DE3434403A1

DE3434403A1 - Bremsteil auf basis von aluminium und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3434403A1
Application number: DE19843434403
Authority: DE
Inventors: Lars Mats Göran Göteborg Dahlén; Per Raufoss Holsen; Lennart Birger Valentin Skärhamn Johnsson; Lars-Erik Lerum Larsson; Anders Erik Hisings Kärra Wickberg
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1983-09-21
Filing date: 1984-09-19
Publication date: 1985-04-04
Also published as: IT8448884A1; JPS6089558A; FR2552182A1; NO843701L; FR2552182B1; SE8305097L; GB2146554A; SE8305097D0; IT1179439B; GB2146554B; IT8448884A0; GB8423561D0

Description

AB VOLVO, GÖTEBORG / SCHWEDEN

Bremsteil auf Basis von Aluminium und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer neuen Art eines Bremsteils für Reibungsbremsen, bei welchem die Bremsoberfläche oder die Abrieboberfläche einen Überzug umfasst, der auf einem Teil auf Basis von Aluminium aufgebracht ist und welcher die Bremsoberfläche oder Abrieboberfläche trägt und gegen welche ein Bremsbelag gedrückt werden kann. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Bremsoberfläche für Scheiben- und Trommelbremsen.

Die Erfindung wird nachfolgend in bezug auf Scheibenbremsen für Automobile beschrieben, jedoch betrifft sie allgemein ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Bremsteils, bei dem eine Oberfläche einer

Reibungsfläche gegen einen Bremsbelag gepresst werden kann. Zur Zeit werden Scheibenbremsen im allgemeinen aus Gusseisen, Kugelgraphit-Grauguss oder Stahl hergestellt. Dabei erhält man erstens eine Bremse mit einer verhältnismässig grossen Masse, die ungleichmassig rotiert, zweitens eine Bremse, die sehr leicht und stark korrodiert und drittens eine Bremse mit einer verhältnismässig niedrigen Abriebbeständigkeit, wodurch die Lebensdauer einer solchen Bremse verkürzt und der Abrieb des Bremsüberzugs erhöht wird. Ausserdem haben diese Eisenlegierungen eine verhältnismässig niedrige Wärmeleitfähigkeit, wodurch Temperaturunterschiede sowie Schwierigkeiten, eine ausreichende Kühlung zu erzielen, auftreten. Werden solche Scheibenbremsen in einem Automobil sehr kräftig und häufig betätigt, so kann die Bremsentemperatur auf 700⁰C und sogar darüber an der Reibungs- oder Abrieboberfläche ansteigen und dadurch können sich erhebliche Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung der Bremswirkung und hinsichtlich einer ausreichenden Kühlung der Bremsen ergeben.

Seit langem sucht man nach einer Lösung dieses Problems. So wird beispielsweise in der schwedischen Patentanmeldung 78 09 374-7 eine Bremsoberfläche beschrieben, die aus einer Schicht aus einer Cermets besteht, welches thermisch auf einen Metallteil auf Basis von Aluminium aufgebracht wurde. Der Keramikteil der Cermetschicht besteht aus Metalloxiden von Metallen, wie beispielsweise Aluminium, Titan, Zirkon oder Chrom. Dabei treten jedoch Schwierigkeiten auf, die Cermetschicht an den Teil auf Basis von Aluminium wirksam zu binden. Ausserdem

findet man bisher keine Scheibenbremsen dieser Art auf dem Markt. In der DE-PS 825 032 wird eine Leichtmetall-Bremse oder eine Kupplungslamelle beschrieben, die man an einer äusseren Oberfläche von Stahl anbringen kann. Eine Bremse dieser Art ist jedoch ebenfalls nicht auf dem Markt. In dem deutschen Zusatzpatent zu der vorerwähnten Patentschrift 843 634 wird erwähnt, dass diese äussere Schicht aus Chromstahl, Vanadiumstahl, Manganstahl oder ähnlichen Materialien aufgebaut sein kann.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bremsteils zur Verfügung gestellt, wobei das Bremsteil von der Art ist, dass es Teil in einem Bremssystem ist, bei welchem ein Bremsbelag gegen einen Bremsteil gedrückt wird, der auf Basis einer Aluminiumlegierung aufgebaut und mit einer abriebbeständigen Oberfläche versehen ist, wobei eine Schmelze aus der Legierung auf Basis von Aluminium unter Druck in einer Druckform für geschmolzenes Metall verfestigt wird und wobei man auf den Bremsteil eine abriebbeständige Oberfläche aufbringt, welche eine Chrom-Kohlenstoff-Eisen-Legierung, enthaltend 10 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 15 bis 20 Gew.%, Chrom und 2 bis 4 Gew.% Kohlenstoff, enthält.

Bei der Anwendung dieser. Komponente für eine Scheibenbremse werden übliche Bremsbeläge gegen die abriebbeständige Oberfläche des Aluminium-Bremsteils gepresst. Die Energie, die dabei in Wärmeenergie umgewandelt wird, wird durch das Aluminium zu kälteren Regionen abgeleitet.

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Da Aluminium eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, wird die Wärme schnell zu allen Teilen des Bremsteils auf Basis von Aluminium geleitet. Im Falle einer Scheibenbremse kann diese entweder mit Kühlluft gekühlt werden oder sie kann Kanäle aufweisen, durch welche man ein Kühlmittel leitet, Die Scheibe kann auch einen integrierten Teil des Rades, an welchem sie einwirken soll, ausmachen. Beispielsweise kann die Gesamtheit des Radkranzes einstückig gegossen sein und als Kühlmittel dienen. Dabei ist es selbstverständlich, dass das Rad auch Kühlrippen und dergleichen für eine optimale Kühlung der Scheibenbremse aufweisen kann.

Die verwendete Aluminiumlegierung schmilzt vorzugsweise in einem hohen Bereich und die Gegenwart der Legierungselemente sollte die Wärmeleitfähigkeit der Aluminiumlegierung gegenüber der von reinem Aluminium nich verschlechtern. Das Merkmal einer guten Wärmeleitfähigkeit soll mit dem einer hohen Temperaturstabilität kombiniert sein. Die jeweilige Auswahl der geeigneten Legierung mit den vorerwähnten Eigenschaften liegt innerhalb des Wissens eines auf diesem Gebiet tätigen Fachmannes. Geeignete Legierungen sind beispielsweise AA 2618, AA 2014 und AA 5056, denen man die gewünschte Kombination von Eigenschaften dadurch· verleihen kann, dass man sie einem Pressformverfahren oder Pressgussverfahren unterwirft.

Die abriebbeständige Oberfläche oder Schicht wird auf den Bremsteil mittels eines hierfür geeigneten Verfahrens aufgebracht. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform

wendet man ein Plasmasprühverfahren an, bei dem mandas die Oberfläche bildende Metall direkt auf das Grundmetall aufsprüht und wobei man eine gute Bindung zwischen dem Grundmetall und dem die Oberfläche bildenden Metall erzielt. Die Teilchengrösse der bei dem Plasmasprühverfahren verwendeten Plasmasprühverfahren verwendeten pulverförmigen Legierung hat ebenfalls einen Einfluss auf die Festigkeit der Bindung zwischen den vorerwähnten Metallen. Eine Teilchengrösse von 20 bis 200 μπι wird in diesem Zusammenhang als besonders geeignet angesehen und ergibt eine ausserordentlich starke Bindung, wobei man keine spezielle Bindungsschicht zwischen dem Grundmetall und der Abrieboberfläche anwenden muss. Es können jedoch auch andere Methoden zum Aufbringen der Schicht aus einer Metallegierung auf das Grundmetall angewendet werden, wobei man jedoch häufig bei der Anwendung solcher anderer Methoden eine Schicht aus einem Bindemittel, welches zwischen der Metallegierung und dem Grundmetall eine 0 Verbindung bewirkt, anwenden muss, um eine ausreichende Bindungsfestigkeit zu erzielen. Die Abrieboberfläche kann man auch ausbilden, indem man die Metallegierung auf das Grundmetall in feinteiliger Form aufträgt. Bei diesem Verfahren werden einzelne Tröpfchen aus der geschmolzenen Legierung auf den druckverformten Bremsteil auf Basis von Aluminium aufgebracht und bilden dann eine Schicht darauf; die Schicht wird dann mit Hilfe eines Pellet-Strahlverfahrens verdichtet. Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bringt man auf der inneren Oberfläche der Druckform für das geschmolzene Metall bzw. der Druckform eine Schicht? aus

der abriebbeständigen Chrom-Kohlenstoff-Eisen-Legierung in einer Dicke von 0,3 bis 1,0 mm auf und dann wird die Druckverformung in Gegenwart dieser beiden Schichten so durchgeführt, dass man diese Schichten dann an dem Pressteil findet. Bei diesem Verfahren wird eine nachfolgende Behandlung des hergestellten Teils vermieden. Eine extrem gute Bindung kann man auch zwischen der abriebbeständigen Schicht und dem Teil auf Basis von Aluminium als Ergebnis eines Druckformverfahrens erzielen. Diese Bindung kann dann noch dadurch verfestigt werden, indem man die abriebbeständige Chrom-Kohlenstoff-Eisen-Legierungsschicht narbt oder aufrauht oder indem man die Schicht mit anderen Oberflächenanhaftungsmassnahmen bezüglich der 5 äussersten Bindungsoberfläche zwischen dem Grundmetall und dem abriebbeständigen Metall ausbildet. Die Auswahl der geeigneten Methoden zur Erzielung der vorerwähnten Schicht und die mögliche Notwendigkeit nach einer Verbindungsschicht liegt im Wissen eines Durchschnittsfachmanns auf diesem Gebiet. Bei einem weiteren Verfahren kann man die Abriebschicht oder die Oberfläche in situ auf ein Bremsteil auf Basis von Aluminium giessen.

Bei der Anwendung des Plasmasprühverfahrens verwendet man ein pulveriges Spray einer solchen Zusammensetzung, dass die dabei gebildete abriebbeständige Schicht 10 bis 30 % Chrom und 2 bis 4 % Kohlenstoff, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, enthält. Es ist somit erforderlich, die Tatsache zu berück'sichtigen, dass eine gewisse Menge des Kohlenstoffs

und des Chroms während des Plasmasprühverfahrens verbrannt werden. In Eisen gelöstes Chrom ist wünschenswert, weil dadurch die Abriebfestigkeit der Bremskomponente verbessert wird. Die Grössenordnung dieser Abriebbeständigkeit hängt von der Bildung von Chromcarbiden ab und daher ist das Verhältnis von Chrom zu Kohlenstoff von Bedeutung. Infolgedessen hat die verwendete Legierung einen viel höheren Kohlenstoffgehalt als üblicher Chromstahl.

Die abriebbeständige Schicht soll eine Dicke von 0,3 bis 1,0 mm, vorzugsweise von 0,3 bis 0,5 mm, haben, um befriedigende Ergebnisse zu erzielen. Die obere Grenze dieses Bereiches ist nicht kritisch und gibt lediglich ein Optimum im Hinblick auf die höheren Kosten, die durch eine grössere Schichtdicke entstehen würden, an. Die untere Grenze stellt jedoch eine Dicke dar, die ausreicht, um den Bremsteil eine längere Zeit anzuwenden, ohne dass dessen Abriebfestigkeit abnimmt und ermöglicht die Anwendung einer solchen Bremse bei dem üblichen Gebrauch von Automobilen während einer ausreichenden Zeit, wobei diese Zeit vergleichbar ist mit der von üblichen Scheibenbremsen.

Wichtig ist auch, dass die auf dem Bremsteil aufgebrachte Schicht oder Oberfläche nicht zu porös ist., da eine poröse Schicht eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit aufweist, leichter korrodiert und auch weniger abriebbeständig ist.

Claims

HOFF.MANN -EITLE ei PARTNER PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-1NG. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN DIPL.-INS. K. FÜCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H -A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. QDRS DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE 40 862 o/wa 3UU03 AB VOLVO, GÖTEBORG / SCHWEDEN Bremsteil auf Basis von Aluminium und Verfahren zu dessen Herstellung PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Bremsteils, das einen Teil in einem Bremssystem bildet, bei welchem ein Bremsbelag gegen eine abriebbeständige Oberfläche in dem Bremsteil gepresst wird, dadurch gekennzeichnet , dass man eine Schmelze auf Basis von Aluminium unter Druck in einer Druckform für geschmolzenes Metall unter Ausbildung des Bremsteils verfestigt und das so gebildete Bremsteil mit einer abriebbeständigen Oberfläche aus einer Chrom-Kohlenstoff-Eisen-Legierung, enthaltend 10 bis 30 %, vorzugsweise 15 bis 20 %, Chrom und 2 bis 4 Gew.% Kohlenstoff, versieht.

ARABELLASTRASSE 4 · D-BOOO MÜNCHEN 81 · TELEFON 0389} Θ11Ο87 · TELEX S-2961 θ CPATHE} · TELEKOPIERER 9183

2. Verfahren gemäss-Anspruch 1, dadurch g e k en η zeichnet , dass man die abriebbeständige Oberfläche auf den Bremsteil durch ein Plasmasprühverfahren aufbringt.

3. Verfahren gemäss. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man die abriebbeständige Oberfläche auf den Bremsteil aufbringt, indem man das geschmolzene Metall auf Basis von Aluminium fein verteilt und das feinteilige Metall auf dem Teil in Tröpfchenform unter Ausbildung einer Oberfläche darauf aufbringt, wobei die abriebbeständige Oberfläche an den Bremsteil mit Hilfe einer Pellet-Strahl-Behandlung gebunden wird.

4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man die abriebbeständige Oberfläche auf den Bremsteil aufbringt, indem man ein Blech aus der Chrom-Kohlenstoff-Eisen-Legierung in einer Druckform für geschmolzenes Metall auf beide Seiten der verfestigenden Schmelze aufbringt.

5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass man die abriebbeständige Oberfläche in einer Dicke von 0,3 bis 1,0 mm ausbildet.

6. Bremsteil, hergestellt gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass er aus einem gepressten Grundmaterial aus geschmolzenem Metall und einer daran anhaftenden abriebbeständigen Oberfläche aufgebaut ist, wobei die Oberfläche eine Dicke von 0,3 bis 1,0 mm aufweist und aus einer Chrom-Kohlenstoff-Eisen-Legierung, enthaltend 10 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 15 bis 20 Gew.%, Chrom und 2 bis 4 Gew.% Kohlenstoff, aufgebaut ist.