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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsscheibe für eine Reibungsbremse eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Reibungsabschnitt mit mindestens einer Reibfläche und einen Befestigungsabschnitt zur radseitigen Befestigung am Kraftfahrzeug, wobei der Reibungsabschnitt und der Befestigungsabschnitt einem Grundkörper aus Grauguss oder Stahl ausgebildet sind, wobei als Reibfläche an dem Reibungsabschnitt eine Verschleißschutzschicht thermisch aufgebracht ist, und wobei zwischen der Verschleißschutzschicht und dem Grundkörper eine Haftvermittlungsschicht angeordnet ist, über welche die Verschleißschutzschicht an dem Grundkörper angebunden ist.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für eine Reibungsbremse eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Bereitstellen eines Grundkörpers aus Grauguss oder Stahl, welcher einen Reibungsabschnitt und einen Befestigungsabschnitt zur radseitigen Befestigung am Kraftfahrzeug ausbildet, ein Aufbringen einer Haftvermittlungsschicht auf den Grundkörper durch ein thermisches Auftragsverfahren, sowie ein Aufbringen einer Verschleißschutzschicht auf die Haftvermittlungsschicht zur Bereitstellung einer Reibfläche an dem Reibungsabschnitt durch ein thermisches Auftragsverfahren.
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Bremsscheiben für Reibungsbremsen von Kraftfahrzeugen werden üblicherweise aus Grauguss hergestellt. Grauguss zeichnet sich durch eine hohe volumetrische Wärmekapazität und eine gute Thermoschockbeständigkeit aus. Zudem ist Grauguss als Werkstoff kostengünstig und die Fertigung von Bremsscheiben aus Grauguss ist technisch gut beherrschbar. Problematisch sind jedoch die hohe Korrosionsneigung und der hohe Verschleiß des Werkstoffs im Betrieb des Kraftfahrzeugs. Durch Korrosion kommt es zu optischen Mängeln, da sich bereits nach kürzester Zeit Rotrost ausbilden kann, welcher durch häufig eingesetzte offene Felgen direkt einsehbar ist. Die starke Korrosionsneigung des Werkstoffs kann bei sparsamer Fahrweise oder bei Elektro- und Hybridfahrzeugen mit großen Rekuperationsanteilen aufgrund der seltenen Bremsbetätigung zu einer verstärkten Oberflächenbeeinträchtigung führen, welche zu einem frühzeitigen Austausch der Bremsscheibe nötigt.
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Weiterhin sind Bremsscheiben aus keramischen Werkstoffen bekannt, die zwar eine hohe Lebensdauer und exzellente Standfestigkeit aufweisen, sich aufgrund ihres sehr hohen Preises für den Großserieneinsatz jedoch bisher nicht durchsetzen konnten.
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Als Alternative hierzu wurde bereits vorgeschlagen, einen Grauguss-Grundkörper im Bereich der Reibflächen mit einer Verschleißschutzschicht zu versehen.
DE 10 2018 112 035 B3 offenbart beispielsweise eine Verschleißschutzschicht in Form einer Hartbeschichtung aus Wolframkarbid. Solche Lösungen erzielen ebenfalls im Vergleich zu reinen Grauguss-Bremsscheiben eine deutlich höhere Lebensdauer und Standfestigkeit, sind jedoch deutlich kostengünstiger als Bremsscheiben, die insgesamt aus keramischen Werkstoffen bestehen.
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Reine Korrosionsschutzschichten wie temporäre Lack-, Zink- oder Pulverbeschichtungen sind als Verschleißschutzschicht hingegen ungeeignet, da diese auf der Reibfläche bereits bei den ersten Bremsvorgängen abgerieben werden und dort keinen dauerhaften Korrosionsschutz zu entfalten vermögen. Solche Korrosionsschutzschichten eignen sich lediglich zum Schutz nicht reibungsbeanspruchter Abschnitte einer Bremsscheibe sowie gegebenenfalls zur temporären Konservierung einer attraktiven Oberflächenanmutung der Reibfläche bei der Auslieferung von Neufahrzeugen.
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Zur Verbesserung der Haftung der Verschleißschutzschicht ist weiterhin bekannt, zwischen dieser und dem Grundkörper aus Grauguss eine Haftvermittlungsschicht anzuordnen. Eine gattungsgemäße Bremsscheibe mit einer Verschleißschutzschicht und einer Haftvermittlungsschicht sowie ein gattungsgemäßes Herstellungsverfahren hierfür sind aus
WO 2020/234144 A1 bekannt.
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Die Bestimmung der einzelnen Schichtdicken gestaltet sich dabei jedoch schwierig. Üblicherweise werden hierzu magnetinduktive Schichtdickenmessgeräte verwendet. Diese funktionieren jedoch nur befriedigend mit nicht-magnetischen Schichtwerkstoffen. Sollen ferromagnetische Legierungen zum Einsatz kommen, müssen die Schichtdicken auf andere Art und Weise bestimmt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.
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Aus
WO 2021/008744 A1 eine Bremsscheibe mit einem Grundkörper aus Grauguss bekannt, auf den im Bereich einer Reibfläche eine aus Eisen, Aluminium und Silizium gebildete Diffusionsschicht thermisch aufgebracht ist. Hierdurch soll ausdrücklich die teurere Hartstoffbeschichtung auf Basis von Karbiden eingespart werden. Durch eine Wärmebehandlung wird ein Diffusionsprozess ausgelöst, durch welchen ein gradiertes Schichtsystem aus Eisen und Aluminium entsteht, bei dem der Aluminiumanteil zur Oberfläche hin zunimmt und in dem Silizium homogen verteilt ist. Die Grenzschicht aus Aluminium wird schließlich mechanisch abgetragen. In diesem Zusammenhang schlägt
WO 2021/008744 A1 vor, farbgebende Substanzen in die Diffusionsschicht einzubringen.
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Die farbgebenden Substanzen werden vor oder während der Beschichtung zugeführt, um innerhalb der Diffusionsschicht Farbmarkierungen zu erzeugen. Damit soll erreicht werden, dass insbesondere im Bereich der Reibflächen in der Diffusionsschicht Farbschattierungen erzeugt werden, die beispielsweise als Verschleißindikator eingesetzt und verwendet werden könnten. Möglich sei aber auch, dass die farbgebenden Substanzen Temperaturindikatoren darstellten, um Aufschluss über die Betriebstemperatur der Bremsscheibe an den Reibflächen zu geben.
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Der Wirkmechanismus bleibt in
WO 2021/008744 A1 jedoch diffus. Zudem kann mit einer Dispergierung von farbgebenden Substanzen in der Diffusionsschicht das Problem einer Schichtdickenbestimmung nicht zufriedenstellend gelöst werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Bremsscheibe der eingangs genannten Art die Schichtdickenbestimmung zu vereinfachen und ein entsprechendes Herstellungsverfahren für eine solche anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Bremsscheibe für eine Reibungsbremse eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Reibungsabschnitt mit mindestens einer Reibfläche und einen Befestigungsabschnitt zur radseitigen Befestigung am Kraftfahrzeug, wobei der Reibungsabschnitt und der Befestigungsabschnitt an einem Grundkörper aus Grauguss oder Stahl ausgebildet sind, wobei als Reibfläche an dem Reibungsabschnitt eine Verschleißschutzschicht thermisch aufgebracht ist, und wobei zwischen der Verschleißschutzschicht und dem Grundkörper eine Haftvermittlungsschicht angeordnet ist, über welche die Verschleißschutzschicht an dem Grundkörper angebunden ist. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass an der zur Verschleißschutzschicht weisenden Seite der Haftvermittlungsschicht Farbpigmente aufgebracht oder in die Haftvermittlungsschicht einbettet sind.
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Hierdurch wird zwischen der Verschleißschutzschicht und der Haftvermittlungsschicht eine definierte Tiefenmarkierung geschaffen, welche eine Bestimmung der Schichtdicke beider Schichten ermöglicht, wenn man davon ausgeht, dass die Dicke des Grundkörpers vor der Beschichtung sowie dessen Gesamtdicke nach der Beschichtung bekannt sind. Der Übergang zwischen beiden aufgebrachten Schichten kann visuell erkannt und damit zur Schichtdickenbestimmung herangezogen werden.
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Besondere Ausführungsarten einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsart umfassen die Farbpigmente solche aus Chrom(III)oxid. Die überwiegende Zahl an Farbpigmenten verliert mit hohen Temperaturen, wie sie bei einer thermischen Beschichtung auftreten, ihre Farbigkeit oder wird instabil. Versuche haben überraschenderweise gezeigt, dass Chrom(III)oxid bis etwa 1000°C zumindest für etwa 30 min. farbbeständig ist und zudem kurzzeitig Temperaturen von 1600°C widerstehen kann, so dass die Farbpigmente nicht durch die thermischen Auftragsverfahren zum Aufbringen der Reibfläche beeinträchtigt werden.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart ist die Haftvermittlungsschicht ein Edelstahl. Hierdurch wird der Grundkörper aus Grauguss vor Korrosion geschützt. Zudem dient diese Haftvermittlungsschicht dazu, etwaige Anrisse aus der Verschleißschutzschicht zu stoppen. Bevorzugt kommen daher duktile, nichtrostende Edelstähle zum Einsatz. Als besonders geeignete Werkstoffe haben sich hier insbesondere ein austenitische Edelstähle der Kennung 316L-AISI (Stahlbezeichnung 1.4404), ferritische Edelstähle der Kennung 430 AISI (Stahlbezeichnung 1.4016) sowie Duplexstähle mit einem austenitischen/ferritischen Gefüge erwiesen.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart weist die Verschleißschutzschicht eingelagerte Hartstoffpartikel mit einem maximalen Durchmesser von 10 bis 60 µm auf. Die Verschleißschutzschicht dient grundsätzlich dazu, gemeinsam mit einem Bremsbelag ein funktionales tribologisches System zu schaffen und darüber hinaus aufgrund der eingelagerten Hartstoffpartikel einen geringen Verschleiß aufzuweisen. Kennzeichnend für die Hartstoffpartikel ist, dass diese eine deutlich höhere Härte als der Werkstoff des Grundkörpers aufweisen. Hier kommen primär keramische Hartstoffpartikel infrage. Insbesondere sind beispielhaft Karbide, Nitride, Oxide und Boride zu nennen. Mit den genannten Partikelgrößen lassen sich im Zusammenspiel mit einem Bremsbelag eine hohe Bremsleistung verbunden mit einem geringen Verschleiß an der Bremsscheibe verwirklichen. Alternativ kann jedoch auch eine Beschichtung aus einem solchen Material als Verschleißschutzschicht vorgesehen werden.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart weist die Verschleißschutzschicht eine Matrix aus Edelstahl oder einer Eisenlegierung auf, in welche die Hartstoffpartikel eingebettet sind. Dies gestattet eine ausreichende Duktilität im Hinblick auf das Wärmedehnungsverhalten der Bremsscheibe und eine geringe Rissbildung verbunden mit einem hohen Verschleißwiderstand. Als Matrixwerkstoffe können die gleichen Werkstoffe wie für die Haftvermittlung herangezogen werden, inebsondere Edelstähle der Kennungen 316L und 430 sowie Duplex-Stähle.
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Vorzugsweise beträgt der dabei der Anteil der Matrix 60 bis 70 Volumenprozent bezogen auf die Verschleißschutzschicht, wobei der Rest durch die Hartstoffpartikel gebildet wird.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart ist die Haftvermittlungsschicht durch Laserauftragsschweißen auf den Grundkörper aufgebracht.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart ist die Verschleißschutzschicht durch Laserauftragsschweißen auf die Haftvermittlungsschicht aufgebracht.
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Beim Laserauftragsschweißen wird die aufgeschweißte Schicht unmittelbar stoffschlüssig mit dem darunterliegenden Material verbunden. Durch Laserauftragsschweißen wird, im Unterschied zu thermischen Spritzverfahren wie beispielsweise Flammspritzen, das darunterliegende Material etwas aufgeschmolzen, so dass sich ein besonders inniger Verbund ergibt. Eine Oberflächenvorbehandlung des Untergrunds wie bei thermischen Spitzverfahren, bei welchen sich lediglich eine mechanische Bindung einstellt, kann beim Laserauftragsschweißen entfallen. Das aufzuschweißende Material kann als Pulver, gegebenenfalls jedoch auch in Form eines Drahts oder einer starren Elektrode zugeführt werden.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe für eine Reibungsbremse eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Bereitstellen eines Grundkörpers aus Grauguss oder Stahl, welcher sich über einen Reibungsabschnitt und einen Befestigungsabschnitt zur radseitigen Befestigung am Kraftfahrzeug erstreckt;
- - Aufbringen einer Haftvermittlungsschicht auf den Grundkörper durch ein thermisches Auftragsverfahren,
- - Aufbringen einer Verschleißschutzschicht auf die Haftvermittlungsschicht zur Bereitstellung einer Reibfläche an dem Reibungsabschnitt durch ein thermisches Auftragsverfahren; und
- - Auf- und/oder Einbringen von Farbpigmenten wie beispielsweise Chrom(III)oxid, wobei die Farbpigmente in die Haftvermittlungsschicht während deren Aufbringung auf den Grundkörper eingebracht und/oder nach deren Aufbringung und vor Aufbringung der Verschleißschutzschicht auf die Haftvermittlungsschicht aufgebracht werden.
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Hierdurch wird auf einfache Weise eine Bremsscheibe mit hohem Verschleißwiderstand erhalten, welche zudem eine einfache Kontrolle der Schichtdicken zulässt.
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In einer besonderen Ausführungsart des Verfahrens werden die Farbpigmente mittels einer Suspension oder Lösung auf die Haftvermittlungsschicht aufgebracht. Anschließend wird die flüssige Komponente der Suspension oder Lösung verdampft, so dass lediglich die Farbpigmente übrigbleiben.
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In einer weiteren besonderen Ausführungsart des Verfahrens werden die Farbpigmente in ein Edelstahlpulver eingebracht, welches als Haftvermittlungsschicht auf den Grundkörper aufgeschweißt wird. Die Farbpigmente müssen hierzu ausreichend temperaturbeständig sein und dürfen dabei auch ihre Farbigkeit nicht verlieren. Geeignet hierfür ist beispielsweise Chrom(III)oxid. Jedoch können auch andere Farbpigmente zum Einsatz kommen, die zumindest für 30 min. bei 1000°C stabil bleiben und für einige Sekunden Temperaturen bis zu 1600°C aushalten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Ansicht einer Bremsscheibe im Schnitt nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und in
- 2 eine Detailansicht der Reibfläche im Schnitt zur Veranschaulichung des Schichtaufbaus.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Bremsscheibe 1 für eine Reibungsbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Personenkraftfahrzeugs oder leichten Nutzfahrzeugs.
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Die Bremsscheibe 1 weist einen Grundkörper 2 auf, der aus Grauguss oder einer Stahlgusslegierung hergestellt ist.
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Dieser Grundkörper 2 erstreckt sich zunächst über einen Befestigungsabschnitt 3 der Bremsscheibe 1, über welchen die Bremsscheibe 1 radseitig am Fahrzeug befestigbar ist.
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Ohne Beschränkung hierauf kann der Befestigungsabschnitt 3 topfförmig ausgebildet sein, wie dies in 1 beispielhaft dargestellt ist. Am Boden 4 dieser Topfform sind ein oder mehrere Durchgangsöffnungen 5 ausgebildet, über welche die Bremsscheibe 1 beispielsweise an einer Radnabe festgelegt, insbesondere angeschraubt werden kann.
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Weiterhin erstreckt sich der Grundkörper 2 in den Bereich eines Reibrings der Bremsscheibe 1, welcher im Folgenden auch als Reibringabschnitt 6 bezeichnet wird.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an dem Reibringabschnitt 6 zwei Reibflächen 6a und 6b vorgesehen, welche jeweils ringförmig ausgebildet sind und einander gegenüberliegen.
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Dier Reibflächen 6a und 6b wirken an einer Scheibenbremse bei einer Betätigung derselben in an sich bekannter Weise mit an einem Bremssattel befestigten Bremsbelägen zur Erzeugung einer Bremsleistung zusammen.
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Die Reibflächen 6a und 6b sind vorzugsweise zur Ebene des Topfbodens 4 parallel versetzt.
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Jedoch sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Bremsscheiben 1 mit lediglich einer Reibfläche 6a möglich. Ferner kann der Grundkörper 2 gegebenenfalls zwei- oder mehrteilig ausgeführt sein, wobei Reibflächen 6a, 6b an unterschiedlichen Grundkörperteilen angeordnet sein können.
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Vorliegend bestehen die Reibflächen 6a und 6b aus einem anderen Werkstoff oder Werkstoffsystem als der Grundkörper 2, insbesondere einem Werkstoff, welcher an der Oberfläche zu den Bremsbelägen eine höhere Härte und Verschleißfestigkeit aufweist als der Werkstoff des Grundkörpers 2.
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Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen die Reibflächen 6a und 6b aus einem thermisch aufgebrachten Schichtsystem aus mindestens zwei Schichten aus untereinander unterschiedlichem Werkstoff. Vorliegend sind zwei Schichten dargestellt. Jedoch ist auch eine größere Zahl von Schichten möglich.
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Das Schichtsystem umfasst mindestens eine Haftvermittlungsschicht 7, welche auf den Werkstoff des Grundkörpers 2 aufgebracht ist, sowie mindestens eine Verschleißschutzschicht 8, welche die Oberfläche der Reibfläche 6a bzw. 6b zum Kontakt mit den Bremsbelägen bildet.
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In 1 und 2 ist somit als Reibfläche 6a bzw. 6b an dem Reibungsabschnitt 6 eine Verschleißschutzschicht 8 thermisch aufgebracht. Die Verschleißschutzschicht 8 sitzt jedoch nicht unmittelbar auf dem Grundkörper 2 aus Grauguss oder Stahl. Vielmehr ist zwischen der Verschleißschutzschicht 8 und dem Grundkörper 2 die Haftvermittlungsschicht 7 angeordnet. Über die Haftvermittlungsschicht 7 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Verschleißschutzschicht 8 an den Grundkörper 2 angebunden. Gegebenenfalls können zusätzliche Zwischenschichten zwischen der Haftvermittlungsschicht 7 und der Verschleißschutzschicht 8 vorgesehen sein.
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Die Haftvermittlungsschicht 7 kann beispielsweise ein Edelstahl sein. Bevorzugt kommen hierfür duktile, nichtrostende Edelstähle zum Einsatz. Hierdurch wird der Grundkörper 2 vor Korrosion geschützt. Zudem dient eine solche Haftvermittlungsschicht 7 dazu, etwaige Anrisse aus der Verschleißschutzschicht 8 zu stoppen, bevor diese den Grundkörper 2 erreichen können.
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Die Verschleißschutzschicht 8 weist eine metallische Matrix sowie in diese eingelagerte Hartstoffpartikel 9 auf.
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Vorzugsweise kommen vorliegend keramische Hartstoffpartikel 9 zum Einsatz. Insbesondere sind beispielhaft Karbide, Nitride, Oxide und Boride zu nennen. Ein bevorzugter Werkstoff für die Hartstoffpartikel 9 ist Wolframkarbid.
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Die Hartstoffpartikel 9 weisen vorzugsweise einen maximalen Durchmesser im Bereich von maximal 10 bis 60 µm, vorzugsweise 15 bis 55 µm auf. Mit den genannten Partikelgrößen lassen sich in Zusammenwirkung mit einem Bremsbelag eine hohe Bremsleistung verbunden mit einem geringen Verschleiß an der Bremsscheibe 1 verwirklichen.
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Vorzugsweise kommen Hartstoffpartikel 9 in sphärischer Form zum Einsatz.
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Die metallische Matrix besteht vorzugsweise aus einem Edelstahl oder einer Eisenlegierung, in welche die Hartstoffpartikel 9 eingebettet sind. Dies ermöglicht zum einen eine ausreichende Duktilität im Hinblick auf das Wärmedehnungsverhalten der Bremsscheibe 1 und zum anderen eine geringe Rissbildung verbunden mit einem hohen Verschleißwiderstand.
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Vorzugsweise beträgt der Anteil der Matrix 60 bis 70 Volumenprozent bezogen auf die Verschleißschutzschicht 8, wobei der Rest durch die Hartstoffpartikel 9 gebildet wird.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart ist die Haftvermittlungsschicht 8 durch Laserauftragsschweißen auf den Grundkörper 2 aufgebracht.
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Alternativ kann jedoch die Verschleißschutzschicht 8 auch als eine Beschichtung rein aus einem keramischen Werkstoff vorgesehen werden, welcher oben für die Hartstoffpartikel 9 vorgestellt wurde.
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Sowohl die Haftvermittlungsschicht 7 als auch die Verschleißschutzschicht 8 können durch Laserauftragsschweißen aufgebracht werden. Hierbei wird die aufgeschweißte Schicht unmittelbar stoffschlüssig mit dem darunterliegenden Material verbunden. Durch Laserauftragsschweißen wird, im Unterschied zu thermischen Spritzverfahren wie beispielsweise Flammspritzen, das darunterliegende Material etwas aufgeschmolzen, so dass sich ein besonders inniger Verbund ergibt. Eine Oberflächenvorbehandlung des Untergrunds wie bei thermischen Spitzverfahren, bei welchen sich lediglich eine mechanische Bindung einstellt, kann beim Laserauftragsschweißen entfallen. Das aufzuschweißende Material kann als Pulver, gegebenenfalls jedoch auch in Form eines Drahts oder einer starren Elektrode zugeführt werden.
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Erprobungen haben gezeigt, dass der Verschleiß einer Bremsscheibe 1 der vorstehend erläuterten Art zwar erheblich niedriger ist als bei einfachen Graugussbremsscheiben. Allerdings ist es schwierig, eindeutig festzustellen, zu welchem Zeitpunkt die Verschleißschutzschicht 8 auf der Bremsscheibe 1 verschlissen ist und ein Austausch der Bremsscheibe 1 erforderlich wird.
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Eine Möglichkeit besteht darin, Schichtdicken zerstörungsfrei mit Hilfe eines magnetinduktiven Schichtdickenmessgeräts zu ermitteln. Diese Methodik funktioniert insofern, als dass nach der ersten Beschichtungslage eine ungefähre Schichtdicke ermittelt werden kann. Nach dem Aufbringen der zweiten Beschichtungslage, d.h. Verschleißschutzschicht 8, wird die Schichtdicke erneut gemessen, so dass zugeordnet werden kann, wie dick die Verschleißschutzschicht 8 nach einem anschließenden Schleifprozess ist.
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Die Messgenauigkeit hängt jedoch stark von der Oberflächenrauheit nach dem Beschichten ab und weist damit eine gewisse Ungenauigkeit auf. Ein weiteres Problem ist, dass die Schichtdicke nur bei genau diesem oben angegebenen Schichtsystem auf Basis von Edelstahl funktioniert. Der verwendete Edelstahl ist aufgrund eines erhöhten Nickelanteils in der Legierung nicht-magnetisch, so dass dieses Messverfahren funktionsfähig ist. Die Überprüfung und Messung der Restschichtdicke der Bremsscheibe kann nur im Zuge von Wartungen in Werkstätten erfolgen. Durch den Einsatz einer farblichen Verschleißerkennung, kann jedoch auch ein Laie jederzeit unschwer erkennen, ob die Verschleißgrenze erreicht ist.
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Günstigere Legierungen wie beispielsweise 430-Legierungen sind jedoch oftmals ferromagnetisch, so dass das vorstehend genannte Messverfahren nicht eingesetzt werden kann.
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Der Problematik der Schichtdickenbestimmung wird vorliegend durch eine gezielte Einbettung geeigneter Farbpigmente 10 begegnet.
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Dazu werden im Beschichtungsprozess an der zur Verschleißschutzschicht 8 weisenden Seite der Haftvermittlungsschicht 7 Farbpigmente 10 aufgebracht. Es ist auch möglich, diese Farbpigmente 10 in die Haftvermittlungsschicht 7 einzubetten. Hierdurch wird eine genaue Information über die Lage der Schichtgrenze zwischen der Verschleißschutzschicht 8 und der Haftvermittlungsschicht 7 erhalten.
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Hierdurch wird eine Möglichkeit geschaffen, die Verschleißgrenze der Verschleißschutzschicht 8 sichtbar zu machen. Dafür wird vorzugsweise das natürliche anorganische Farbpigment Chrom(III)oxid verwendet, welches in einem bestimmten Partikelgrößenbereich eine grünliche Farbe aufweist. Dieses Farbpigment 10 ist sowohl hochtemperaturstabil als auch hochtemperaturfarbstabil, so dass bei gewöhnlichen Farbbestimmungen (ca. 30 Minuten Haltedauer) die Farbpigmente 10 bis ca. 1000°C ihre Farbe behalten. Aufgrund der thermischen Aufbringung werden vorliegend die Farbpigmente 10 für wenige Sekunden auf ca. 1600°C erhitzt, wobei sich gezeigt hat, dass die Farbpigmente 10 aus Chrom(III)oxid auch hier stabil und farbig bleiben. Auch andere, vorzugsweise anorganische Farbpigmente 10 mit solchen Eigenschaften können vorliegend zum Einsatz kommen.
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Bei der Herstellung der Bremsscheibe 1 wird zunächst der Grundkörper 2 aus Grauguss oder Stahl bereitgestellt.
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Danach erfolgt die Aufbringung der Haftvermittlungsschicht 7 auf den Grundkörper 2 durch ein thermisches Auftragsverfahren, beispielsweise Laserauftragsschweißen, vorzugsweise beschränkt auf den Bereich des Reibflächenabschnitts 6.
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Dabei können die Farbpigmente 10 in die Haftvermittlungsschicht 7 während deren Aufbringung auf den Grundkörper 2 eingebracht werden. Die Farbpigmente 10 können hierzu dem aufzuschweißenden Werkstoff, der beispielsweise pulverförmig sein kann, beigemengt werden.
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Alternativ oder ergänzend werden die Farbpigmente 10 nach der Aufbringung der Haftvermittlungsschicht 7 und vor Aufbringung der Verschleißschutzschicht 8 auf die Haftvermittlungsschicht 7 aufgebracht.
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Zum festen, rückstandslosen Aufbringen der Farbpigmente 10 auf die Haftvermittlungsschicht 7 kann eine Suspension oder Lösung verwendet werden, bei der die Farbpigmente 10 in einem rückstandsfrei vergasenden Lösemittel wie beispielsweise Isopropanol vorliegen und auf die Oberfläche der Haftvermittlungsschicht 7 aufgebracht werden. Andere Möglichkeiten wären anzufertigende Pasten, welche besser auf der Oberfläche haften.
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Diese Variante bietet einen sehr einfachen Umgang mit den Farbpigmenten 10 und beeinträchtigt kaum die Taktzeiten bei der Aufbringung des Schichtsystems.
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Außerdem liegen aufgrund der Rauheit der Haftvermittlungsschicht 7 die Farbpigmente 10 nicht auf einer einzelnen Ebene, sondern sind in einem Intervallbereich gestreut .Die bedeutet, dass beim Erreichen der Verschleißgrenze die farbliche Markierung der Bremsscheibe über einen längeren Zeitraum erhalten bleibt. Bei einer idealen Schicht würden die Farbpartikel in einer Ebene liegen und bereits nach wenigen Bremsungen abgerieben sein. Die vorhandene Oberflächenrauheit verlängert daher die Sichtbarkeit der farblichen Markierung.
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Danach erfolgt schließlich das Aufbringen der Verschleißschutzschicht 8 auf die Haftvermittlungsschicht 7, unter Einschluss der Farbpigmente 10, zur Bereitstellung einer Reibfläche 6a bzw. 6b an dem Reibungsabschnitt 6 durch ein thermisches Auftragsverfahren, beispielsweise Laserauftragsschweißen.
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Abschließend kann die Oberfläche der Reibfläche 6a bzw. 6b geschliffen werden.
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Die vorhandenen Farbpigmente 10 bewirken einen farblichen Umschlagspunkt, sobald die Verschleißschutzschicht 8 abgenutzt ist und die Farbpigmente 10 an die Oberfläche treten. Die Einlagerung der Farbpigmente 10 beeinträchtigt nicht die Anbindungsqualität der Verschleißschutzschicht 8 auf der darunterliegenden, farbpigmentversehenen Haftvermittlungsschicht 7.
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Die vorstehend erläuterte Einbindung von Farbpigmenten 10 ermöglicht es, beispielsweise in der Entwicklungsphase bis zum Serieneintritt sehr einfach die Schichtdickenverhältnisse an den Reibflächen 6a und 6b zu bestimmen. Damit ist eine Möglichkeit gegeben, die Leistungsfähigkeit der Verschleißschutzschicht 8 bis an die äußersten Grenzen zu testen und so Rückschlüsse auf die Lebensdauerfähigkeit einer beschichteten Bremsscheibe 1 zu ziehen. In einem Serieneinsatz ermöglicht dies die Feststellung eines Bremsenscheibenverschleißes durch Inaugenscheinnahme.
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In Abwandlung des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels ist es ferner möglich, die Haftvermittlungsschicht 7 wegzulassen. Die Farbpigmente 10 werden dann unmittelbar auf den Grundkörper 2 aufgebracht, bevor auf diesen die Verschleißschutzschicht 8 mit eingebetteten keramischen Hartstoffpartikeln 9, insbesondere aus sphärischem Wolframkarbid, oder eine Verschleißschutzschicht 8 rein aus einem keramischen Werkstoff thermisch aufgebracht, insbesondere laseraufgeschweißt wird.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Insbesondere können technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, auch wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel und Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremsscheibe
- 2
- Grundkörper
- 3
- Befestigungsabschnitt
- 4
- Boden
- 5
- Durchgangsöffnung
- 6
- Reibflächenabschnitt
- 6a
- Reibfläche
- 6b
- Reibfläche
- 7
- Haftvermittlungsschicht
- 8
- Verschleißschutzschicht
- 9
- Hartstoffpartikel
- 10
- Farbpigmente
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018112035 B3 [0005]
- WO 2020234144 A1 [0007]
- WO 2021008744 A1 [0009, 0011]
