DE102023136849A1

DE102023136849A1 - Grundkörper mit einer Beschichtung

Info

Publication number: DE102023136849A1
Application number: DE102023136849.4A
Authority: DE
Inventors: Tobias Phillip Utsch
Original assignee: HPL Technologies GmbH
Current assignee: HPL Technologies GmbH
Priority date: 2022-12-29
Filing date: 2023-12-29
Publication date: 2024-07-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe (1) für ein Rad (2) eines Kraftfahrzeugs (3), aufweisend- zumindest eine Reibfläche (4);- einen Verbindungsabschnitt (5) zum drehmomentfesten Verbinden mit einer Radnabe (6). Die Bremsscheibe (1) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (4) eine vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit Rzvon weniger als 6 µm aufweist.Mit der hier vorgeschlagenen Oberflächen-Rauigkeit der Reibfläche der Bremsscheibe ist ein gutes Bremsverhalten über eine lange Lebensdauer und zugleich eine sehr geringe Feinstaubbelastung erzielbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für ein Rad eines Kraftfahrzeugs, ein Brems-System mit einer solchen Bremsscheibe, sowie ein Herstellungsverfahren mit einem solchen Brems-System für eine Bremsscheibe.
Bremsscheiben sind vor allem aus dem Bereich von Personenkraftwagen bekannt und haben in diesem Bereich zunehmend einen Fokus erhalten, weil diese mit der Elektrifizierung der Kraftfahrzeuge infolge der Verfügbarkeit des Rekuperierens von Entschleunigungsenergie weniger frequent genutzt werden. Damit wird eine Rostanlagerung sichtbar, welche nicht regelmäßig durch Bremsvorgänge herunter geschliffen wird. Es ist also aus ästhetischen Gründen eine höhere Korrosionsbeständigkeit erwünscht. Darüber hinaus ist mit der kommenden Normierung der Kraftfahrzeuge nach der sogenannten EURO 7 eine Reduktion von Feinstaub-Emissionen erwünscht. Es wurde festgestellt, dass derzeit Bremsscheiben einen Anteil von 15 % an den gesamten Feinstaub-Emissionen beitragen. Es ist also ein hoher Effekt zu erwarten, wenn die Bremsscheiben derart gestaltet würden, dass dort weniger Feinstaub emittiert würde. In den vergangenen Jahren wurde daher verschiedenste Maßnahmen getroffen, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen und die Feinstaub-Emissionen zu verringern. Ein Lösungsweg wird darin gesehen, einen kostengünstigen Graugussgrundkörper zu verwenden und zumindest die Reibfläche der Bremsscheibe mit einer Beschichtung zu versehen, welche die zuvor genannten Eigenschaften der Bremsscheibe verbessern kann. Besonders vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, die Beschichtung mittels eines Laserauftragschweißverfahrens aufzubringen, und dabei hat sich als ganz besonders wirtschaftlich ein Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [HVLA; engl.: High-Velocity Laser Application] erwiesen, bei welchem bezogen auf eine 100 µm Schichtdicke eine Vorschubgeschwindigkeit von mehr als 500 cm²/min erzielbar sind. Hierbei stellen sich hinsichtlich des Materials noch große Herausforderungen, eine gute Anbindung an den Grundkörper und zugleich eine Abriebfestigkeit zu erzielen. Die gute Anbindung erfordert eine Beschichtung mit geringer Sprödigkeit. Die gute Abriebfestigkeit hofft man derzeit durch eine hohe Werkstoffhärte zu erzielen. Damit stehen diese beiden Aufgaben einander diametral gegenüber. Eine mögliche Lösung wird darin gesehen, Hartstoffpartikel in einem im übrigen eher zähen Material einzubetten. Dabei nehmen die Hartstoffpartikel die Reibkräfte abriebfest auf und das zähe Material nimmt diese Kräfte auf und haftet sicher an dem Grundkörper. Hierbei ist aber noch nicht berücksichtigt, wie ein entsprechender Reibpartner, also beispielsweise der Reibbelag eines Bremsklotzes, hinsichtlich des Abriebs, also der Feinstaub-Emissionen reagiert.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für ein Rad eines Kraftfahrzeugs, aufweisend

- zumindest eine Reibfläche;
- einen Verbindungsabschnitt zum drehmomentfesten Verbinden mit einer Radnabe.

Die Bremsscheibe ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche eine vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit R_z von weniger als 6 µm aufweist.
Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
Die hier vorgeschlagene Bremsscheibe ist zum Entschleunigen eines Kraftfahrzeugs eingerichtet, indem sie an einem um eine Rotationsachse rotierbares Rad, genauer an der Radnabe, drehmomentfest fixiert ist. Infolge von Druck eines gegen Rotation fixiertes Bremsmittels auf die Reibfläche der (rotierenden) Bremsscheibe ein reibschlüssiges Gegendrehmoment erzeugt wird. In einer Anwendung ist die Bremsscheibe auch als eine Haltebremse beziehungsweise Parkbremse einsetzbar, bei welcher also ein Losrollen eines Kraftfahrzeugs durch ein wie zuvor beschrieben erzeugte Haltemoment unterbunden wird. In einer Ausführungsform ist eine solche Bremsscheibe (für eine erleichterte Austauschbarkeit) lösbar, beispielsweise mittels Verschraubung, über ihren Verbindungsabschnitt mit einer Radnabe verbindbar. In einer Ausführungsform ist von der Bremsscheibe beziehungsweise deren Verbindungsabschnitt selbst (einstückig, also nicht zerstörungsfrei lösbar) ein Teil einer Radnabe gebildet und/oder ein (oftmals als Felge bezeichnetes) Rad unmittelbar mit der Bremsscheibe drehmomentfest verbunden ist.
Hier ist nun vorgeschlagen, dass die Reibfläche eine vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit R_z von weniger als 6 µm aufweist. Die vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit ist hier als gemittelte Rautiefe R_z nach DIN EN ISO 4287:1984 angegeben. Die gemittelte Rautiefe R_z wird folgendermaßen ermittelt: Eine definierte Messstrecke auf der Oberfläche des Werkstücks wird in sieben Einzelmessstrecken eingeteilt, wobei die mittleren fünf Messstrecken gleich groß sind. Die Auswertung erfolgt nur über diese fünf Messstrecken, da der anzuwendende Gauß-Filter eine halbe Einzelmessstrecke Vorlauf beziehungsweise Nachlauf benötigt beziehungsweise eine Faltung ein nicht zu vernachlässigendes Einlaufverhalten und Auslaufverhalten aufweist. Von jeder dieser Einzelmessstrecken des Profils wird die Differenz aus maximalem und minimalem Wert ermittelt. Aus den somit erhaltenen fünf Einzelrautiefen wird der Mittelwert als gemittelte Rautiefe R_z gebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Kennwert nicht zu verwechseln ist mit den Rautiefen Rt beziehungsweise R_max. Rt ist definiert als Differenz aus maximalem und minimalem Wert des Profils (R_p - R_v) bezogen auf die Gesamtmessstrecke, im Normalfall also die fünf Einzelmessstrecken. R_max ist die größte der fünf Einzelrautiefen oben genannten Messverfahrens.
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass die geringe Oberflächen-Rauigkeit von unter 6 µm zu erheblich verringertem Abrieb führt. Es wird vermutet, dass dadurch eine Beschädigung der korrespondierenden Reibgegenfläche (auch teilweise als sogenannter Bremsbelag ausgebildet) reduziert oder unterbunden wird. Auch wird vermutet, dass bei einer Ausführungsform mit Hartstoffpartikeln in der Beschichtung der Bremsscheibe diese infolge der Reibkräfte nicht beziehungsweise mit deutlich geringerer Wahrscheinlichkeit und damit Häufigkeit aus dem Material der Beschichtung herausgelöst werden. Damit können sich keine oder deutlich weniger Partikel in das Material der korrespondierenden Reibgegenfläche festsetzen, einfressen oder dort Material abdrehen. Wiederum wird damit eine Riefenbildung beziehungsweise Rillenbildung in der Oberfläche der Reibfläche der Bremsscheibe verhindert beziehungsweise die Häufigkeit des Auftretens dieses Effekts deutlich reduziert. Eine andere Vermutung ist, dass die korrespondierende Oberfläche des Reibbelags weniger stark aufgeraut wird und damit weniger anfällig ist, Spanmaterial und/oder Schmutzpartikel aus der Umgebung aufzunehmen, welche wiederum zu Riefenbildung beziehungsweise Rillenbildung in der Oberfläche der Reibfläche der Bremsscheibe und damit zu gesteigertem Abrieb führen können. Beispielsweise ist eine mittlere Rautiefe R_z von 5 µm oder 4 µm besonders vorteilhaft hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und geringem Abrieb beziehungsweise geringer Häufigkeit der genannten abriebrelevanten Effekte.
Gleichzeitig werden ein hervorragendes Bremsverhalten und höchste Anforderungen an die Lebensdauer beziehungsweise Belastungen, vor allem für schwere Kraftfahrzeuge (beispielsweise Fahrzeuge der sogenannten Mittelklasse und Oberklasse) erzielt werden.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Bremsscheibe vorgeschlagen, dass die Reibfläche eine Oberflächen-Rauigkeit R_z von weniger als 3 µm aufweist.
Mit einer so weit reduzierten mittleren Rautiefe R_z sind die oben genannten Effekte beziehungsweise die Häufigkeit eines Auftretens solcher Effekte noch weiter reduzierbar. Grundsätzlich ist die vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit noch weiter auf (zumindest technisch-wirtschaftlich bedingt nahezu) 0 µm reduzierbar. Dies steigert aber nach diesseitiger Erfahrung lediglich die Fertigungskosten, ohne dabei signifikante Verbesserungen hinsichtlich der Effekte beziehungsweise deren Häufigkeit erzielen zu können. Ein negativer Effekt auf das Bremsverhalten oder die erzielbare Lebensdauer ist dabei diesseits nicht festgestellt worden. Beispielsweise ist eine mittlere Rautiefe R_z von 2 µm besonders vorteilhaft hinsichtlich (im Vergleich zu größeren mittleren Rautiefen R_z etwas reduzierter)Wirtschaftlichkeit und (im Vergleich zu größeren mittleren Rautiefen R_z weiter reduziertem) geringem Abrieb beziehungsweise geringer Häufigkeit der genannten abriebrelevanten Effekte.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Bremsscheibe vorgeschlagen, dass die Reibfläche eine Härte von 300 HV_0,01 bis 1100 HV_0,01 aufweist.
Es wurde weiterhin überraschend festgestellt, dass die Härte der Reibfläche einen geringeren Einfluss auf die Abriebfestigkeit aufweist. Es sei hier noch einmal darauf hingewiesen, dass eine geringe Härte (beispielsweise 300 HV_0,01 [dreihundert Härte-Vickers]) und damit gesteigerte Zähigkeit vorteilhaft für eine lange Lebensdauer ist. Eine hohe Härte (beispielsweise 1100 HV_0,01 [eintausend einhundert Härte-Vickers]) hingegen ist vorteilhaft hinsichtlich einer guten Abriebfestigkeit. Derzeit existiert keine Normierung für Matrix-Legierungen mit eingebetteten Hartstoffpartikeln, mit welchen sich eine genaue Härte mit zufriedenstellender Aussagekraft bestimmen lässt, weil es davon abhängt, ob ein Messpunkt auf die Matrix-Legierung (ohne Hartstoffpartikel) oder im Gegenteil genau auf einem Hartstoffpartikel gelandet ist. Die Härte ist hier angegeben mittels der Härtemessung nach Vickers [bevorzugt nach EN ISO 6507-1:2018] HV_0,01, mit 0,102 kp [einhundertzwei tausendstel Kilopond] Prüfkraft und einer normgemäßen Belastungszeit von 10 s [zehn Sekunden] bis 15 s. Die jeweils verwendete Härte ist beispielsweise aus einem Werkstoff-Datenblatt entnehmbar oder durch eigene Messungen verifizierbar.
In einer Ausführungsform weist eine als ein Beschichtungssystem mit einer Matrix-Legierung mit eingebetteten separat beigegebenen Hartstoffpartikeln gebildete Beschichtung bevorzugt eine Härte von mindestens 350 HV_0,01, weiter bevorzugt von mindestens 400 HV_0,01, weiter bevorzugt mindestens 450 HV_0,01 und weiter bevorzugt mindestens 500 HV_0,01 auf. In einer Ausführungsform weist das Beschichtungssystem bevorzugt eine Härte von höchstens 700 HV_0,01, und weiter bevorzugt von höchstens 600 HV_0,01 auf. Dabei erreicht eine höhere Härte vorteilhaft eine verbesserte Verschleißbeständigkeit der Beschichtung. Gleichzeitig kann eine zu hohe Härte eine unerwünschte Rissbildung begünstigen. Es sei darauf hingewiesen, dass die angegebenen Werte sich in einer Ausführungsform auf die Matrix-Legierung ohne separat beigegebene Hartstoffpartikel die genannte Härte aufweist. In einer Ausführungsform sind hohe Werte, beispielsweise die 1100 HV_0,01 statistisch gemittelt bestimmt, wobei die Härte gemessen auf einem Karbid-Partikel und die Härte gemessen auf der Matrix-Legierung gemäß dem Flächenanteil und/oder dem Volumenprozent gewichtet berechnet wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Bremsscheibe beispielsweise aus einem Körper ohne Beschichtung, beispielsweise aus einem Vollmaterial gegossen und/oder gedreht, gebildet ist, beispielsweise einem sogenannten Hartstahl. Dies ist lediglich angesichts der heutzutage verfügbaren Beschichtungsverfahren nicht in jedem Anwendungsfall die wirtschaftlichste Ausführungsform einer Bremsscheibe.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Bremsscheibe vorgeschlagen, dass die Bremsscheibe einen Grundkörper mit einer Körperoberfläche und, zumindest im Bereich der Reibfläche der Körperoberfläche, eine Beschichtung aufweist,
wobei bevorzugt die Beschichtung mittels Auftragschweißen, weiter bevorzugt mittels Laserauftragschweißen, besonders bevorzugt mittels Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen auf die Körperoberfläche des Grundkörpers aufgebracht ist, und/oder
wobei bevorzugt der Grundkörper ein Graugussgrundkörper ist.
Hier ist eine besonders wirtschaftliche Bremsscheibe aufgezeigt, welche mittels eines (meist kostengünstigen) Grundkörpers (beispielsweise einem Graugussgrundkörper, besonders bevorzugt einem Lamellenguss-Körper [GJL] nach EN 1561) mit einer Beschichtung gebildet ist. Die Beschichtung übernimmt dabei die mechanische Hauptaufgabe, nämlich das Aufnehmen der Reibkräfte, sowie bevorzugt zugleich oder mittels unterschiedlicher Beschichtungen (beispielsweise in unterschiedlichen Bereichen der Oberfläche des Grundkörpers) die Steigerung der Korrosionsbeständigkeit der Bremsscheibe. Der Grundkörper übernimmt die Aufgaben der Momentenaufnahme und Momenteneinleitung in das jeweilige Rad, sowie die Aufnahme und Abfuhr der beim Bremsvorgang erzeugten Abwärme. Eine solche Beschichtung umfasst bevorzugt einen Hartstahl. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Beschichtung bevorzugt Hartstoffpartikel, wie beispielsweise Karbide, Boride oder Nitride, welche besonders bevorzugt zumindest zu einem Teil mithilfe sogenannter Karbidbildner (beispielsweise Chrom [Cr], Vanadium [V], Titan [Ti] oder Niob [Nb]) beziehungsweise entsprechend Boridbildner und/oder Nitridbildner in-situ beim Erzeugen der Beschichtung gebildet worden sind. Dabei werden Korngrößen von bis zu etwa 1 µm erzielt.
Ein im Stand der Technik bekanntes Verfahren zum Beschichten von Grundkörpern, beispielsweise Bremsscheiben, ist das Flammspritzen. Hierbei wird ein Schweißzusatzwerkstoff aus Draht oder Pulver in eine Düse eingeführt. Bei einer Zufuhr von einem pulverförmigen Schweißzusatzwerkstoff wird das verwendete Pulvermaterial aus einem Pulverbehälter gleichmäßig gefördert und von einem Fördergasstrom durch die Brennerdüse zur Brennerflamme geführt. Hierdurch wird erreicht, dass geschmolzene oder angeschmolzene Partikel zudem von der Brennflamme beschleunigt auf der zu beschichtenden Oberfläche anhaften. Das Flammspritzen ist ein vergleichsweise einfaches und kostengünstiges Verfahren, wobei die resultierenden Beschichtungen jedoch eine relativ hohe Porosität aufweisen können, eine schmelzmetallurgische Verbindung mit dem Grundkörper fehlt und der Gasverbrauch hoch ist.
Eine Alternative stellt das Laserauftragschweißen [LA] dar, bei welchem beispielsweise eine geringere Porosität bei vermindertem Gasverbrauch erreichbar ist. Das LA ist ein Schweißverfahren, welches mittels Laserstrahlung den verwendeten Schweißzusatzwerkstoff, zugeführt in Pulverform oder Drahtform, aufschmelzt. Bei einer Zufuhr von einem pulverförmigen Schweißzusatzwerkstoff wird dieser Pulverwerkstoff mittels Trägergas unter Schutzgasatmosphäre zu einem Bearbeitungspunkt geführt. Der Bearbeitungspunkt ist dabei auf die Grundkörperoberfläche (hier also zumindest unter anderem die Reibfläche des Grundkörpers) ausgerichtet. Ein Laserstrahl wird auf den Bearbeitungspunkt fokussiert und schmelzt das Substrat sowie den Bearbeitungspunkt passierenden Pulverwerkstoff auf. Nicht aufgeschmolzene Pulverpartikel des Pulverwerkstoffs werden im Schmelzbad komplett aufgeschmolzen. Die Pulverdüse wird mittels verfahrbarer Achsen über die Oberfläche bewegt und erzeugt dabei Schweißraupen. Es entsteht eine Beschichtung, welche im Wesentlichen (also unter technischer Toleranz vollständig abgesehen von einem Übergangsbereich, der sogenannten Aufmischungszone) aus dem Pulverwerkstoff besteht. Hierdurch kann beispielsweise auch bei Materialuntersuchungen an der fertigen Beschichtung unmittelbar auf die Zusammensetzung des Pulverwerkstoffs geschlossen werden. Unter der Beschichtung befindet sich die Aufmischungszone, welche aus Zusatzmaterial und Substratmaterial besteht. Der aufgeschmolzene Pulverwerkstoff sammelt sich über der Aufmischungszone und bildet das Beschichtungssystem.
Ein Fachmann wird dabei unmittelbar anerkennen, dass sich unabhängig von der Schichtdicke und/oder Lagenanzahl ein schmelzmetallurgischer Verbund ausbildet, wobei hierdurch eine technische Verbesserung zu beispielsweise thermisch gespritzten Schichten entsteht. Der schmelzmetallurgische Verbund führt dabei zu einer Aufmischung zwischen Beschichtung und Substrat. Weil die Aufmischungszone jedoch beim LA, im Vergleich zu anderen Schweißverfahren, minimal ist, kann entsprechend an der Beschichtung auf den Beschichtungswerkstoff geschlossen werden.
Aus dem LA ist das Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [HVLA: High-Velocity Laser Application] hervorgegangen. Um höhere Vorschubgeschwindigkeiten als beim LA zu erreichen, wird beim HVLA der Schweißzusatzwerkstoff, bereitgestellt als Pulver, bereits vor Eintreffen auf dem Substrat, also über der Substratoberfläche, mittels der Laserenergie aufgeschmolzen oder angeschmolzen. Dies wird erreicht, indem die zu schmelzenden Pulverströme in einem sogenannten Pulver-Fokus ein oder mehrere Millimeter oberhalb der Substratoberfläche gekreuzt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass das HVLA bevorzugt mit der Schweißeinrichtung im Erdschwerefeld oberhalb des Substrats ausgeführt wird. Dies kann aber in einigen Anwendungen abweichen. Oberhalb bedeutet also zumindest lediglich mit Abstand zu der Substratoberfläche. Der Pulver-Fokus wird mit einem Laserstrahl überlagert, sodass Pulverpartikel den Laserstrahl passieren und dabei abschatten. Hierdurch erreicht nicht die gesamte Energie des Lasers die Oberfläche des Substrates. Das Verhältnis der gesamten Laserleistung [Ll] zu derjenigen das Substrat erreichenden Laserleistung wird vom Fachmann üblicherweise als Transmissionsgrad berechnet. Durch Einstellen verschiedener Verfahrensparameter und des resultierenden Transmissionsgrades ist mittels HVLA eine Beschichtung als schmelzmetallurgischer Verbund erreichbar.
Ein spezielles HVLA-Verfahren ist (dort als Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [EHLA] bezeichnet) beispielsweise beschrieben in Schopphoven et. al („Experimentelle und modelltheoretische Untersuchungen zum Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen“, Dissertation am Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT, 2019, online publiziert auf den Internetseiten der Universitätsbibliothek), sowie DE 10 2011 100 456 A1 .
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Bremsscheibe vorgeschlagen, dass die Beschichtung eine Eisen-Basis-Legierung und separat zugegebene Hartstoffpartikel umfasst,
wobei die Hartstoffpartikel ein Korngrößenfenster von 6 µm bis 120 µm aufweisen, wobei bevorzugt die Hartstoffpartikel ausschließlich Karbide sind, besonders bevorzugt ausschließlich Titankarbide, Niobkarbide und/oder Vanadiumkarbide.
Eine vorteilhafte Eisen-Basis-Legierung umfasst beispielsweise neben Eisen als Basis beziehungsweise die Balance (100 % auffüllend) bildend weiterhin von 10 Gew.-% bis 26 Gew.-% Chrom, und von 0,3 Gew.-% bis 5 Gew.-% Kohlenstoff, und die Summe aus Niob, Titan und Vanadium 0,5 Gew.-% bis 15 Gew.-% umfasst.
Die Beschichtung ist hierbei als Beschichtungssystem mit einer Matrix-Legierung und separat beigegebenen Hartstoffpartikeln gebildet.
Es soll zunächst verstanden werden, dass alle Mengenangaben mit Hinblick auf den verwendeten Schweißzusatzwerkstoff, bevorzugt Pulverwerkstoff beziehungsweise das Pulverwerkstoffgemisch, sowie des Beschichtungssystems nach der vorliegenden Erfindung in den genannten Mengen in Gewichtsprozent [Gew.-%] bezogen auf ein Gesamtgewicht des entsprechenden Schweißzusatzwerkstoffs, also beispielsweise Pulverwerkstoffs, beziehungsweise der (nach dem Schweißvorgang gebildeten) Matrix-Legierung des Beschichtungssystems verstanden werden sollen. Es soll auch verstanden werden, dass in dem Beschichtungssystem Eisen als Grundmaterial des Pulverwerkstoffes dient, und bevorzugt jeweils in ausbalancierter Form umfasst ist.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Gew.-% sich nicht auf das fertiggestellte Beschichtungssystem mit den separat beigegebenen Hartstoffpartikeln bezieht. Die separat beigegebenen Hartstoffpartikel entsprechen im Vergleich zu einem (beispielsweise Glasfaser-) verstärkten Kunststoff dem Verstärkungsstoff, während also von der Matrix-Legierung eben die Matrix gebildet ist, in welche die separat beigegebenen Hartstoffpartikel eingebettet sind.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die separat beigegebenen Hartstoffpartikel nicht erst beim Schweißvorgang, beispielsweise als Karbide mittels der sogenannten Karbidbildner, gebildet werden, sondern bereits als Karbid-Partikel (beispielsweise elementar rein und/oder in einem chemischen Verbund), beispielsweise als Titankarbid [TiC], Wolframkarbid [WC], Vanadiumkarbid [VC], Chromkarbid [CrC] oder andere dem Beschichtungssystem beigegeben werden. Die Masse der Hartstoffpartikel ist stark unterschiedlich, beispielsweise sind Titankarbide sehr viel leichter als Wolframkarbide. Diese sind daher in Volumenprozent [Vol.-%] mit Bezug auf die jeweilige Schicht oder auf das gesamte Beschichtungssystem angegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Aufmischungszone mit dem Grundkörper frei von separat beigegebenen Hartstoffpartikeln, es sind also dort dann keine separat beigegebenen Hartstoffpartikel enthalten.
Die mittels der hier aufgezeigten Matrix-Legierung des Schweißmaterials bildbare Legierung der Beschichtung selbst (also ohne die separat beigegebenen Hartstoffpartikel) weist bereits eine hervorragende Verschleißfestigkeit und/oder Abrasionsfestigkeit auf. Hierzu sind in der Beschichtung infolge von den vorhandenen Hartstoffpartikelbildnern (vor allem Wolfram [W], Niob [Nb], Titan [Ti] und/oder Vanadium [V]) ausgebildete Karbide, teilweise auch Boride und/oder Nitride, maßgeblich verantwortlich. Zugleich ist es mit diesem Schweißmaterial möglich, die Beschichtung zu bilden, indem das Schweißmaterial beim Auftragschweißen unmittelbar auf den Grundkörper aufgetragen wird. Der bekannte Standard ist bisher, dass zunächst eine vermittelnde Grundierung oder Haftschicht (auch als Pufferschicht oder Bindeschicht bezeichnet) vorgesehen werden muss. Mit einem einzigen Schweißmaterial beziehungsweise einer einzigen Schicht auf dem Grundkörper können geringere Prozesszeiten, geringere Fehleranfälligkeiten, dünnere Schichtstärken und gegebenenfalls eine geringere Anzahl von Schichten, also weniger häufig wiederholtes Auftragen, zum Erzeugen der (einzigen) Schicht des Beschichtungssystems erzielt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass eine Schicht gemäß der hiesigen Verwendung einen Materialbereich gleicher chemischer Zusammensetzung bedeutet beziehungsweise einen (gegebenenfalls mehrlagigen) Auftrag von chemisch gleichem Schweißzusatzwerkstoff. In letzterem Falle sind die Bereiche der jeweiligen Aufmischungszonen mit angrenzendem Material ignoriert, beispielsweise eine Schicht bis zur Mitte einer jeweiligen Aufmischungszone definiert.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass eine Lage jeweils ein Auftrag in einem Durchgang vom Beginn bis zum Ende, beispielsweise bei der Reibfläche einer Bremsscheibe von radial innen nach außen oder umgekehrt, gebildet ist. Bedingt durch den Prozess oder ein zu erzielendes Ergebnis ausgeführte Unterbrechungen des Auftrags zwischen dem Anfang und dem Ende sind dabei nicht zu beachten. In einer anderen Definition ist eine einzelne Lage ein solcher Auftrag, welcher auf eine schweißtechnisch kalte Oberfläche aufgebracht wird und (ohne weitere Zufuhr von Schweißenergie) zu einer neuen Oberfläche erkaltet. In einer Ausführungsform ist eine einzelne Lage nicht zwangsläufig eine Oberfläche abdeckend gebildet. In einer Ausführungsform ist eine einzelne Lage nicht zwangsläufig von einer einzigen Schweißeinrichtung gebildet.
Erzielt wird also eine Beschichtung in Form einer korrosionsbeständigen naturharten Legierung, wobei also die Eigenschaften Korrosionsschutz und Verschleißschutz miteinander kombiniert sind. Mittels des Einsatzes unterschiedlicher Hartstoffpartikelbildner mit unterschiedlicher Ausscheidungskinetik und damit auch unterschiedlicher Verteilungen führt zu einer guten Beständigkeit gegenüber Verschleißpartikeln (beispielsweise Schmutz oder ausgelöste Hartstoffpartikel zwischen Bremsscheibe und Bremsklotz) unterschiedlichster Größe.
Hier ist also vorgeschlagen, dass der Beschichtung weiterhin (bevorzugt als Bestandteil des Pulverwerkstoffs) Hartstoffpartikel, beispielsweise Karbide, beigegeben werden. Es wurde festgestellt, dass diese Hartstoffpartikel an dem Schweißprozess nicht teilnehmen, also nicht aufgeschmolzen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass bei einer sehr geringen Korngröße, durchaus Hartstoffpartikel aufgeschmolzen oder sogar verdampft werden. Dieser Anteil ist aber vernachlässigbar. Beispielsweise werden solche Hartstoffpartikel einer gewünschten Korngröße im Prozess des Auftragschweißens einzig oberflächlich angeschmolzen oder einzig erwärmt.
Das hier angegebene Korngrößenfenster ist eine Abwägung zwischen der geforderten Schichtdicke beziehungsweise Gesamtdicke des Beschichtungssystems und einer guten Verfestigungswirkung. Wenn das Korngrößenfenster zu groß ist, sind statistisch einige Karbid-Partikel nicht mehr gut in der Matrix-Legierung einbindbar und werden sich bei einer Nachbearbeitung aus der Matrix-Legierung lösen. Wenn das Korngrößenfenster zu klein ist, werden nicht die gewünschten Ergebnisse hinsichtlich der Verschleißbeständigkeit erreicht.
Es wurde aber zudem festgestellt, dass mit einer zunehmenden Korngröße der Volumenanteil der separat beigegebenen Hartstoffpartikel reduzierbar ist. Somit lassen sich damit Kostenvorteile erzielen.
Es wurde auch festgestellt, dass mit einem großen Korngrößenfenster die für eine Reibfläche besonders relevanten Vorteile einer hohen Härte und einem guten Bremsverhalten (vergleiche oben) zugleich sehr gut erreichen lassen. In einer Ausführungsform ist in der Beschichtung (beziehungsweise der betreffenden Schicht des Beschichtungssystems) zumindest eines, besonders bevorzugt ausschließlich eines, der folgenden separaten Korngrößenfenster umfasst:

- 15 µm bis 45 µm; und
- 45µm bis 90 µm, bevorzugt bis 106 µm.

Wie oben angegeben ist ein Korngrößenfenster jeweils abhängig von einer angestrebten Schichtdicke beziehungsweise einem Aufbau eines Beschichtungssystems ausgewählt. Dabei spielen neben der Lebensdauer auch die Fertigungskosten, beispielsweise die Gesamtdauer des Schichtauftrags eine Rolle.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Bremsscheibe vorgeschlagen, dass die Beschichtung als ein mehrschichtiges Beschichtungssystem ausgebildet ist,
wobei zumindest eine erste Schicht frei von separat eingebrachten Karbiden ausgebildet ist, und
wobei zumindest eine weiter oben angeordnete, bevorzugt zumindest die vorletzte und/oder letzte, der Schichten aus der Matrix-Legierung mit separat beigegebenen Karbiden gebildet ist.
wobei bevorzugt die zumindest eine erste Schicht, und gegebenenfalls eine letzte Schicht, aus der Matrix-Legierung gebildet ist,
wobei weiter bevorzugt die Matrix-Legierungen der ersten Schicht und der Schicht mit den separat beigegebenen Karbiden, besonders bevorzugt aller Schichten, identisch sind.
Hier ist vorgeschlagen, dass mehrere Schichten mit (beispielsweise unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung) gebildet sind. Beispielsweise ist ein Zweischichtsystem mit einer ersten Schicht als Haftschicht (auch als Pufferschicht oder Bindeschicht bezeichnet) gebildet, wobei bevorzugt die Haftschicht beispielsweise keine separat beigegebenen Hartstoffpartikel umfasst, aber bevorzugt eine gleiche oder ähnliche Legierung aufweist wie die Schicht mit den separat beigegebenen Hartstoffpartikeln. In einer Ausführungsform ist weiterhin eine dritte Schicht vorgesehen, mit welcher die zweite (Hartstoffpartikel-) Schicht überdeckt ist, wobei die dritte Schicht ebenfalls keine separat beigegebenen Hartstoffpartikel umfasst.
Die obige Beschreibung bezüglich der (gesamten) Beschichtung ist hier für eine einzige Schicht (mit den Hartstoffpartikeln) entsprechend gültig.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Brems-System vorgeschlagen, aufweisend

- eine Bremsscheibe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung; und
- zumindest einen Bremsklotz mit einer Reibgegenfläche,

Das hier vorgeschlagene Brems-System umfasst also eine Bremsscheibe mit der vorteilhaften vorbestimmten Oberflächen-Rauigkeit wie oben beschrieben und einen korrespondierenden Bremsklotz mit einer Reibgegenfläche. Von dieser Paarung ist ein vorbestimmter Reibkoeffizient gebildet. Darüber hinaus ist eine Temperaturentwicklung berücksichtigt, beispielsweise ein Großteil der infolge der Reibung erzeugten Abwärme über die Bremsscheibe abgeführt und damit die meist eine geringere maximal zulässige Temperatur aufweisende Bremsklotz (beziehungsweise dessen reibendes Material) eingehalten werden kann.
Der Bremsklotz beziehungsweise dessen Reibgegenfläche ist beispielsweise konventionell ausgeführt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Reibgegenfläche ECE genormt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Reibgegenfläche ein NAO-Material [engl.: Non-Asbestos Organic]. Mit dem hier vorgeschlagenen naturharten Matrix-Legierung mit eingebetteten Hartstoffpartikeln ist gemeinsam mit einem NAO-Material ein besonders vorteilhaftes Bremsverhalten erzielbar (beispielsweise scharfes Bremsverhalten) , gemeinsam mit den oben genannten Vorteilen hinsichtlich der Lebensdauer und der Feinstaub-Emissionen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Herstellungsverfahren für eine Bremsscheibe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, wobei das Herstellungsverfahren mittels einer Auftragschweiß-Anlage mit einer Werkstück-Aufnahme, einer Auftragschweiß-Einrichtung und einer Zufuhreinrichtung für einen Schweißzusatzwerkstoff und mittels einer Glättungseinrichtung ausgeführt wird, und wobei das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte aufweist:

a. mittels der Werkstück-Aufnahme, eingespannt und relativ zu der Auftragschweiß-Einrichtung bewegbares Bereitstellen eines Grundkörpers einer Bremsscheibe;
b. zu der Auftragschweiß-Einrichtung relatives Bewegen der eingespannten Bremsscheibe;
c. mittels der Zufuhreinrichtung, Zuführen von einem Schweißzusatzwerkstoff;
d. während Schritt b. und Schritt c. mittels der Auftragschweiß-Einrichtung, Auftragschweißen des Schweißzusatzwerkstoffs als Beschichtung auf einer zu beschichtenden Körperoberfläche des Grundkörpers; und
e. mittels einer Glättungseinrichtung, Einstellen der vorbestimmten Oberflächen-Rauigkeit der Beschichtung zumindest im Bereich der Reibfläche der Bremsscheibe.

Zunächst wird in Schritt a. ein Grundkörper bereitgestellt, beispielsweise in einer Werkstück-Aufnahme eingespannt, wobei eine zu beschichtende Oberfläche, also zumindest die Reibfläche der (zu bildenden) Bremsscheibe, bedarfsgerecht ausgerichtet wird. In Schritt b. wird der Grundkörper beziehungsweise die (zu bildende) Bremsscheibe relativ zu der Auftragschweiß-Einrichtung bewegt. Bevorzugt ist die zu beschichtende Oberfläche in einer festen Ebene bewegbar ist und die Auftragschweiß-Einrichtung selbst relativ dazu ausrichtbar und/oder entlang einer weiteren Raumachse relativ zu der zu beschichtenden Oberfläche bewegbar. Eine entsprechende Auftragschweiß-Einrichtung weist dazu eine Aktorikeinrichtung auf, welche in der Regel eine Mehrzahl von einzelnen Aktoren beziehungsweise Vorschubachsen aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Werkstück-Aufnahme um die Rotationsachse der Bremsscheibe ausschließlich rotiert und die Auftragschweiß-Einrichtung wird einzig entlang zumindest einer einzigen linearen Achse, zumindest entlang einer radialen Achse bezogen auf die Rotationsachse der Bremsscheibe, und bevorzugt zudem axial (beispielsweise zum Einstellen eines Abstands zwischen der zu beschichtenden Oberfläche des Grundkörpers und der Auftragschweiß-Einrichtung) bewegt. In Schritt c., welcher (vorher, gleichzeitig oder nachher beginnend) gleichzeitig mit Schritt b. stattfindet, wird der Schweißzusatzwerkstoff (beispielsweise als Pulverwerkstoff mittels eines Trägergases oder als Drahtmaterial) zugeführt.
In Schritt d. wird von der Auftragschweiß-Einrichtung das Auftragschweißen durchgeführt. Beispielsweise ist die Auftragschweiß-Einrichtung eine Laseroptik, welche in der Regel von einer externen Laserquelle mit Laserlicht versorgt ist. Mittels der Laseroptik ist Laserlicht geeignet fokussierbar, beispielsweise beim Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [HVLA: High-Velocity Laser Application] mit einem Laser-Fokus knapp oberhalb der zu beschichtenden Oberfläche, wie auch der pulverförmige Schweißzusatzwerkstoff in einem Pulver-Fokus knapp oberhalb der zu beschichtenden Oberfläche. Der Grundkörper beziehungsweise die zu beschichtende Oberfläche und die Auftragschweiß-Einrichtung sind, beispielsweise wie oben beschrieben, relativ zueinander bewegbar. Schritt d. findet gleichzeitig mit Schritt b. und Schritt c. statt, wobei Schritt d. vorher, gleichzeitig oder nachher beginnend ausführbar ist, bevorzugt erst nach dem Beginn von Schritt b. und Schritt c. stattfindet.
Aufgrund der Bewegung und dem Schweißvorgang wird eine bahnartige erste Schweißspur auf der zu beschichtenden Oberfläche aufgebracht und mit dieser verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schweißzusatzwerkstoff angeschmolzen oder vollständig aufgeschmolzen und zugleich auf der zu beschichtenden Oberfläche ein Schmelzbad gebildet, sodass eine hervorragende Verbindungsgüte zwischen dem Schweißzusatzwerkstoff und der zu beschichtenden Oberfläche erzielt wird.
In Schritt e. wird die Oberflächen-Rauigkeit eingestellt. In einer besonderen Ausführungsform findet dieser Schritt vollständig (mit Erreichen der angestrebten vorbestimmten Oberflächen-Rauigkeit) oder vorbereitend (mit einer Annäherung an die angestrebte vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit) gleichzeitig oder leicht nachlaufend mit zumindest einem Durchgang des Schritts d. statt, nämlich indem die Glättungseinrichtung von einer Auftragschweiß-Einrichtung, bevorzugt einer Laseroptik gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Glättungseinrichtung eine separate Bearbeitungseinrichtung, bevorzugt in einer von dem Raum, in welchem während Schritt e. das Auftragschweißen ausgeführt wird, separierten Raum, um diesen vor Staub der Nachbearbeitung zu schützen.
Die angestrebte vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit wird dabei (aufgrund von empirisch ermittelten Daten) zeitgesteuert erreicht und mittels Stichproben sichergestellt. Alternativ oder zusätzlich wird im Prozess die Oberfläche überwacht, beispielsweise ein Spiegelungsgrad ermittelt, also die Helligkeit einer Reflexion einer definierten Lichtquelle. Es sind auch unmittelbare Messungen mittels taktiler oder berührungsloser (beispielsweise laseroptischer) Messinstrumente einsetzbar.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens vorgeschlagen, dass die Glättungseinrichtung zumindest eine, bevorzugt eine einzige, der folgenden Einheiten umfasst:

- eine Schleifmaschine;
- eine Pulverstrahlmaschine;
- eine Drehmaschine;
- eine Fräsmaschine; und
- die Auftragschweiß-Einrichtung, bevorzugt unter Zufuhr von Schweißzusatzwerkstoff mittels der Zufuhreinrichtung,

Die erstgenannten Maschinen sind beispielsweise konventionell ausgeführt und aufgrund der spanenden Bearbeitung bevorzugt von dem Auftragschweißen räumlich separiert. Bei diesen Maschinen sind die Verfahren zum Erzielen einer vorbestimmten Oberflächen-Rauigkeit fachmännisch bekannt. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den angegebenen Werten bevorzugt um Toleranzwerte handelt, sodass also eine gewisse Streuung erlaubt ist. Zumindest aber sind keine makroskopischen Maßnahmen, wie beispielsweise eine strukturierende Vorschubbewegung (bei einer Drehmaschine beispielsweise ein axial variierender Vorschub), notwendig sind. Vielmehr ist die zu erzielende vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit das Ergebnis von den Maschinen-Parametern. Beispielsweise bei einer Drehmaschine und einer Fräsmaschine sind es vor allem die Auswahl des Werkzeugs und die Vorschubgeschwindigkeit sowie die Abhubhöhe unter Berücksichtigung des vorliegenden Materials. Bei einer Schleifmaschine ist es vor allem die Auswahl des Schleifmittels und der Abfuhr von Schleifabhub, sowie der Vorschubgeschwindigkeit und (beispielsweise) des Anpressdrucks. Bei der Pulverstrahlmaschine ist es vor allem die Auswahl der Korngröße des Pulvers und der Strahlgeschwindigkeit, sowie der Zeit der Pulverstrahlung.
Die Auftragschweiß-Einrichtung, welche als Glättungseinrichtung genutzt wird, ist nicht zwangsläufig die gleiche Auftragschweiß-Einrichtung, mittels welcher auch die Beschichtung gebildet ist. Beispielsweise ist eine weitere, gegebenenfalls räumliche separierte Auftragschweiß-Einrichtung vorgesehen, wobei diese dann bevorzugt ausschließlich zum Glätten genutzt wird. In einer Ausführungsform wird zumindest eine letzte Lage der Beschichtung mit Parametern gefahren, welche die vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit erzielt. Hierbei wird die vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit vollständig erzielt, also die angestrebte vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit eingestellt. Alternativ wird mit der Auftragschweiß-Einrichtung die vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit vorbereitet, also die angestrebte vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit angenähert.
Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform mehrere der genannten Maschinen (einschließlich der Auftragschweiß-Einrichtung) zum Glätten in Schritt e. nacheinander genutzt werden. Bevorzugt wird eine einzige der Maschinen, besonders bevorzugt ohne Spanabhub ausschließlich die Auftragschweiß-Einrichtung zum Erzeugen der vorbestimmten Oberflächen-Rauigkeit eingesetzt.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in

1: in einer Halbschnittansicht eine Bremsscheibe mit Beschichtung;
2: ein Ausschnitt eines Grundkörpers mit zweischichtigem Beschichtungssystem;
3: eine Auftragschweiß-Anlage mit Glättungseinrichtung;
4: eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens in einem Flussdiagramm; und
5: ein Kraftfahrzeug mit Brems-Systemen in einer schematischen Draufsicht.

In 1 ist in einer Halbschnittansicht links ihrer Rotationsachse 24 eine Bremsscheibe 1 mit Beschichtung 9 im Bereich der Reibfläche 4 schematisch dargestellt. Die Bremsscheibe 1 ist aus einem Grundkörper 7, beispielsweise einem Graugussgrundkörper, gebildet. Der Verbindungsabschnitt 5 (hier mit einer Durchgangsbohrung zum Verschrauben angedeutet) ist zentral bei der Rotationsachse 24 gezeigt, wobei eine Radnabe 6 zum drehmomentfesten Verbinden rein schematisch angedeutet ist. Über einen sogenannten Schwanenhals 30 ist der radial weiter außen liegende Reibring 31 der Bremsscheibe 1 mit zwei einander gegenüberliegenden Reibflächen 4 zu erkennen. Die Körperoberfläche 8 des Grundkörpers 7 ist im Bereich des Reibrings 31, also der beiden Reibflächen 4 jeweils mit einer Beschichtung 9 versehen, die hier als abgesetzte Linie schematisch angedeutet ist.
In 2 ist ein rein schematisch dargestellter Ausschnitt eines Grundkörpers 7 mit einer Beschichtung 9, welche als zweischichtiges Beschichtungssystem aufgebaut ist, gezeigt. Die zu beschichtende Körperoberfläche 8 des Grundkörpers 7 ist mit einer ersten Schicht 11 versehen, welche ohne Hartstoffpartikel 10 gebildet ist, bevorzugt aus einem der Matrix-Legierung 13 ähnlichen oder der gleichen Eisen-Basis-Legierung. Darüber ist eine zweite Schicht 12, nämlich die Hartstoffpartikel 10 umfassende Schicht 12 gezeigt. Die Hartstoffpartikel 10 sind hier rein schematisch in verschiedenen Korngrößen dargestellt. Es ist möglich, dass diese über die zweite Schicht 12 hinaus ragen. Beispielsweise ist der gezeigte Grundkörper 7 beziehungsweise die Beschichtung 9 bereits geglättet, beispielsweise mittels Einschleifen.
In 3 ist eine Auftragschweiß-Anlage 17 mit Glättungseinrichtung 22 schematisch dargestellt. Links in der Darstellung ist ein (rechter) Ausschnitt einer Bremsscheibe 1 als Grundkörper 7 in einer Werkstück-Aufnahme 18 um ihre Rotationsachse 24 rotierbar eingespannt aufgenommen. Darüber ist eine Auftragschweiß-Einrichtung 19, hier (rein optional) eine Laseroptik 27 zum Laserauftragschweißen, bevorzugt zum Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [HVLA: High-Velocity Laser Application], angeordnet, welche gemeinsam mit einer Pulverdüse 32 mittels einer Aktorik 28 radial verfahrbar ist. Die Pulverdüse 32 ist über eine Zufuhreinrichtung 20 mit Schweißzusatzwerkstoff 21 versorgt, welcher sich hier (rein optional) aus einer Matrix-Legierung 13 und Hartstoffpartikeln 10 zusammensetzt. Der Schweißzusatzwerkstoff 21 wird über die Pulverdüse 32 in einem Schweißbereich 29 (beispielsweise knapp oberhalb der Körperoberfläche 8 (beziehungsweise Reibfläche 4) der Bremsscheibe 1 in einen Pulver-Fokus, mittels eines Trägergases ausgedüst und mittels der Auftragschweiß-Einrichtung 19 aufgeschmolzen oder angeschmolzen, bevor der Schweißzusatzwerkstoff 21 der Körperoberfläche 8, auf welcher bevorzugt mittels der Auftragschweiß-Einrichtung 19 ein Schmelzbad gebildet ist, zugeführt und dort die Beschichtung 9 bildend verbunden wird. Die Beschichtung 9 wird hier (rein optional) von radial-außen nach radial-innen spiralförmig aufgetragen.
Weiterhin ist hier eine Glättungseinrichtung 22 umfasst, welche hier mittels einer schematischen Trennwand 26 angedeutet räumlich von dem Schweißbereich 29 getrennt ist, sodass Staub nicht in den Bereich der Auftragschweiß-Einrichtung 19 gelangt. Die Glättungseinrichtung 22 ist hier als Schleifmaschine gebildet und umfasst bei der gezeigten Ausführungsform (rein optional) ein Schleifmittel 25. Mittels relativer Rotation von dem Schleifmittel 25 und der Bremsscheibe 1 wird die (hier übertrieben dargestellt unebene) Beschichtung 9 auf die vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit gebracht.
In 4 ist eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für eine Bremsscheibe 1 in einem Flussdiagramm dargestellt, wobei das Herstellungsverfahren mittels einer Auftragschweiß-Anlage 17 beispielsweise wie in 3 gezeigt ausführbar ist. Zunächst wird in einem Schritt a. mittels der Werkstück-Aufnahme 18 eingespannt und relativ zu der Auftragschweiß-Einrichtung 19 bewegbar ein Grundkörper 7 einer Bremsscheibe 1 bereitgestellt. Anschließend laufen die Schritte b., c. und d. parallel ab, wobei die vertikale Länge dieser Kästen jeweils die relative zeitliche Länge darstellen sollen, sowie zueinander versetzten Beginn und Abschluss. Schritt b. startet in diesem Ausführungsbeispiel zuerst, wobei also die eingespannte Bremsscheibe 1 beziehungsweise der Grundkörper 7 relativ zu der Auftragschweiß-Einrichtung 19 bewegt wird. Danach startet der Schritt c., bei welchem ein Schweißzusatzwerkstoff 21 mittels der Zufuhreinrichtung 20 zugeführt wird. Und schließlich startet Schritt d., bei welchem der Schweißzusatzwerkstoff 21 als Beschichtung 9 auf einer zu beschichtenden Körperoberfläche 8 des Grundkörpers 7 mittels der Auftragschweiß-Einrichtung 19 aufgeschweißt wird. Nach dem Abschluss von Schritt d. (Aufschweißen), endet Schritt c. (Pulverzufuhr) und schließlich Schritt b. (Bewegen der Bremsscheibe 1). Es sei darauf hingewiesen, dass bevorzugt eine Bewegung von der Auftragschweiß-Einrichtung 19 mittels ihrer (separaten) Aktorik 28 mit dem Beginn von Schritt d. anfängt und mit dessen Abschluss endet. Hingegen eine Rotation der Bremsscheibe 1 gemäß der zeitlichen Dauer wie hier in Schritt b. gezeigt ausgeführt wird. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform die relative zeitliche Dauer von Schritt b. und Schritt c. umgekehrt ausgeführt ist. Bevorzugt ist aber die relative zeitliche Dauer von Schritt d. bei jeder Ausführungsform wie hier dargestellt.
Abschließend wird in diesem Ausführungsbeispiel in einem (rein optional separaten) Schritt e. mittels einer Glättungseinrichtung 22 (in 3 mittels einem Schleifmittel 25) die vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit der Beschichtung 9 zumindest im Bereich der Reibfläche 4 der Bremsscheibe 1 eingestellt.
In 5 ist ein Kraftfahrzeug 3 mit Brems-Systemen 14 in einer schematischen Draufsicht gezeigt. Das Kraftfahrzeug 3 weist vier Räder 2 auf, wobei jeweils zwei Räder 2 auf einer gemeinsamen Radachse (zur Längsachse 23 gespiegelt) gegenüberliegend angeordnet sind. In diesem Beispiel weist jedes der Räder 2 eine Bremsscheibe 1 auf, wobei Rad 2 und Bremsscheibe 1 drehmomentfest verbunden sind.
Beispielsweise ist auf jeder der beiden axial-gegenüberliegenden Seiten der Bremsscheibe 1 mittels der in 3 gezeigten Auftragschweiß-Anlage 17 eine Beschichtung 9 (vergleiche 1 und 2) auf die zu beschichtende Körperoberfläche 8 des Grundkörpers 7 zum Bilden einer Reibfläche 4 aufgetragen. Unabhängig davon ist die Reibfläche 4 der Bremsscheibe 1 mit der vorbestimmten Oberflächen-Rauigkeit ausgeführt.
An jedem der Brems-Systeme 14 ist der Bremsscheibe 1 jeweils ein Paar von Bremsklötzen 15 zugeordnet, wobei die Bremsklötze 15 fest mit der Fahrzeugkarosserie verbunden sind. Zum Entschleunigen des Kraftfahrzeugs 3 wird (jeder oder einzeln geregelt) ein jeweiliger Bremsklotz 15 mit seiner Reibgegenfläche 16 gegen die jeweilige Reibfläche 4 der Bremsscheibe 1 gepresst. Die Bremsenergie wird zu einem großen Teil als Abwärme in die jeweilige Bremsscheibe 1 eingetragen, weshalb die Bremsscheibe 1 (und die eventuelle Beschichtung 9) unter hohen Temperaturen und hoher Scherlast und hohem Druck belastet wird.
Mit der hier vorgeschlagenen Oberflächen-Rauigkeit der Reibfläche der Bremsscheibe ist ein gutes Bremsverhalten über eine lange Lebensdauer und zugleich eine sehr geringe Feinstaubbelastung erzielbar.
Bezugszeichenliste

1: Bremsscheibe
2: Rad
3: Kraftfahrzeug
4: Reibfläche
5: Verbindungsabschnitt
6: Radnabe
7: Grundkörper
8: Körperoberfläche
9: Beschichtung
10: Hartstoffpartikel
11: erste Schicht
12: zweite Schicht (Hartstoffpartikel)
13: Matrix-Legierung
14: Brems-System
15: Bremsklotz
16: Reibgegenfläche
17: Auftragschweiß-Anlage
18: Werkstück-Aufnahme
19: Auftragschweiß-Einrichtung
20: Zufuhreinrichtung
21: Schweißzusatzwerkstoff
22: Glättungseinrichtung
23: Längsachse
24: Rotationsachse
25: Schleifmittel
26: Trennwand
27: Laseroptik
28: Aktorik
29: Schweißbereich
30: Schwanenhals
31: Reibring
32: Pulverdüse

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

DE 102011100456 A1 [0023]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 4287:1984 [0008]

Claims

Bremsscheibe (1) für ein Rad (2) eines Kraftfahrzeugs (3), aufweisend - zumindest eine Reibfläche (4); - einen Verbindungsabschnitt (5) zum drehmomentfesten Verbinden mit einer Radnabe (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (4) eine vorbestimmte Oberflächen-Rauigkeit R_z von weniger als 6 µm aufweist.
Bremsscheibe (1) nach Anspruch 1, wobei die Reibfläche (4) eine Oberflächen-Rauigkeit R_z von weniger als 3 µm aufweist.
Bremsscheibe (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Reibfläche (4) eine Härte von 300 HV_0,01 bis 1100 HV_0,01 aufweist.
Bremsscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremsscheibe (1) einen Grundkörper (7) mit einer Körperoberfläche (8) und, zumindest im Bereich der Reibfläche (4) der Körperoberfläche (8), eine Beschichtung (9) aufweist, wobei bevorzugt die Beschichtung (9) mittels Auftragschweißen, weiter bevorzugt mittels Laserauftragschweißen, besonders bevorzugt mittels Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen auf die Körperoberfläche (8) des Grundkörpers (7) aufgebracht ist, und/oder wobei bevorzugt der Grundkörper (7) ein Graugussgrundkörper ist.
Bremsscheibe (1) nach Anspruch 4, wobei die Beschichtung (9) eine Eisen-Basis-Legierung und separat zugegebene Hartstoffpartikel (10) umfasst, wobei die Hartstoffpartikel (10) ein Korngrößenfenster von 6 µm bis 120 µm aufweisen, wobei bevorzugt die Hartstoffpartikel (10) ausschließlich Karbide sind, besonders bevorzugt ausschließlich Titankarbide, Niobkarbide und/oder Vanadiumkarbide.
Bremsscheibe (1) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Beschichtung (9) als ein mehrschichtiges Beschichtungssystem ausgebildet ist, wobei zumindest eine erste Schicht (11) frei von separat eingebrachten Karbiden ausgebildet ist, und wobei zumindest eine weiter oben angeordnete, bevorzugt zumindest die vorletzte und/oder letzte, der Schichten (12) aus der Matrix-Legierung (13) mit separat beigegebenen Karbiden gebildet ist. wobei bevorzugt die zumindest eine erste Schicht (11), und gegebenenfalls eine letzte Schicht (11), aus der Matrix-Legierung (13) gebildet ist, wobei weiter bevorzugt die Matrix-Legierungen (13) der ersten Schicht (11) und der Schicht (12) mit den separat beigegebenen Karbiden, besonders bevorzugt aller Schichten (11,12), identisch sind.
Brems-System (14), aufweisend - eine Bremsscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und - zumindest einen Bremsklotz (15) mit einer Reibgegenfläche (16), wobei bevorzugt die Reibgegenfläche (16) gemäß ECE genormt und/oder von einem NAO-Material gebildet ist.
Herstellungsverfahren für eine Bremsscheibe (1) nach einem von Anspruch 4 bis Anspruch 6, wobei das Herstellungsverfahren mittels einer Auftragschweiß-Anlage (17) mit einer Werkstück-Aufnahme (18), einer Auftragschweiß-Einrichtung (19) und einer Zufuhreinrichtung (20) für einen Schweißzusatzwerkstoff (21) und mittels einer Glättungseinrichtung (22) ausgeführt wird, und wobei das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte aufweist: a. mittels der Werkstück-Aufnahme (18), eingespannt und relativ zu der Auftragschweiß-Einrichtung (19) bewegbares Bereitstellen eines Grundkörpers (7) einer Bremsscheibe (1); b. zu der Auftragschweiß-Einrichtung (19) relatives Bewegen der eingespannten Bremsscheibe (1); c. mittels der Zufuhreinrichtung (20), Zuführen von einem Schweißzusatzwerkstoff (21); d. während Schritt b. und Schritt c. mittels der Auftragschweiß-Einrichtung (19), Auftragschweißen des Schweißzusatzwerkstoffs (21) als Beschichtung (9) auf einer zu beschichtenden Körperoberfläche (8) des Grundkörpers (7); und e. mittels einer Glättungseinrichtung (22), Einstellen der vorbestimmten Oberflächen-Rauigkeit der Beschichtung (9) zumindest im Bereich der Reibfläche (4) der Bremsscheibe (1).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Glättungseinrichtung (22) zumindest eine, bevorzugt eine einzige, der folgenden Einheiten umfasst: - eine Schleifmaschine; - eine Pulverstrahlmaschine; - eine Drehmaschine; - eine Fräsmaschine; und - die Auftragschweiß-Einrichtung (19), bevorzugt unter Zufuhr von Schweißzusatzwerkstoff (21) mittels der Zufuhreinrichtung (20), wobei bevorzugt in Schritt e. mittels der Auftragschweiß-Einrichtung (19) die Beschichtung (9) mittels Anschmelzen und/oder Aufschmelzen zum Erzielen der vorbestimmten Oberflächen-Rauigkeit geglättet wird, und/oder wobei bevorzugt in Schritt e. mittels der Auftragschweiß-Einrichtung (19) eine separat beigegebene Karbide enthaltende Schicht (12) mittels Aufbringen zumindest einer letzten, besonders bevorzugt von separat beigegebenen Karbiden freie, Schicht (11) zum Erzielen der vorbestimmten Oberflächen-Rauigkeit geglättet wird.