WO2020173754A1 - Reibbremskörper für eine reibbremse eines kraftfahrzeugs, reibbremse und verfahren zur herstellung eines reibbremskörpers - Google Patents

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friction brake
protection layer
wear protection
friction
brake body
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Ilja Potapenko
Christian Schnatterer
Kangjian WU
Simon LOSKYLL
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12—Discs; Drums for disc brakes
    • F16D65/125—Discs; Drums for disc brakes characterised by the material used for the disc body
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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    • F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12—Discs; Drums for disc brakes
    • F16D65/127—Discs; Drums for disc brakes characterised by properties of the disc surface; Discs lined with friction material

Definitions

  • the invention relates to friction brake bodies for a friction brake
  • the friction brake body (3) being made at least essentially from gray cast iron and having a wear protection layer on at least one friction contact surface
  • the invention also relates to a friction brake for a motor vehicle, in particular a wheel brake, which has at least one brake disc and at least one brake pad.
  • the invention also relates to a method for producing the above-mentioned friction brake body.
  • Wheel brakes or friction brakes for motor vehicles usually have a brake disk and at least one brake pad as the friction brake body which achieve a braking effect by pressing against one another.
  • the brake disc is usually connected to a wheel of the motor vehicle in a rotationally fixed manner and the brake pad can be displaced fixed to the body such that it can be brought into contact with the brake disc in order to reduce the speed of the brake disc or the wheel coupled to the brake disc by friction.
  • it is also known to have it on at least one
  • Frictional contact surface which is opposite the brake pad when installed and thus serves as a friction partner, with a To provide wear protection layer.
  • wear protection layers based on hard metals or carbides.
  • the friction brake body according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that, by simple and inexpensive means, the abrasion on the friction brake body is reduced during a braking process and the
  • the friction brake body is provided with a wear protection layer and the wear protection layer is made at least from iron and chrome and is diffusion treated.
  • the advantageous choice of material and the diffusion treatment result in an increased resistance of the friction contact surface to abrasion and corrosion, which leads to an increased service life and a reduced generation of brake dust as well as an aesthetic improvement.
  • the wear protection layer has the wear protection layer
  • Iron lattice of the wear protection layer introduced / built in and thus cause an increase in the hardness of the crystal lattice by distorting the
  • Wear protection layer which leads to the increased resistance to abrasion and wear.
  • the iron content makes up at least 50% of the weight of the wear protection layer.
  • the alloying element chromium a mass-related proportion of at least 10% is provided in order to ensure sufficient corrosion resistance. This results in an advantageous wear and corrosion-optimized layer.
  • the wear protection layer is particularly preferred before the
  • Diffusion treatment made porous, in particular slightly porous, that is, not 100% tight, so that the diffusion of nitrogen and / or carbon atoms is facilitated or accelerated.
  • This has the advantage that thicker layers of the wear protection layer can also be diffusion treated.
  • the diffusion process is accelerated, which means that this process step takes less time and thus contributes to a cost reduction.
  • the friction brake according to the invention with the features of claim 4 is characterized by the design of the brake disc as a brake body according to the invention with the wear protection layer described above.
  • the brake disk expediently has a frictional contact surface which lies opposite the brake pad and is available for the braking frictional contact.
  • This friction contact surface is preferably provided with the advantageous wear protection layer.
  • the brake disk has a corresponding frictional contact surface with the described wear protection layer on each end face, each frictional contact surface being assigned at least one displaceable brake pad.
  • the brake pads are held in a brake shoe of the friction brake.
  • the method according to the invention with the features of claim 5 is characterized in that the wear protection layer is made at least from iron and chromium and is diffusion treated. This results in the advantages already mentioned.
  • the wear protection layer is preferably on the gray cast iron
  • the brake body is subjected to a low-temperature diffusion process so that nitrogen and / or carbon atoms from the nitrogen and / or carbon-containing environment, for example the furnace atmosphere, diffuse into the wear protection layer.
  • the low-temperature diffusion process uses such low temperatures that, in particular, the formation of chromium nitrides and / or
  • Chromium carbides in the wear protection layer are at least largely absent. Instead, nitrogen and / or carbon atoms are interstitially incorporated into the iron lattice of the wear protection layer and thus cause the resulting distortion of the crystal lattice to increase the hardness of the
  • Wear protection layer The predominantly interstitial incorporation of nitrogen and / or carbon atoms prevents chromate atoms dissolved in the iron matrix of the wear protection layer from being bound, which would reduce the corrosion resistance.
  • the wear protection layer is preferably manufactured with an iron content of at least 50% of the weight of the wear protection layer and / or made porous. This results in the advantages already mentioned.
  • a mass-related chromium content of preferably at least 10% is provided in the wear protection layer.
  • the friction brake body according to the invention relates not only to a brake disk but also to the friction brake body in a drum brake.
  • Figure 1 shows a brake disc in a simplified representation
  • FIG. 2 is a flow chart to explain an advantageous
  • FIG. 1 shows, in a simplified representation, a brake disk 1 of a friction brake 2, not shown here.
  • the brake disk 1 has a friction brake body 3 made of gray cast iron, which is designed in the shape of a disk ring. An optionally available brake disk chamber is not shown in FIG.
  • the friction brake body 3 On both of its end faces, the friction brake body 3 has an annular friction contact surface 4, which is provided with a wear protection layer 5.
  • the respective wear protection layer 5 is made at least predominantly from iron and chromium, the iron content making up at least 50% and the chromium content at least 10% of the weight of the respective wear protection layer 5.
  • the wear protection layer 5 is made slightly porous, i.e.
  • Wear protection layer is the diffusion of nitrogen and / or
  • Wear protection layer enables.
  • the diffusion process is preferably chosen to be so low that the formation of chromium nitrides or chromium carbides is largely avoided and the chromium atoms dissolved in the iron lattice are available for the formation of a superficial chromium-rich passive layer even after the diffusion treatment, whereby a high level of corrosion resistance is achieved.
  • the brake disc 1 is cheaper to manufacture and also offers the advantage of increased wear and tear
  • FIG. 2 shows a flow chart to explain the production of the
  • a friction brake body 3 made of gray cast iron is provided in a conventional manner. It will the friction brake body 3 manufactured in such a way that it is designed in the shape of an annular disk and has an annular friction contact surface 4 for a brake pad of a friction brake on each end face.
  • the friction contact surface 4 is, as already mentioned, provided with the wear protection layer 5 made of at least iron and chromium; further elements may, but need not, be included.
  • the friction brake body 3 or the brake disc 1 is exposed to the low-temperature diffusion process in order to provide the finished brake disc 1 with the advantageous, diffusion-treated one in a step S4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reibbremskörper (3) für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe (1), wobei der Reibbremskörper (3) zumindest im Wesentlichen aus Grauguss gefertigt ist und zumindest auf einer Reibkontaktoberfläche (4) eine Verschleißschutzschicht (5) aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht (5) zumindest Eisen und Chrom aufweist und diffusionsbehandelt ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen des Reibbremskörpers (3).

Description

Beschreibung
Titel
Reibbremskörper für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, Reibbremse und
Verfahren zur Herstellung eines Reibbremskörpers
Die Erfindung betrifft Reibbremskörper für eine Reibbremse eines
Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe, wobei der Reibbremskörper (3) zumindest im Wesentlichen aus Grauguss gefertigt ist und auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche eine Verschleißschutzschicht aufweist
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Reibbremse für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Radbremse, die wenigstens eine Bremsscheibe und wenigstens einen Bremsklotz aufweist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des oben genannten Reibbremskörpers.
Stand der Technik
Radbremsen oder Reibbremsen für Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise als Reibbremskörper eine Bremsscheibe und zumindest einen Bremsklotz auf, die durch Gegeneinanderpressen eine Bremswirkung erzielen. Dabei ist die Bremsscheibe üblicherweise drehfest mit einem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden und der Bremsklotz karosseriefest derart verlagerbar, dass er in Anlagekontakt mit der Bremsscheibe bringbar ist, um durch Reibung die Drehzahl der Bremsscheibe beziehungsweise des mit der Bremsscheibe gekoppelten Rades zu reduzieren. Um den Verschleiß der Bremsscheibe zu reduzieren, ist es außerdem bekannt, diese auf zumindest einer
Reibkontaktoberfläche, welche im verbauten Zustand dem Bremsklotz gegenüberliegt und somit als Reibpartner dient, mit einer Verschleißschutzschicht zu versehen. So ist es beispielsweise bekannt, Verschleißschutzschichten auf Basis von Hartmetallen oder Karbiden aufzubringen.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Reibbremskörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch einfache und kostengünstige Mittel der Abrieb an dem Reibbremskörper während eines Bremsvorgangs reduziert und die
Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit der Reibkontaktoberfläche erhöht werden. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der Reibbremskörper mit einer Verschleißschutzschicht versehen ist und die Verschleißschutzschicht zumindest aus Eisen und Chrom gefertigt und diffusionsbehandelt ist. Durch die vorteilhafte Materialwahl und die Diffusionsbehandlung ergibt sich eine erhöhte Beständigkeit der Reibkontaktoberfläche gegenüber Abrieb und Korrosion, was zu einer erhöhten Lebensdauer und einer reduzierten Bremsstaubentstehung führt sowie eine ästhetische Verbesserung bewirkt.
Insbesondere ist die Verschleißschutzschicht
niedertemperaturdiffusionsbehandelt. Durch die Diffusionsbehandlung in insbesondere Stickstoff- und/oder kohlenstoffhaltiger Umgebung diffundieren Stickstoff- und/oder Kohlenstoffatome thermisch-aktiviert in die
Verschleißschutzschicht ein und werden insbesondere interstitiell in das
Eisengitter der Verschleißschutzschicht eingebracht/eingebaut und bewirken so durch Verzerrungen des Kristallgitters eine Erhöhung der Härte der
Verschleißschutzschicht, die zu der erhöhten Beständigkeit gegenüber Abrieb und Verschleiß führt.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Eisenanteil zumindest 50 % des Gewichts der Verschleißschutzschicht ausmacht. Für das Legierungselement Chrom ist ein massenbezogener Anteil von mindestens 10% vorgesehen, um eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten. Hieraus ergibt sich eine vorteilhafte verschleiß- und korrosionsoptimierte Schicht. Besonders bevorzugt ist die Verschleißschutzschicht vor der
Diffusionsbehandlung porös, insbesondere leicht porös ausgebildet, also nicht 100 % dicht, sodass die Eindiffusion der Stickstoff und/oder Kohlenstoffatome erleichtert beziehungsweise beschleunigt wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch höhere Schichtdicken der Verschleißschutzschicht diffusionsbehandelt werden können. Außerdem erfolgt der Diffusionsprozess dadurch beschleunigt, wodurch dieser Prozessschritt weniger Zeit in Anspruch nimmt und somit zu einer Kostenreduktion beiträgt.
Die erfindungsgemäße Reibbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 4 zeichnet sich durch die Ausbildung der Bremsscheibe als erfindungsgemäßer Bremskörper mit der oben beschriebenen Verschleißschutzschicht aus.
Zweckmäßigerweise weist die Bremsscheibe eine Reibkontaktoberfläche auf, welche dem Bremsklotz gegenüberliegt und für den bremsenden Reibkontakt zur Verfügung steht. Diese Reibkontaktoberfläche ist bevorzugt mit der vorteilhaften Verschleißschutzschicht versehen. Insbesondere weist die Bremsscheibe auf jeder Stirnseite jeweils eine entsprechende Reibkontaktoberfläche mit der beschriebenen Verschleißschutzschicht auf, wobei jeder Reibkontaktoberfläche jeweils zumindest ein verlagerbarer Bremsklotz zugeordnet ist. Insbesondere sind die Bremsklötze in einer Bremsbacke der Reibbremse gehalten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Reibbremse ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus dem zuvor Beschriebenen.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 zeichnet sich dadurch aus, dass die Verschleißschutzschicht zumindest aus Eisen und Chrom gefertigt und diffusionsbehandelt wird. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
Vorzugsweise wird die Verschleißschutzschicht auf dem Grauguss
beziehungsweise auf einem aus Grauguss gefertigten Grundkörper der
Bremsscheibe niedertemperaturdiffusionsbehandelt, um eine vorteilhafte Härtung der Verschleißschutzschicht zu erreichen. Insbesondere wird dazu der Bremskörper einem Niedertemperatur- Diffusionsverfahren unterzogen, sodass Stickstoff und/oder Kohlenstoffatome aus der Stickstoff- und/oder kohlenstoffhaltigen Umgebung, beispielsweise der Ofenatmosphäre, in die Verschleißschutzschicht eindiffundieren. Durch das Niedertemperatur-Diffusionsverfahren werden derart niedrige Temperaturen verwendet, dass insbesondere die Bildung von Chromnitriden und/oder
Chromkarbiden in der Verschleißschutzschicht zumindest weitestgehend unterbleibt. Stattdessen werden Stickstoff- und/oder Kohlenstoffatome interstitiell in das Eisengitter der Verschleißschutzschicht eingebaut und bewirken so durch die erzeugte Verzerrung des Kristallgitters die Erhöhung der Härte der
Verschleißschutzschicht. Durch den überwiegend interstitiellen Einbau der Stickstoff- und/oder Kohlenstoffatome wird verhindert, dass in der Eisenmatrix der Verschleißschutzschicht gelöste Chromatome abgebunden werden, wodurch die Korrosionsbeständigkeit reduziert werden würde.
Vorzugsweise wird die Verschleißschutzschicht mit einem Eisenanteil von zumindest 50 % des Gewichts der Verschleißschutzschicht und/oder porös gefertigt. Es ergeben sich dadurch die bereits genannten Vorteile. Um eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu erreichen ist ein massenbezogener Chromgehalt bevorzugt von mindestens 10% in der Verschleißschutzschicht vorgesehen.
Obwohl in der vorliegenden Beschreibung die Erfindung anhand einer
Bremsscheibe beschrieben wird, soll hier deutlich darauf hingewiesen werden, dass der erfindungsgemäße Reibbremskörper neben einer Bremsscheibe auch den Reibbremskörper bei einer Trommelbremse betrifft.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
Dazu zeigen
Figur 1 eine Bremsscheibe in einer vereinfachten Darstellung, und
Figur 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften
Verfahrens zum Herstellen der Bremsscheibe. Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Bremsscheibe 1 einer hier nicht näher dargestellten Reibbremse 2. Die Bremsscheibe 1 weist einen aus Grauguss gefertigten Reibbremskörper 3 auf, der scheibenringförmig ausgebildet ist. Ein optional vorhandener Bremsscheibentopf ist in Figur 1 nicht gezeigt. Auf seinen beiden Stirnseiten weist der Reibbremskörper 3 jeweils eine ringförmige Reibkontaktoberfläche 4 auf, die mit einer Verschleißschutzschicht 5 versehen ist. Die jeweilige Verschleißschutzschicht 5 ist zumindest überwiegend aus Eisen und Chrom gefertigt, wobei der Eisenanteil zumindest 50 % und der Chromanteil mindestens 10% des Gewichts der jeweiligen Verschleißschutzschicht 5 ausmacht. Die Verschleißschutzschicht 5 ist leicht porös gefertigt, also nicht 100 % dicht, und niedertemperatur-diffusionsbehandelt, sodass Stickstoff- und/oder Kohlenstoffatome aus einer Stickstoff- und/oder kohlenstoffhaltigen Umgebung in die Verschleißschutzschicht durch die Diffusionsbehandlung eindiffundieren und dort interstitiell in das Kristallgitter der Verschleißschutzschicht eingebaut sind, sodass sie dieses verzerren und dadurch eine erhöhte Härte der
Verschleißschutzschicht bewirken. Durch die poröse Gestaltung der
Verschleißschutzschicht wird die Eindiffusion der Stickstoff- und/oder
Kohlenstoffatome beschleunigt und dadurch eine hohe Schichtdicke der
Verschleißschutzschicht ermöglicht. Die Prozesstemperatur für das
Diffusionsverfahren wird bevorzugt derartig niedrig gewählt, dass die Bildung von Chromnitriden beziehungsweise Chromkarbiden weitestgehend unterbleibt und die im Eisengitter gelösten Chromatome auch nach der Diffusionsbehandlung für die Bildung einer oberflächlichen chromreichen Passivschicht zur Verfügung stehen, wodurch eine hohe Korrosionsbeständigkeit erreicht wird.
Im Vergleich zu Reibbremskörpern, die als Verschleißschutzschicht eine
Hartmetallschicht aufweisen, ist die Bremsscheibe 1 kostengünstiger herstellbar und bietet außerdem den Vorteil einer erhöhten Verschleiß- und
Korrosionsbeständigkeit der Reibringoberfläche beziehungsweise der ringförmigen Reibkontaktoberfläche 4.
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Herstellung der
Bremsscheibe 1. In einem ersten Schritt wird ein aus Grauguss gefertigter Reibbremskörper 3 auf herkömmliche Art und Weise bereitgestellt. Dabei wird der Reibbremskörper 3 derart gefertigt, dass er ringscheibenförmig ausgebildet ist und auf jeder Stirnseite jeweils eine ringförmige Reibkontaktoberfläche 4 für einen Bremsklotz einer Reibbremse aufweist. In einem darauffolgenden Schritt S2 wird die Reibkontaktoberfläche 4, wie zuvor bereits erwähnt, mit der Verschleißschutzschicht 5 aus zumindest Eisen und Chrom, weitere Elemente dürfen enthalten sein, müssen aber nicht, versehen. Anschließend wird in einem Schritt S3 der Reibbremskörper 3 beziehungsweise die Bremsscheibe 1 dem Niedertemperatur-Diffusionsverfahren ausgesetzt, um in einem Schritt S4 die fertige Bremsscheibe 1 mit der vorteilhaften, diffusionsbehandelten
Verschleißschutzschicht 5 zu erhalten.

Claims

Ansprüche
1. Reibbremskörper (3) für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe (1), wobei der Reibbremskörper (3) zumindest im Wesentlichen aus Grauguss gefertigt ist und zumindest auf einer
Reibkontaktoberfläche (4) eine Verschleißschutzschicht (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) zumindest Eisen und Chrom aufweist und diffusionsbehandelt ist.
2. Reibbremskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbremskörper (3) niedertemperaturdiffusionsbehandelt ist.
3. Reibbremskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenanteil in der Verschleißschutzschicht (5) zumindest 50 % des Gewichts der Verschleißschutzschicht (5) ausmacht.
4. Reibbremse für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Bremsscheibe (1), gekennzeichnet durch die Ausbildung der Bremsscheibe (1) als
Reibbremskörper (3) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3.
5. Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers (3) für eine
Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe (1), wobei der Reibbremskörper (3) aus Grauguss mit einer Verschleißschutzschicht (5) auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) gefertigt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) zumindest aus Eisen und Chrom gefertigt und diffusionsbehandelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbremskörper (3) mit der Verschleißschutzschicht (5)
niedertemperaturdiffusionsbehandelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbremskörper (3) einem Niedertemperatur-Diffusionsverfahren unterzogen wird, sodass Stickstoff- und/oder Kohlenstoffatome aus einer Stickstoff- und/oder kohlenstoffhaltigen Umgebung in die Verschleißschutzschicht (5) eindiffundieren.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Niedertemperatur-Diffusionsverfahrens derart niedrig gewählt wird, dass die Bildung von Chromnitriden und/oder Chromkarbiden zumindest weitestgehend unterbleibt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (5) mit einem Eisenanteil von zumindest 50 % des Gewichts der Verschleißschutzschicht (5) und/oder porös gefertigt wird.
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