EP2588775A2 - Reibscheibe mit einer verschleissschutzschicht und integrierter verschleissindikation und zusammensetzungen der verschleissschutzschicht - Google Patents

Reibscheibe mit einer verschleissschutzschicht und integrierter verschleissindikation und zusammensetzungen der verschleissschutzschicht

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EP2588775A2
EP2588775A2 EP11708737.9A EP11708737A EP2588775A2 EP 2588775 A2 EP2588775 A2 EP 2588775A2 EP 11708737 A EP11708737 A EP 11708737A EP 2588775 A2 EP2588775 A2 EP 2588775A2
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EP
European Patent Office
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friction
protection layer
wear
wear protection
friction disc
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11708737.9A
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English (en)
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Oliver Lembach
Ralph Mayer
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a friction disc, in particular a brake disc for
  • Friction disc is exceeded and this should be replaced.
  • DE 101 18 920 C1 describes a friction disc made of a carbon fiber reinforced ceramic composite material, in which a part of the friction surface of another, in particular a carbonaceous material, which has a lower
  • a wear indicator for indicating the wear limit of brake pads on motor vehicles is known, which should be simple in construction and inexpensive to manufacture in a reliable function.
  • a U-shaped conductor loop is arranged in a plug which is inserted into a bore of the brake shoe carrier plate. Upon reaching the erosion limit and contacting the conductor loop with the brake disc, an electrical signal is triggered.
  • a brake disk with an optical wear indicator is disclosed in US 4,457,566 B1.
  • the brake disc in the surface of at least one friction surface on a substantially parallel thereto extending recess which is so deep that the underlying brake disc still has a minimum thickness.
  • a friction disc in particular a brake disc, which is equipped on the one hand with a wear protection layer for the reduction of brake dust formation, in order to minimize the emission of particulate matter into the environment and on the other hand has a wear indicator which can be visually recognized in a simple manner, when in the equipped with the wear-resistant friction plate Reibwertver selectedung occurs and they must be changed as a result, to avoid increased wear and increased dust emission.
  • composition of the wear protection layer which is suitable for application to the friction surface of a brake disk made of any material and any formation for the reduction of particulate matter emission.
  • a first embodiment of the invention relates to a friction disc as it is used as a disc brake disc or as a clutch disc, which is equipped to minimize wear and thus the formation of fine dust with a wear protection layer on the friction surface of the friction disc. Since the interaction of friction lining and friction disc represent a special friction system, an indication of the life of the wear protection layer or an indication of the exceeding of the life of the protective layer on the friction surface is of particular importance. Between the wear protection layer, which covers the friction surface over the entire surface and the friction disc, one or more indication surface elements are provided, which occupy part of the friction surface and clearly differ in coloration and / or structure from the friction surface and / or the wear protection layer.
  • buttons can be arranged distributed over the friction surface at a distance from one another, but the formation of an indication surface element as a ring-like circumferential structure is also conceivable.
  • With the help of between wear protection layer and the friction surface of the friction disc arranged indicator surface elements can be accurately recognized when a critical wear of the protective layer has occurred and therefore a change of the friction plate is necessary. If the protective layer worn, there is a change in the coefficient of friction, which has an effect on the interaction of the friction lining and the friction plate, which leads to an increase in wear of the friction plate and an increase in fine dust formation.
  • the indication surface element arranged under the wear protection layer is exposed as soon as the wear protection layer has been removed to the specified depth. Since the indication surface element can also protrude into the wear protection layer, are
  • the indication of the critical wear takes place in particular by visually recognizable indication surface elements.
  • these can only consist of a recess in the friction surface of the friction disk, which is noticeable by its contour when the wear protection layer has been removed.
  • the depression may also be filled with an indication material which has a different color and / or structure than the surrounding friction surface.
  • the indicator surface element can also be equipped with a haptic effect.
  • a haptic effect for example, very rough or porous indication materials are suitable whose structural difference to the smooth surface brake disc can be easily felt.
  • a layer of the indicator material is not arranged in but on the friction surface as an indication surface element, which is then surrounded by the wear protection layer and therefore at least differs from the wear protection layer color or structure.
  • the wear protection layer is applied with a thickness of 10 to 200 ⁇ preferably 10 to 50 pm on the friction surface of the friction disc, so it is very thin and intended primarily for use on a friction disc on a metallic material.
  • the friction disc which can be equipped with the wear-resistant layer, can thus consist of a cast iron, a steel or an aluminum alloy.
  • the indication surface element lies under the wear protection layer and becomes visible only after the critical wear.
  • it consists of a colored, black zen or white ceramic, a mineral dye and / or a fiber fabric or braid.
  • metal or ceramic foams are suitable.
  • the wear protection layer itself consists either of a ceramic, in particular based on carbides or oxide ceramics, of a cermet, which is preferably a composite material of a carbide or an oxide ceramic in a metallic matrix, or it may consist of a hard metal alloy.
  • ceramic hard particles which consist in particular of aluminum oxide (corundum) and / or titanium dioxide may be embedded in the wear protection layer.
  • compositions of the wear protection layer of a friction disk according to the invention relate to compositions of the wear protection layer of a friction disk according to the invention, depending on whether it is a metal alloy, a cermet or a ceramic.
  • the composition may consist of a chromium- and / or nickel-containing tungsten-based alloy or a chromium-nickel steel.
  • the tungsten base alloy is a composition preferably containing 20 to 35% by weight of chromium and 5 to 15% by weight of nickel, and more preferably 27% by weight and 10% by weight of nickel having a content of 100% by weight. -% balancing residual content of tungsten and the usual alloy traces of contamination has.
  • the alternative chromium / nickel steel has in a preferred embodiment at least 16 wt .-% chromium and at least 10 wt .-% nickel, more preferably a chromium content of 16.5 to 20 wt .-% and a nickel content of 10 to 26% by weight.
  • a cermet is used for the wear-resistant layer, then this can be composed of a tungsten alloy in which ceramic particles of Al 2 O 3 , TiO 2 and / or SiC are contained.
  • An alternative cermet is present with WC and / or CrC in a metallic matrix of Ni, Co and / or Cr, wherein a proportion of WC of 60 to 85 wt .-% is particularly preferred.
  • Particularly suitable is a cermet with 70 to 85 wt .-% WC and 7 to 12 wt .-% Co ..
  • a wear resistant layer composition of a friction disc of the invention relates to a ceramic consisting of WC, CrC, SiC, Al 2 O 3 , TiO 2, or a combination thereof.
  • Preferred ceramics are composed of WC and AI 2 0 3 or Al 2 0 3 and Ti0 2 together, the latter preferably having an AI 2 0 3 .Anteil 60-97 wt .-% and a Ti0 2J weight proportion of 3 to 40 .-%.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional partial view of a brake disc with wear protection layer and wear indication
  • Fig. 2a is a plan view of a friction surface cutout with two different
  • Fig. 2b is a side sectional view corresponding to the view of Fig. 2a.
  • the friction disc according to the invention relates primarily to brake discs, but other friction discs such as clutch discs are also included.
  • the brake disks may be a composite brake disk or a brake disk made of solid material, which according to the invention is provided with a wear protection layer on the friction surface which is present on the friction ring of the friction disk and comprises an integrated wear indication.
  • Fig. 1 shows an internally ventilated brake disc 2, which may be made of a gray cast iron, steel or an aluminum alloy.
  • a wear protection layer 1 is applied in each case, which has a thickness of less than 200 ⁇ , preferably of less than 50 pm.
  • an indication surface element 3 a locally applied layer of an indicator material can be seen in FIG. 1, which is surrounded by the wear protection layer 1.
  • This indicator surface element 3 is optically detectable when the wear protection layer 1 is correspondingly worn or worn out.
  • at least one further indication surface element is arranged on the second friction surface, which, however, is then not directly visible from the outside when the
  • Brake disc is mounted on a vehicle.
  • Two different embodiments of an indicator surface element 3 are shown in FIGS. 2 a and 2 b, both initially being a depression 3 introduced into the friction surface 2 'of the friction disk 2. While the indication surface element 3 shown on the right side is merely realized by countersinking, so that after wear of the protective layer 1, as shown in FIG. 2a, only the contour becomes visible, for example as a blind hole, the depression is on the left side with an indication material 3, which differs in terms of color and / or structure of the friction surface 2 '. On the one hand, color differences can be achieved by using white, black or colored materials as the indicator material, but it is also possible to cause discoloration by a chemical, in particular oxidative, reaction as a result of the heat action of the friction system.
  • indicator materials for example, ceramics in question, which may have a white color of Al 2 0 3 or Ti0 2 or a black color of SiC. Other colors can be realized by mineral colors such as metal oxides.
  • the ceramic can be used as an inlay in a depression or placed on the friction surface before the wear protection layer is applied. The attachment can be done by suitable bonding or possibly. Welding or soldering.
  • the indicator element is poured during casting of the friction disc.
  • a white ceramic can be used as indicator material, which is first sprayed into the indicator recess during production of the coating of the coating, for example, whereupon the wear protection layer is then sprayed on by switching the sprayer to the metal / ceramic coating.
  • Structural differences to the optical detection of the indication surface element may be implemented by, for example, a metal fiber mesh or metal mesh insert, for example by pouring a small steel tissue into an aluminum brake disc. In this way, advantageously metal or ceramic foams can be implemented.
  • Wear protection layer has exceeded its service life and removed or
  • compositions for the wear protection layer of friction disks according to the invention together with a friction lining, such as a brake pad, a special friction system, which is characterized by low wear and low particulate matter.
  • the indication surface element can be formed by one or more local surface elements.
  • Fig. 2a is to see a circular element, the shape can of course constantly deviate from the shown. All geometric figures and design elements are conceivable, indication surface elements can also be triangular, star-shaped or formed approximately from letters. If the surface element is designed as a ring-like circumferential structure, then this may also be a circular ring or represent a curved or serrated band.
  • the revolving structure is particularly easy to recognize, as it may not, as locally applied elements may be obscured by the rim mounted in front of the brake disc. Thus, with a revolving indication surface element, it can be seen at first glance, even when the wheels are mounted, whether the brake disk has to be replaced or not.
  • a preferred composition of a wear protection layer consists of WC and Al 2 0 3 or Al 2 O 3 and Ti0 2 as ceramics.
  • the latter preferably contains 60 to
  • a composition for a wear-resistant layer may be based on W, which may be a tungsten-based alloy containing Cr and / or Ni, preferably containing 20 to 35% by weight of Cr and 5 to 15% by weight of Ni, as well as remaining constituent W and alloys customary in the art Contains impurities.
  • a preferred tungsten-based alloy contains 27% by weight of Cr and 10% by weight of Ni.
  • Ceramic hard material particles, in particular of Al 2 O 3 and / or TiO 2 can be integrated into such a tungsten-based alloy.
  • a Cr / Ni steel may have at least 16% by weight Cr and at least 10% by weight Ni.
  • An example by a ceramic injection-molded layer of Cr / Ni steel formed wear protection layer may preferably also have a Cr content of 16.5 to 20 wt .-% and a Ni 10 to
  • Cermets of carbide (oxide) metallic matrix ceramics may be formed into a metallic matrix of N, Co and / or Cr for use as a W and / or CrC wear protection layer.
  • a tungsten carbide content is in a range of 60 to 85% by weight, a preferred composition comprises 70 to 85% by weight of WC and 7 to 12% by weight of Co. It is also conceivable to use a composition of Al 2 O 3 as wear protection layer To use Ti0 2 and / or SiC in a tungsten matrix.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Reibscheibe (2) mit einer Verschleißschutzschicht (1) und integrierter Verschleißindikation bereit, wobei die Reibscheibe (2) eine Reibfläche (2') aufweist, die von der Verschleißschutzschicht (1) vollflächig bedeckt wird. Zwischen der Verschleißschutzschicht (1) und der Reibscheibe (2) ist zumindest ein Indikationsflächenelement (3) vorgesehen, das einen Teil der Reibfläche (2') einnimmt und sich durch wenigstens eines der Merkmale Farbgebung und Struktur zumindest von einer der Komponenten der Reibfläche (2') und Verschleißschutzschicht (1) der Reibscheibe (2) unterscheidet. Ferner offenbart die Erfindung Zusammensetzungen der Verschleißschutzschicht (1) der Reibscheibe (2).

Description

Reibscheibe mit einer Verschleißschutzschicht und integrierter Verschleißindikation und Zusammensetzungen der Verschleißschutzschicht
Die Erfindung betrifft eine Reibscheibe, insbesondere einer Bremsscheibe für
Scheibenbremsen, mit einer Verschleißschutzschicht und integrierter
Verschleißindikation. Ferner betrifft die Erfindungen Zusammensetzungen der
Verschleißschutzschicht der Reibscheibe.
Bekanntermaßen ist es sinnvoll, Reibsysteme mit einer Einrichtung auszustatten, mit der erkannt werden kann, wann in Folge eines Verschleißes die Lebensdauer einer
Reibscheibe überschritten ist und diese ausgewechselt werden sollte. Dazu beschreibt die DE 101 18 920 C1 eine Reibscheibe aus einem mit Kohlenstofffasern verstärkten Keramik-Verbundwerkstoff, bei der ein Teil der Reibfläche aus einem anderen, insbesondere einem kohlenstoffhaltigen Werkstoff besteht, der eine geringere
Verschleiß- und Oxidationsbeständigkeit aufweist als der Rest der Reibfläche. Der dadurch während des Betriebs bedingte höhere Verschleiß verändert die Auswuchtgüte der Reibscheibe und verursacht ein optisches, akustisches oder mechanisches Signal, wenn die Reibscheibe ihre Lebensdauer überschreitet.
Aus der EP 0 41 1 284 A2 ist ein Verschleißanzeiger zum Anzeigen der Abnutzungsgrenze von Bremsbelägen an Kraftfahrzeugen bekannt, der bei sicherer Funktion einfach im Aufbau und kostengünstig in der Herstellung sein soll. Zu diesem Zweck ist eine U-förmi- ge Leiterschleife in einem Stopfen angeordnet, der in eine Bohrung der Bremsbacken- Trägerplatte eingesetzt ist. Bei Erreichen der Abnutzungsgrenze und einem in Kontakt Treten der Leiterschleife mit der Bremsscheibe wird ein elektrisches Signal ausgelöst.
Um eine visuelle Überprüfung einer Bremsscheibe zu ermöglichen, so dass eine verbleibende Lebensdauer oder ein unregelmäßiger Verschleiß festgestellt werden kann, ist in der US 4,457,566 B1 eine Bremsscheibe mit einem optischen Verschleißindikator offenbart. Dazu weist die Bremsscheibe in der Oberfläche zumindest einer Reibfläche eine im Wesentlichen parallel dazu verlaufende Ausnehmung auf, die so tief ist, dass die darunter liegende Bremsscheibe noch eine minimale Stärke aufweist. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, eine Reibscheibe, insbesondere eine Bremsscheibe bereitzustellen, die zum einen mit einer Verschleißschutzschicht zur Reduktion der Bremsstaubbildung ausgestattet ist, um die Imission von Feinstaub in die Umwelt zu minimieren und die zum anderen einen Verschleißindikator aufweist, mittels dessen in einfacher Weise optisch erkannt werden kann, wann bei der mit der Verschleißschutzschicht ausgestatteten Reibscheibe eine Reibwertveränderung auftritt und sie infolge dessen gewechselt werden muss, um erhöhten Verschleiß und vermehrte Staubemission zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch eine Reibscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen des Gegenstands sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Weiterhin ist es wünschenswert eine Zusammensetzung der Verschleißschutzschicht bereitzustellen, die zur Applikation auf der Reibfläche einer Bremsscheibe aus einem beliebigen Material und einer beliebigen Ausbildung zur Reduktion der Feinstaubemission geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch Zusammensetzungen mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf eine Reibscheibe wie sie als eine Bremsscheibe für Scheibenbremsen oder als Kupplungsscheibe zum Einsatz kommt, die zur Minimierung von Verschleiß und damit der Feinstaubbildung mit einer Verschleißschutzschicht auf der Reibfläche der Reibscheibe ausgestattet ist. Da das Zusammenwirken von Reibbelag und Reibscheibe ein spezielles Reibsystem darstellen, kommt einer Anzeige der Lebensdauer der Verschleißschutzschicht beziehungsweise einer Anzeige des Überschreitens der Lebensdauer der Schutzschicht auf der Reibfläche besondere Bedeutung zu. Zwischen der Verschleißschutzschicht, die die Reibfläche vollflächig bedeckt und der Reibscheibe sind ein oder mehrere Indikationsflächenelemente vorgesehen, die einen Teil der Reibfläche einnehmen und sich hinsichtlich Farbgebung und/oder Struktur von der Reibfläche und/oder der Verschleißschutzschicht deutlich unterscheiden. Sind mehr als ein Indikationsflächenelement vorgesehen, so können diese voneinander beabstandet über die Reibfläche verteilt angeordnet werden, die Ausbildung eines Indikationsflächenelements als ringartig umlaufende Struktur ist allerdings auch denkbar. Mit Hilfe der zwischen Verschleißschutzschicht und der Reibfläche der Reibscheibe angeordneten Indikationsflächenelemente kann exakt erkannt werden, wann ein kritischer Verschleiß der Schutzschicht eingetreten ist und daher ein Wechsel der Reibscheibe notwendig ist. Ist die Schutzschicht verschlissen, kommt es zu einer Reibwertveränderung, die sich auf das Zusammenwirken von Reibbelag und Reibscheibe auswirkt, was zu einer Verschleißerhöhung der Reibscheibe und einer vermehrten Feinstaubbildung führt.
Das unter der Verschleißschutzschicht angeordnete Indikationsflächenelement wird freigelegt, sobald die Verschleißschutzschicht auf die festgelegte Tiefe abgetragen ist. Da das Indikationsflächenelement dabei auch in die Verschleißschutzschicht hineinragen kann, sind
Die Indikation des kritischen Verschleißes erfolgt insbesondere durch optisch erkennbare Indikationsflächenelemente. Diese können in einer Ausführungsform lediglich aus einer Vertiefung in der Reibfläche der Reibscheibe bestehen, die durch ihre Kontur auffällt, wenn die Verschleißschutzschicht abgetragen ist. In weiterer Ausführung kann die Vertiefung auch mit einem Indikationsmaterial gefüllt sein, das eine andere Farbe und/oder Struktur als die umgebende Reibfläche aufweist.
Alternativ, insbesondere aber in Ergänzung zur optischen Indikationswirkung kann das Indikatorflächenelement auch mit haptischer Wirkung ausgestattet sein. Hierzu sind beispielsweise sehr raue oder porige Indikationsmaterialien geeignet, deren struktureller Unterschied zur glatten Bremsscheibenoberfläche sich leicht erfühlen lässt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Indikationsflächenelement eine Schicht des Indikatormaterials nicht in sondern auf der Reibfläche angeordnet, das dann von der Verschleißschutzschicht umgeben ist und sich daher zumindest von der Verschleißschutzschicht farblich oder strukturell unterscheidet.
Die Verschleißschutzschicht wird mit einer Dicke von 10 bis 200 μιτι vorzugsweise von 10 bis 50 pm auf der Reibfläche der Reibscheibe appliziert, ist damit sehr dünn und primär für den Einsatz auf einer Reibscheibe auf einem metallischen Material gedacht.
Die Reibscheibe, die mit der Verschleißschutzschicht ausgestattet werden kann, kann somit aus einem Grauguss, einem Stahl oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Das Indikationsflächenelement liegt unter der Verschleißschutzschicht und wird erst nach dem kritischen Verschleiß sichtbar. Es besteht dazu beispielsweise aus einer farbigen, schwar- zen oder weißen Keramik, einem mineralischen Farbstoff und/oder einem Fasergewebe oder -geflecht. Ebenso sind Metall- oder auch Keramikschäume geeignet. Die Verschleißschutzschicht selbst besteht entweder aus einer Keramik, insbesondere auf der Basis von Carbiden oder Oxidkeramik, aus einem Cermet, der bevorzugt ein Verbundwerkstoff aus einem Carbid oder einer Oxidkeramik in einer metallischen Matrix ist, oder sie kann aus einer Hartmetalllegierung bestehen.
Ferner können in der Verschleißschutzschicht Keramikhartstoffpartikel eingebettet sein, die insbesondere aus Aluminiumoxid (Korund) und/oder Titandioxid bestehen.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf Zusammensetzungen der Verschleißschutzschicht einer erfindungsgemäßen Reibscheibe, abhängig davon, ob es sich dabei um eine Metalllegierung, ein Cermet oder eine Keramik handelt.
Im Falle einer Metalllegierung zur Bildung der Verschleißschutzschicht kann die Zusammensetzung beispielsweise aus einer chrom- und/oder nickelhaltigen Wolframbasislegierung oder einem Chrom/Nickel-Stahl bestehen. Bei der Wolframbasislegierung handelt es sich um eine Zusammensetzung, die vorzugsweise 20 bis 35 Gew.-% Chrom und 5 bis 15 Gew.-% Nickel und besonders bevorzugt 27 Gew.-% und 10 Gew.-% Nickel mit einem die 100 Gew.-% ausgleichenden Restanteil an Wolfram und den legierungsüblichen Verunreinigungsspuren aufweist. Der alternative Chrom/Nickel-Stahl weist in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest 16 Gew.-% Chrom und zumindest 10 Gew.-% Nickel auf, besonders bevorzugt sind ein Chromgehalt von 16,5 bis 20 Gew.-% und ein Nickelgehalt von 10 bis 26 Gew.-%.
Wird für die Verschleißschutzschicht ein Cermet verwendet, so kann sich dieser aus einer Wolframlegierung zusammensetzen, in dem Keramikpartikel aus Al203, Ti02 und/oder SiC enthalten sind. Ein alternativer Cermet liegt mit WC und/oder CrC in einer metallischen Matrix aus Ni, Co und/oder Cr vor, wobei besonders ein Anteil von WC von 60 bis 85 Gew.-% bevorzugt ist. Besonders geeignet ist ein Cermet mit 70 bis 85 Gew.-% WC und 7 bis 12 Gew.-% Co..
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung für eine Verschleißschutzschicht einer Reibscheibe bezieht sich auf eine Keramik, die aus WC, CrC, SiC, Al203, Ti02 oder einer Kombination davon besteht. Bevorzugte Keramiken setzen sich aus WC und AI203 oder aus Al20 3und Ti02 zusammen, letztere vorzugsweise mit einem AI203.Anteil von 60 bis 97 Gew.-% und einem Ti02JAnteil von 3 bis 40 Gew.-%. Die genannten und weiteren Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.
Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Seitenquerschnittsteilansicht einer Bremsscheibe mit Verschleißschutzschicht und Verschleißindikation,
Fig. 2a eine Draufsicht auf einen Reibflächenausschnitt mit zwei verschiedenen
Verschleißindikatoren,
Fig. 2b eine Seitenschnittansicht, die der Ansicht aus Fig. 2a entspricht.
Die erfindungsgemäße Reibscheibe bezieht sich vor allem auf Bremsscheiben, es sind aber auch andere Reibscheiben wie etwa Kupplungsscheiben umfasst. Bei den Bremsscheiben kann es sich um eine Verbundbremsscheibe oder um eine Bremsscheibe aus Vollmaterial handeln, die erfindungsgemäß mit einer Verschleißschutzschicht auf der Reibfläche, die an dem Reibring der Reibscheibe vorliegt, ausgestattet ist und eine integrierte Verschleißindikation umfasst.
Fig. 1 zeigt eine innen belüftete Bremsscheibe 2, die etwa aus einem Grauguss, Stahl oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sein kann. Auf den beiden voneinander abgewandten Reibflächen 2' der Reibscheibe 2 ist jeweils eine Verschleißschutzschicht 1 aufgebracht, die eine Dicke von unter 200 μπι, vorzugsweise von unter 50 pm aufweist. Als Indikationsflächenelement 3 ist in Fig. 1 eine lokal aufgebrachte Schicht aus einem Indikatormaterial zu sehen, die von der Verschleißschutzschicht 1 umgeben wird. Dieses Indikatorflächenelement 3 wird optisch erfassbar, wenn die Verschleißschutzschicht 1 entsprechend abgetragen bzw. verschlissen ist. Nicht dargestellt, aber auch denkbar, ist, dass zumindest ein weiteres Indikationsflächenelement auf der zweiten Reibfläche angeordnet ist, die dann allerdings nicht von außen direkt ersichtlich ist, wenn die
Bremsscheibe an einem Fahrzeug montiert ist. In Fig. 2a und 2b sind zwei verschiedene Ausführungsformen eines Indikatorflächenelements 3 dargestellt, wobei es sich bei beiden zunächst um eine in die Reibfläche 2' der Reibscheibe 2 eingebrachte Vertiefung 3 handelt. Während das auf der rechten Seite dargestellte Indikationsflächenelement 3 lediglich durch eine Ansenkung realisiert wird, so dass nach Verschleiß der Schutzschicht 1 , wie in Fig.2a dargestellt, lediglich die Kontur beispielsweise als Sackloch sichtbar wird, ist die Vertiefung auf der linken Seite mit einem Indikationsmaterial 3 befüllt, das sich hinsichtlich Farbe und/oder Struktur von der Reibfläche 2' unterscheidet. Farbliche Unterschiede können zum einen dadurch erreicht werden, dass als Indikatormaterial weiße, schwarze oder farbige Materialien zum Einsatz kommen, es kann aber auch eine Verfärbung durch eine chemische insbesondere oxidative Reaktion infolge der Wärmeeinwirkung des Reibsystems hervorgerufen werden.
Generell kommen als Indikatormaterialien beispielsweise Keramiken in Frage, die eine weiße Färbung aus AI203 oder Ti02 aufweisen können oder eine schwarze Färbung aus SiC. Weitere Farben können durch mineralische Farben wie etwa Metalloxide realisiert werden. Die Keramik kann als Inlay in eine Vertiefung eingesetzt oder auf die Reibfläche aufgesetzt werden, bevor die Verschleißschutzschicht aufgebracht wird. Die Befestigung kann durch geeignete Verklebung oder ggfs. Verschweißung oder Löten erfolgen.
Bevorzugt wird das Indikatorelement beim Gießen der Reibscheibe eingegossen.
In einer bevorzugten Ausführungsform, bei der die Verschleißschutzschicht aus einem Metall-Keramikverbundwerkstoff besteht, kann als Indikatormaterial ein weiße Keramik verwendet werden, die bei Herstellung beispielsweise bei dem Anspritzen der Be- schichtung zunächst in die Indikatorausnehmung gespritzt wird, woraufhin dann das Aufspritzen der Verschleißschutzschicht erfolgt, indem die Spritzvorrichtung auf die Metall/Keramik-Beschichtung umgestellt wird.
Strukturelle Unterschiede zur optischen Erfassung des Indikationsflächenelements können etwa durch ein Eingussteil aus Metallfasern beziehungsweise -gewebe oder - Metallgeflecht implementiert werden, beispielsweise durch das Eingießen eines kleinen Stahlgewebeteils in eine Aluminiumbremsscheibe. In dieser Weise lassen sich auch vorteilhafterweise Metall- oder Keramikschäume implementieren. Nach dem die
Verschleißschutzschicht ihre Lebensdauer überschritten hat und abgetragen bzw.
verschlissen ist, wird das Gewebe respektive der Schaum freigelegt, so dass die sich farblich und/oder strukturell von der Reibfläche unterscheidenden Fasern respektive Schäume optisch oder auch haptisch erfassbar werden.
Zusammensetzungen für die Verschleißschutzschicht von erfindungsgemäßen Reibscheiben bilden zusammen mit einem Reibbelag, wie etwa einem Bremsbelag, ein spezielles Reibsystem, das sich durch geringen Verschleiß und geringe Feinstaubbildung auszeichnet. Mittels des integrierten Verschleißindikators kann exakt erkannt werden, wann die Reibscheibe gewechselt werden muss, um eine Reibwertveränderung mit Verschleißerhöhung und vermehrter Bremsstaubbildung zu vermeiden.
Das Indikationsflächenelement kann dabei durch ein oder mehrere lokale Flächenelemente gebildet werden. In Fig. 2a ist dazu ein Kreiselement zu sehen, die Formgebung kann selbstverständlich ständig von der gezeigten abweichen. Es sind sämtliche geometrischen Figuren und Designelemente denkbar, Indikationsflächenelemente können auch dreieckig, sternförmig oder etwa aus Buchstaben gebildet sein. Ist das Flächenelement als ringartig umlaufende Struktur ausgebildet, so kann dies auch ein kreisförmiger Ring sein oder ein geschwungenes oder gezacktes Band darstellen. Die umlaufende Struktur ist besonders einfach zu erkennen, da sie nicht, wie lokal aufgebrachte Elemente eventuell von der vor der Bremsscheibe montierte Felge verdeckt werden können. So ist bei einem umlaufenden Indikationsflächenelement auf den ersten Blick auch bei montierten Rädern zu erkennen, ob die Bremsscheibe gewechselt werden muss oder nicht.
Eine bevorzugte Zusammensetzung einer Verschleißschutzschicht besteht aus WC und Al203 oder AI2O3 und Ti02 als Keramiken. Letztere enthält vorzugsweise 60 bis
97 Gew.-% Al203 und 3 bis 40 Gew.-% Ti02. Alternativ kann eine Zusammensetzung für eine Verschleißschutzschicht auf W basieren, es kann sich dabei um eine Wolframbasislegierung mit Cr und/oder Ni handeln, die vorzugsweise 20 bis 35 Gew.-% Cr und 5 bis 15 Gew.-% Ni sowie Restbestandteil W und legierungsübliche Verunreinigungen enthält. Eine bevorzugte Wolframbasislegierung enthält 27 Gew.-% Cr und 10 Gew.-% Ni. In eine solche Wolframbasislegierung können keramische Hartstoffpartikel insbesondere aus Al203 und/oder Ti02 integriert sein.
Wird für die Verschleißschutzschicht ein Cr/Ni-Stahl verwendet, so kann dieser mindestens 16 Gew.-% Cr und mindestens 10 Gew.-% Ni aufweisen. Eine beispielsweise durch eine keramische Spritzgussschicht aus Cr/Ni-Stahl ausgebildete Verschleißschutzschicht kann bevorzugt auch einen Cr-Gehalt von 16,5 bis 20 Gew.-% und ein Ni 10 bis
26 Gew.-% aufweisen.
Cermet aus Carbid (Oxid-) Keramiken in metallischer Matrix können zur Verwendung als Verschleißschutzschicht aus W- und/oder aus CrC in einer metallischen Matrix aus N, Co und/oder Cr gebildet sein. Ein Wolframcarbidanteil liegt dabei in einem Bereich 60 bis 85 Gew.-%, eine bevorzugte Zusammensetzung umfasst 70 bis 85 Gew.-% WC und 7 bis 12 Gew.-% Co. Auch ist denkbar, als Verschleißschutzschicht eine Zusammensetzung aus Al203, Ti02 und/oder SiC in einer Wolframmatrix zu verwenden.

Claims

Patentansprüche
1. Reibscheibe (2) mit einer Verschleißschutzschicht (1 ) und integrierter Verschleißindikation, wobei die Reibscheibe (2) eine Reibfläche (2') aufweist und wobei die Verschleißschutzschicht (1) die Reibfläche (2") vollflächig bedeckt,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Verschleißschutzschicht (1) und der Reibscheibe (2) zumindest ein Indikationsflächenelement (3) vorgesehen ist, das einen Teil der Reibfläche (2') einnimmt und sich durch wenigstens eines der Merkmale Farbgebung und Struktur zumindest von einer der Komponenten Reibfläche (2') und Verschleißschutzschicht (1) der Reibscheibe (2) unterscheidet.
2. Reibscheibe (2) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere Indikationsflächenelemente (3) voneinander beabstandet über die Reibfläche (2') verteilt angeordnet sind, oder dass das Indikationsflächenelement (3) als eine ringartig umlaufende Struktur ausgebildet ist.
3. Reibscheibe (2) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Indikationsflächenelement (3) eine Vertiefung in der Reibfläche (2') der
Reibscheibe (2) ist, oder
durch eine Schicht eines Indikatormaterials bereitgestellt wird, die in der Vertiefung oder auf der Reibfläche (2') angeordnet ist.
4. Reibscheibe (2) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verschleißschutzschicht (1) eine Dicke von 10 bis 200 pm, vorzugsweise von 10 bis 50 μιτι aufweist.
5. Reibscheibe (2) nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Indikatormaterial eine farbige, schwarze oder weiße Keramik, ein
mineralischer Farbstoff und/oder ein Fasergewebe/-geflecht ist,
- die Verschleißschutzschicht (1 ) aus einer Keramik, die insbesondere ein Carbid oder eine Oxid-Keramik ist, aus einem Cermet, der insbesondere ein Carbid oder eine Oxid-Keramik in einer metallischen Matrix ist, oder aus einer Metalllegierung besteht, und
- die Reibscheibe (2) aus einem Grauguss, einem Stahl, einer Aluminiumlegierung besteht.
6. Reibscheibe (2) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
in die Verschleißschutzschicht (1) Hartstoffpartikeln eingebettet sind, die aus einer Keramik, insbesondere aus Al203 und/oder Ti02 bestehen.
7. Zusammensetzung einer Verschleißschutzschicht (1) einer Reibscheibe (2) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verschleißschutzschicht aus einer Metalllegierung, einem Cermet oder einer Keramik besteht.
8. Zusammensetzung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Metalllegierung
- eine Cr- und/oder Ni-haltige Wolframbasislegierung aufweist, insbesondere eine Wolframbasislegierung, die 20 bis 35 Gew.-% Cr und 5 bis 15 Gew.-% Ni, besonders bevorzugt 27 Gew.-% Cr und 10 Gew.-% Ni, und mit einem die 100 Gew.-% ausgleichenden Restanteil an W mit legierungsüblichen Verunreinigungsspuren enthält, oder aus
- einem Cr/Ni-Stahl besteht, insbesondere aus einem Cr/Ni-Stahl, der zumindest 16 Gew.-% Cr und zumindest 10 Gew.-% Ni, besonders bevorzugt von 16,5 bis 20 Gew.-% Cr und von 10 bis 26 Gew.-% Ni aufweist.
9. Zusammensetzung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Cermet
- eine Wolframlegierung mit zumindest einem von Al203, Ti02, SiC aufweist oder aus
- WC und/oder CrC in einer metallischen Matrix aus Ni, Co und/oder Cr, insbesondere aus einem Cermet, der von 60 bis 85 Gew.-% WC, besonders bevorzugt von 70 bis 85 Gew.-% WC und von 7 bis 12 Gew.-% Co aufweist.
10. Zusammensetzung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Keramik aus WC, CrC, SiC, Al203 oder Ti02 oder einer Kombination davon besteht, insbesondere aus einer Kombination aus
- WC und Al203 oder aus
- Al203 und Ti02, bevorzugt aus Al203 und Ti02 in einer Zusammensetzung aus 60 bis 97 Gew.-% Al203 und 3 bis 40 Gew.-% Ti02.
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