisch vorbearbeitet, um eine vorteilhafte Oberflächenrauigkeit zu gewährleisten.
In einem darauffolgenden Schritt S2 wird die jeweilige Reibkontaktoberfläche 4 durch eine Wasserstrahlbehandlung von oberflächlichem Graphit, insbesondere von Graphitlamellen, befreit. Zumindest wird der Graphitanteil im oberflächennahen Bereich des Basiskörpers 3 reduziert. Dazu wird ein Wasserstrahl 6, wie in 3A gezeigt, in unterschiedlichen Winkeln α₁, α₂ über die Reibkontaktoberfläche 4 derart geführt, dass Graphit, insbesondere Graphitlamellen oder Graphitlamellenabschnitte, entfernt wird. Dazu wird der Wasserstrahl als gepulster Hochdruck-Wasserstrahl mit einer Frequenz von mehr als 1000 Hz und mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mehr als 50 m/s auf die Reibkontaktoberfläche 4 gerichtet. Durch die unterschiedlichen Winkel, die insbesondere zwischen 10 und 170°, insbesondere zwischen 45° und 135°, beispielsweise bei 45° und 90°, wie in 3A gezeigt, liegen, wird die Reibkontaktoberfläche 4 des Basiskörpers 3 ausreichend gereinigt beziehungsweise der vorhandene Graphit entfernt, wobei die unterschiedlichen Behandlungswinkel α₁, α₂ auch dazu führen, dass die Reibkontaktoberfläche aufgeraut wird. Das Aufrauen hat den Vorteil, dass die anschließend im Schritt S3 durch Laserauftragsschweißen auf die Reibkontaktoberfläche 4 aufgebrachte Beschichtung 5 vorteilhaft an der Reibkontaktoberfläche 4 des Basiskörpers 3 anhaftet.
Durch das vorteilhafte Verfahren ist es möglich, den oberflächlichen Graphit derart weit zu entfernen, dass ein Restbestandteil von weniger als 5 % verbleibt. Damit wird das Risiko von Riss- und Hohlraumbildungen in der Beschichtung beim Laserauftragsschweißen deutlich reduziert und eine sichere und dauerhafte Anhaftung der Beschichtung 5 auf dem Basiskörper 3 gewährleistet.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel, hier nicht dargestellt, wird anstelle einer mechanischen Wasserbehandlung die jeweilige Reibkontaktoberfläche durch Oxidation oder chemische Reinigung behandelt, um oberflächennahen Graphit zu entfernen.
Im Schritt S4 wird die Beschichtung 5 nach deren Auftragen mechanisch nachbehandelt, um eine vorteilhafte Oberflächenrauigkeit zu gewährleisten. In dem abschließenden Schritt S5 wird dann die fertige Bremsscheibe 1 erhalten.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers, insbesondere für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper aus einem Basiskörper (3) aus Grauguss mit zumindest einer Beschichtung (5) auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) hergestellt wird, wobei die Beschichtung (5) ein- oder mehrlagig ist und durch Laserauftragsschweißen auf die Reibkontaktoberfläche (4) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung (5) oberflächennaher Graphit des Basiskörpers (3) zumindest im Bereich der Reibkontaktoberfläche (4) reduziert oder entfernt wird, wobei der oberflächliche Graphit mechanisch durch Wasserstrahlbehandlung reduziert oder entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (3) aus Grauguss mit einer Metallmatrix, die zumindest im Wesentlichen aus Perlit und Ferrit besteht, und eingelagerten Graphitlamellen gefertigt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wasserstrahlbehandlung ein gepulster Hochdruck-Wasserstrahl (6) verwendet wird, der eine Pulsfrequenz von mehr als 1000 Hz und eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 50 m/s aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α₁,α₂) zwischen dem Wasserstrahl (6) und der Reibkontaktoberfläche (4) während der Behandlung verändert wird.