WO2023138738A1 - Bremselement-trägerkörper; bremsscheibe oder bremstrommel; verfahren zur herstellung eines bremselement-träger-körpers - Google Patents

Bremselement-trägerkörper; bremsscheibe oder bremstrommel; verfahren zur herstellung eines bremselement-träger-körpers Download PDF

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WO2023138738A1
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brake
alloy
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element carrier
elements
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Julia Fornasier
Thomas Wahl
Thomas Weber
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GOTEC Brake Disc Coatings GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a brake element carrier body; a brake disc or brake drum, a brake pad backing plate or brake shoe, a method for manufacturing a brake element carrier body, a method for manufacturing a brake disc or brake drum, a method for manufacturing a brake pad backing plate or brake shoe, a brake disc or brake drum, a brake pad backing plate or brake shoe, and a braking system.
  • Friction elements for brakes that are more resistant to wear can contribute to this in motor vehicles both with an electric motor and with an internal combustion engine.
  • Brake discs for vehicles, running on wheels or rails, or for industrial plants are made of metal or ceramic materials and have several defined areas that fulfill a function.
  • One of these areas are the friction surfaces of brake discs.
  • the brake linings act on the friction surfaces with a defined normal force. The kinetic energy applied to the friction surfaces is converted into thermal energy, i.e. heat, by the sliding friction.
  • the friction surfaces of the brake discs are provided with corrosion protection by painting or spraying the surface of the friction surfaces.
  • the materials used for this usually have a low tribological quality, i.e. a low coefficient of friction and high abrasion. This is only effective for a short time because it is quickly worn away due to the friction during the braking process.
  • the object of the invention is to provide an improvement or an alternative to the prior art.
  • the task is solved by a brake element carrier body with a metallic base body, wherein a surface of the base body is at least partially coated with an alloy and the alloy has diffused into the base body in a diffusion zone.
  • the base body is completely coated with the alloy.
  • Diffusion is generally understood as equalizing a difference in concentration of several substances until equilibrium is reached. Diffusion can be a thermally activated equalization process of a concentration difference in a solid, in liquids or gases without external influence. In a perfect crystal lattice, each lattice particle oscillates around its fixed lattice position and cannot leave it. The presence of lattice defects is therefore a necessary prerequisite for diffusion in a crystalline solid. Because only if these lattice defects are present can atoms or ions change their position and thus mass transport take place. Various mechanisms are generally conceivable here:
  • the appearance and property profile of the mixed crystal matrix differ greatly from that of the metals from which they originated.
  • the intermetallic phases are matt, intensively colored (light gray to black-grey) and leave a smooth surface when they are mechanically processed. Furthermore they are stabilized by their higher lattice energy and thus have a higher melting temperature than their starting materials.
  • conductivity for heat and electricity is reduced and they are significantly less reactive to chemical reaction partners, i.e. to oxidants such as air, water, electrolytes and Brönsted-acid media, and are therefore resistant to corrosion and oxidation.
  • the diffusion zone is also characterized by higher mechanical strength and increased hardness.
  • the alloy is preferably completely diffused into the base body. Otherwise alloy residues still on the surface of the base body will be removed from the surface.
  • the tribological properties of the material improve and the corrosion resistance is increased.
  • both the protection against corrosion and the wear resistance can be further increased if the alloy is based on aluminum and silicon.
  • This advantage is even more pronounced when the silicon content is 5 to 50% by mass, preferably 10 to 40% by mass, more preferably 15 to 30% by mass. Even in a range of 5 to 10% by mass or 7 to 15% by mass, the effect that the silicon of the alloy has on the tribological properties, the low thermal expansion and increased strength and wear resistance, can be seen.
  • the alloy has other alloying elements in addition to aluminum and silicon.
  • These are primary and secondary alloying elements.
  • elements from the second and/or third and/or fourth main group and/or the first and/or second and/or fourth and/or seventh subgroup of the periodic table of the elements are primarily selected.
  • elements from the third and/or fourth main group and/or fourth and/or fifth and/or sixth and/or eighth subgroup of the periodic table of the elements are primarily selected.
  • an aluminium-based alloy with a silicon content of 5 to 50% by mass, preferably 10 to 40% by mass, more preferably 15 to 30% by mass at least one primary alloying element is selected.
  • the primary alloying elements are one or more of the following elements: magnesium, boron, titanium, manganese, copper or zinc. These can be present in the alloy in the following areas:
  • Magnesium 0.1 to 2, and/or
  • Titanium 0.1 to 5, and/or
  • Zinc 0.1 to 5.
  • secondary alloying elements can also be present in the alloy.
  • the secondary alloying elements are one or more of the following elements: gallium, indium, germanium, tin, zirconium, vanadium, chromium, iron, cobalt or nickel. These can be present in the alloy in the following areas:
  • Gallium 0.1 to 1, and/or
  • Germanium 0.1 to 1, and/or
  • Tin 0.1 to 1, and/or
  • zirconium 0.1 to 1, and/or
  • Chromium 0.1 to 1, and/or
  • Iron 0.1 to 1 , and/or
  • ternary and quaternary alloys in particular have proven to be advantageous. These are alloys whose characteristic alloying elements comprise either three (ternary) or four (quaternary) substances. Only the components that determine the characteristic properties are counted. The following ternary and quaternary alloys may also contain some of the primary or secondary alloying elements already listed.
  • Another advantageous alloy consists of 76.7 to 83.4% by mass of aluminum and 8.3 to 12.3% by mass of silicon and one or more elements selected from the list consisting of: Mg, B, Ti, Mn, Cu, Zn, Ga, Ge, Sn, Sb, Zr, V, Cr, Co, Ni and unavoidable, production-related impurities.
  • the sum of all components of the composition must be 100% by weight.
  • a particularly advantageous aluminum-based alloy is AISiW with a silicon content of 10% by mass, with the proportions of the primary alloying elements being in the following mass% ranges:
  • the proportions of the secondary alloying elements in this preferred aluminum-based AISi10 alloy are in the following mass % ranges:
  • the percentage by mass of the aluminum is then, in addition to unavoidable, production-related impurities, the remainder, i.e. around 90% by mass.
  • the sum of all components of the composition is 100% by mass in each case.
  • Another particularly advantageous aluminum-based alloy has a silicon content of 10.04% by mass, with the proportions of the primary alloying elements being in the following mass% ranges:
  • the proportions of the secondary alloying elements in this preferred aluminum-based AISi10 alloy are in the following mass % ranges:
  • the percentage by mass of the aluminum is then, in addition to unavoidable, production-related impurities, the remainder, i.e. around 89.456% by mass.
  • the sum of all components of the composition is 100% by mass in each case.
  • a successfully tested prototype is composed such that the alloy consists of (in % by mass): AI: 76.7 to 83.4;
  • Si 8.3 to 12.3 and one or more elements selected from the list consisting of: Mg, B, Ti, Mn, Cu, Zn, Ga, Ge, Sn, Sb, Zr, V, Cr, Co, Ni, Fe and impurities, where the sum of all components of the composition must be 100% by weight.
  • the prototype was intended for the alloy to have (each in % by mass):
  • - Fe ⁇ 0.2%, preferably ⁇ 0.18%, preferably 0.17% plus/minus 0.02 or 0.16% plus/minus 0.01%, especially 0.16%; and or
  • - Zn ⁇ 0.005%, preferably ⁇ 0.004%, preferably 0.0035% plus/minus 0.001%, especially 0.003%; preferably at least 2, preferably at least 3, preferably at least 4, preferably at least 5, preferably at least 6, each in any possible combination, particularly preferably all seven of the above elements are present, in which case B, Ga, Ge, Sn, Sb, Zr, V, Cr, Co, Ni and/or in particular can also be present, but the alloy is preferably free of these elements, with the sum of all components of the composition having to be 100% by mass in each case.
  • Each of the above alloys individually contributes to corrosion protection and increased wear resistance. They are all characterized by high mechanical strength, which means that they all have high resilience, pressure stability and dimensional stability.
  • the alloy can advantageously contain dopants.
  • dopants are foreign atoms that can penetrate another solid body at a sufficiently high temperature and move and store there. The following mechanisms can take effect here:
  • Diffusion with or without a dopant occurs using Fick's law. This depends on various factors, for example the material of the foreign substance and the target substance and their properties (crystal orientation), the difference in concentration, the temperature and the concentration of other dopants in the crystal lattice. For the sake of simplicity, only the term crystal is used in this patent application in relation to the crystal lattice. How fast the diffusion takes place depends on the size of the atom and the type of diffusion in the substrate. Small diffusion coefficients usually lead to a long process time. As already described, an important aspect for the diffusion and the resulting doping profile is the difference in concentration. The doping profile mostly results from the characteristics of the dopant source.
  • the dopant source can be an inexhaustible source or an exhaustible source.
  • the dopants for the alloy are selected from the third main group and/or first and/or third and/or fourth and/or fifth and/or sixth and/or seventh and/or eighth subgroup and/or the lanthanide group of the periodic table of the elements.
  • the alloys have one or two dopants. In special cases, three or four or more dopants or dopants are also possible.
  • antimony 0.1 to 1, and/or
  • Yttrium 0.01 to 0.1
  • Cerium 0.01 to 0.1
  • Hafnium 0.01 to 0.1
  • Niobium 0.01 to 0.1
  • Tantalum 0.01 to 0.1, and/or
  • Molybdenum 0.01 to 0.1, and/or
  • Tungsten 0.01 to 0.1
  • Rhenium 0.01 to 0.1, and/or
  • Osmium 0.01 to 0.1
  • Rhodium 0.01 to 0.1
  • Indium 0.01 to 0.1, and/or
  • Silver 0.01 to 0.1 , and/or
  • the diffusion zone has a different structure compared to the carrier body. This increases the hardness and thus also the wear resistance of the brake disc carrier body.
  • the diffusion zone created during the diffusion of the alloy into the base body has a higher hardness (in Vickers) than the material of the base body. This forms the basis for improved wear behavior.
  • the alloy layer has a thickness of 0.1 to 0.4 mm.
  • An alloy layer thickness of 0.2 to 0.3 mm has proven particularly advantageous.
  • a particularly good resistance to wear, i.e. hardness, and the associated good protection against corrosion is achieved if the diffusion zone has a thickness of 0.05 to 0.6 mm. In a range from 0.2 to 0.3 mm thickness of the diffusion zone, the desired properties are particularly pronounced.
  • the increased hardness results from the diffusion into the diffusion zone of the brake element carrier body. This has a medium hardness.
  • the middle one has Hardness of the diffusion zone compared to the average hardness of the carrier body by a factor of 1.0 to 8, preferably 1.5 to 5, increased hardness.
  • the improvement i.e. the increase in hardness compared to the base body, depends on the base material. Accordingly, the average hardness of the diffusion zone in the case of the support material gray cast iron or centrifugal cast iron or steel or cast steel of the support body has a hardness increased by a factor of 2.5 to 8, in particular 2 to 5, compared to the average hardness of the support body. In the case of the aluminum carrier material of the carrier body, the average hardness of the diffusion zone has a hardness in HV that is increased by a factor of 1.5 to 4, in particular from 1.5 to 3, compared to the average hardness of the carrier body.
  • the hardness distribution along the longitudinal axis, transverse axis and vertical axis or along the radius and the angular coordinates of the diffusion zone can have a maximum deviation of 10 to 15% from the average hardness (hardness in HV) of the diffusion zone.
  • the structure of the diffusion zone which is different from that of the base body, has a mixed-crystal matrix.
  • the mixed crystal matrix is formed from binary or ternary or higher intermetallic phases.
  • a mixed crystal is a crystal or crystallite that consists of at least two different chemical elements, with the foreign atoms or ions being statistically distributed. These can either be embedded in the interstitial sites (intercalation solid solution or interstitial solution) or replace an atom of the other element by substitution (substitution solid solution).
  • Mixed crystals are solid solutions which, if they have metallic properties, are also called alloys (Wikipedia).
  • intermetallic compound also intermetallic phase or intermediate phase
  • intermetallic phase or intermediate phase is a homogeneous chemical compound of two or more metals. In contrast to alloys, they show lattice structures that differ from those of the constituent metals.
  • the mixed crystal matrix of the diffusion zone is present without precipitation of pure metals.
  • the proposed diffusion zone can be implemented in a targeted and purposeful manner in the sense of a functional layer. This creates a graded layer system with approximately parallel boundaries between the various phases that have arisen within this layer.
  • the intermetallic phases of the proposed braking element carrier element have a gradually increasing concentration of iron or carbon and gradually decreasing concentration of aluminum and/or silicon and/or the dopants with increasing distance from the surface of the base body.
  • the diffusion zone has a graded structure of binary, ternary or higher intermetallic phases of discrete, precisely defined daltonid chemical composition with different proportions of the original basic body elements iron and carbon and with different proportions of the layer elements aluminum, silicon, various alloying elements and dopants introduced into the basic body by diffusion.
  • the mixed-crystal matrix is characterized by increased toughness and ductility compared to the intermetallic phases embedded in the mixed-crystal matrix.
  • the diffused alloy with and without dopants cause the diffusion zone to have a higher melting point and/or poorer, lower thermal conductivity and/or poorer, lower electrical conductivity and/or higher mechanical strength and/or higher hardness and/or lower reactivity to chemical reactants than the metal of the base body.
  • the desired effects i.e. the improvement in wear resistance and corrosion protection, due to the diffusion of the alloy, in particular Special an alloy with dopants, set forming intermetallic phases as an integral part of the overall structure of the diffusion zone of the base body.
  • these intermetallic phases arise from metals, they themselves exhibit ceramic properties. These are due to the changed bonding conditions in the electron field of the crystal lattice, with the intermetallic compounds exhibiting defined valences from localized electron pairs. This makes it more difficult for Bronsted-acidic media to attack and leads to the desired high level of corrosion resistance.
  • a brake disc or a brake drum with a brake element carrier body with an area designed as a friction surface and with an area designed as a contact surface.
  • the brake element carrier body used here can be configured as already described above.
  • a brake disc with two opposing friction surfaces is particularly advantageous.
  • a brake disk or brake drum of this type has corrosion protection that is more effective in the long term and has increased wear resistance.
  • Both the friction surface and the contact surface form functional areas of the brake disc or brake drum.
  • the friction surface is the surface on which the brake pads act with a defined normal force, with the desired braking effect being achieved through the sliding friction between the two.
  • the contact surface is the surface that extends at least partially in the radial direction. It is oriented in the circumferential direction of the brake disc, with a normal vector also acting in the circumferential direction here. This enables good braking torque transmission.
  • the contact surface can be found, for example, on the brake pot of a brake disc.
  • the alloy layer thickness on the brake disk or brake drum has a thickness of 0.1 to 0.4 mm.
  • a particularly good diffusion result is seen when the alloy layer is 0.2 to 0.3 mm thick.
  • particularly hard and wear-resistant brake discs or brake drums have a diffusion zone with a thickness of 0.05 to 0.6, preferably 0.3 to 0.6 mm.
  • the friction surfaces When braking, the friction surfaces in particular are affected. For this reason, it is possible that both the applied alloy layer thickness and the resulting diffusion zone have different thicknesses on the friction surface and the contact surface. It is particularly advantageous if the diffusion zone of the friction surface has a thickness of 0.3 to 0.6 mm.
  • the friction surface and the contact surface are annular.
  • only one of the two surfaces to be circular.
  • Heat can be generated due to friction during the braking process. If the temperatures generated are too high, this can have negative consequences for the service life of the brake disc or brake drum, but also for the braking process itself. According to the proposal, these can be provided on and in, but also on or in, the base body.
  • a brake pad back plate or a brake shoe comprising a brake element carrier plate solves the problem.
  • a brake element carrier plate can be provided in accordance with the above description.
  • the thickness of the alloy layer in the brake pad back plate or the brake shoe is 0.1 to 0.3 mm, preferably 0.1 to 0.2 mm.
  • Increased hardness and wear resistance is achieved when the thickness of the diffusion zone in the brake pad back plate or brake shoe is 0.05 to 0.3mm.
  • a thickness range of the diffusion zone between 0.05 and 0.15 mm has proven to be particularly advantageous.
  • a brake pad be applied to the outer surface of the alloy.
  • the task is solved by a method for producing a brake element carrier body, having the following steps:
  • the brake element support body described above can be produced with this method.
  • the carrier body provided for the brake element carrier body can be cast or punched out.
  • the blasting process is particularly important here. This frees the surface of the brake disc to be coated from iron oxides. If these are not removed, they can act as a barrier against the diffusion of the elements of the applied alloy into the structure of the metallic base body.
  • Ceramic hard materials are used for this.
  • Corundum, quartz, boron carbide, titanium carbide, silicon carbide and chromium carbide have proven to be particularly suitable. These can be used individually or in combination for the blasting process.
  • the blasting process not only has the task of removing unwanted elements from the surface of the base body, but also prepares it for the subsequent application of the alloy. This should be quickly and easily diffuse into the metallic base body. This succeeds advantageously when the blasting process produces a roughness Rz of 5 ⁇ m to 10 ⁇ m on a surface of the base body.
  • the roughness causes an intensive micro form-fitting clamping between the applied alloy layer and the base material.
  • a grain size of 0.5 mm to 1.5 mm, in particular 0.8 mm to 1.2 mm, has proven to be particularly effective for producing roughness.
  • an aluminum-based alloy is applied to the carrier body.
  • the alloy is based on aluminum and silicon and can, but does not have to, contain dopants. Both the alloy and the dopants have already been described in detail above in their diversity. Reference is made to the top at this point.
  • the alloying takes place by means of a high-speed flame spraying process, or arc wire spraying or a powder coating process.
  • HVOF high-velocity oxy-fuel spraying
  • gas is continuously burned under high pressure within a combustion chamber, into the central axis of which the spray additive in powder form is fed.
  • HVOF it is advantageous to have a high flow rate in the gas jet; this is generated by the high pressure of the fuel gas-oxygen mixture generated in the combustion chamber and the expansion nozzle, which is usually arranged downstream.
  • the sprayed particles are accelerated to the high particle speeds that lead to extremely dense sprayed layers with excellent adhesion properties.
  • Propane, propene, ethylene, acetylene and hydrogen can be used as fuel gases.
  • arc wire spraying two wire-shaped spray additives made from the same or different materials are melted in an electric arc and thrown onto the prepared workpiece surface using an atomizing gas, eg compressed air.
  • a powder In powder coating, a powder is sprayed onto a generally electrically conductive material and then tempered. The powder melts on the metal surface and forms an even layer that protects against corrosion, for example.
  • Step 4 provides for tempering the carrier body with the applied alloy. This accelerates the diffusion process and allows the incorporation of the dopants into the lattice structure to be controlled.
  • the thermal treatment, also known as the tempering process, of the coated brake disc causes the alloying elements of the layer sprayed on the surface of the base body to diffuse in.
  • a product is exposed to certain temperatures T over a period of time t in order to generate or accelerate or facilitate certain processes, e.g. chemical processes.
  • these diffusion takes place only very slowly, above the melting point it is much faster.
  • the range from +590°C to +750°C has proven to be a functionally and economically suitable interval for the maximum holding temperature.
  • the tempering process described or tempering the base body with applied alloy can take place along a temperature profile curve from 600°C to 750°C.
  • This temperature progression curve can run linearly or exponentially or cyclically. It is also conceivable that the temperature curve has a heating phase, a holding phase and a cooling phase. At the beginning of the tempering process, the maximum concentration gradient between the material systems is still present as the driving gradient of the diffusion. A temperature of the melted layer that is only just above its melting point is therefore sufficient for rapid diffusion at the beginning. In the course of progressive diffusion, the driving concentration gradient flattens out, so that in order to maintain rapid diffusion, the level of the holding temperature is raised continuously or in stages in order to compensate for the decreasing influence of the gradient by means of higher thermal kinetics. It is therefore conceivable to adapt the temperature curve to a concentration gradient of the diffusion of the alloy into the metal of the base body.
  • the reason for the adapted holding temperature is to minimize a thermal collective effect on the structure of the metallic base body and to protect it in the course of its thermal treatment.
  • the melt forms an effective barrier against the oxygen in the air, whereby this is intercepted on the surface of the melt facing the air and chemically bound there as aluminum oxide.
  • the oxide layer formed prevents further oxygen from entering the melt. Therefore, no oxygen from the air can be stored in the diffusion layer in the course of temperature control. Due to the high electropositivity of aluminum and its position within the chemical potential series, it binds oxygen in preference to silicon.
  • a hard and wear-resistant diffusion zone i.e. an alloy that has diffused completely, at least essentially completely, into the base body
  • the tempering is carried out for 180 to 360 minutes, preferably 210 to 300 minutes.
  • the task is solved by a method for producing a brake disc or brake drum having the following steps:
  • the method can be used to produce the brake disc or brake drum described above.
  • the brake element carrier body provided in step 1 can be the brake element carrier body described above or the brake element carrier body produced according to the above method. It is therefore referred to above at this point.
  • the excess alloy In order to create a clean friction surface that is ready for braking, the excess alloy must be removed until the diffusion zone is reached. According to the proposal, the removal can be carried out mechanically. Here it makes sense for the alloy to be ground or turned.
  • the friction surface or surfaces of the brake disc are formed by removing the excess alloys.
  • the friction surface has the properties of the mixed crystal matrix of the diffusion zone, i.e. it is very hard and wear-resistant.
  • the removal depends on the materials and the alloy layer thickness. However, removing the alloy by up to a maximum of 0.05 mm or up to a maximum of 1 mm or up to a maximum of 1.5 mm has proven to be advantageous.
  • the removal can be carried out in one step or in several steps in order to be able to examine the surface in between.
  • the brake disc or the brake drum can have a metallic base body with a diffusion zone consisting of the matrix materials iron and carbon and the previously sprayed-on primary layer materials aluminum, silicon, magnesium and manganese, which has arisen as a result of thermal treatment and indiffusion of the layer materials, with one layer thickness of the diffusion zone having a thickness of 0.05 to 0.6, preferably 0.3 to 0.6 mm.
  • the diffusion zone contains the elements iron, carbon, aluminium, silicon, magnesium and manganese, with the elements iron, aluminium, silicon and manganese forming new binary, ternary and quaternary intermetallic phases in the form of many self-sufficient and separately grown crystals, which also form in a new parallel coexisting mixed-crystal matrix, consisting of the six elements mentioned above.
  • the resulting diffusion layer can be designed in such a way that in the newly formed mixed-crystal matrix, the elements of the base body iron and carbon increase continuously with increasing depth, while the elements of the sprayed layer aluminum, silicon, magnesium and manganese decrease continuously with increasing depth.
  • the elements mentioned also experience changes in their concentrations with increasing depth, which qualitatively follow the same tendency, but not continuously, but in discrete jumps according to the composition formula of the respective dominant intermetallic phases.
  • the task is solved by a method for producing a brake pad back plate or brake shoe having the following steps:
  • the method can be used to produce the brake pad backing plate or brake shoe described above.
  • the brake element carrier body provided in step 1 can be the brake element carrier body described above or the brake element carrier body produced according to the above method. It is therefore referred to above at this point.
  • the brake lining applied in step 2 can be glued or welded onto the alloyed surface of the brake element carrier body. It is conceivable that the brake lining is glued and welded on.
  • the brake lining can be constructed as follows:
  • metal steel, iron, copper or brass
  • graphite fillers and binders
  • metal copper or steel
  • fibers made of glass, rubber, carbon or aramids, allowing better braking at high speeds, or
  • a brake system comprising a brake disc or brake drum as described above and a brake pad back plate or a brake shoe as described above.
  • a brake disc and a brake pad back plate belong to a disc brake.
  • a brake drum and a brake shoe are required parts of a drum brake.
  • the task is solved by a motor vehicle, a rail vehicle, a stationary industrial braking system or a wind power plant comprising this braking system.
  • FIG. 1 shows a cross section of a brake element carrier body for a brake disc or brake drum or for a brake pad back plate or brake shoe during the blasting process
  • FIG. 2 shows a cross section of a brake element carrier body for a brake disc or brake drum or for a brake pad back plate or brake shoe with applied alloy
  • 3 shows a cross section of a brake element carrier body for a brake disc or brake drum or for a brake pad back plate or brake shoe during the tempering process
  • FIG. 4 shows a cross section of a brake element carrier body for a brake disc or brake drum or for a brake pad back plate or brake shoe after the tempering process
  • Figure 5 shows a cross-section of a brake element carrier body for a brake disc or brake drum during removal of excess alloy
  • Fig. 7 schematically illustrated brake disk with brake pot
  • FIGS. 1 to 5 show a method for producing a brake element carrier body for a brake disc or brake drum or for a brake pad back plate or brake shoe.
  • the claimed brake element carrier bodies for a brake disc or brake drum or for a brake pad back plate are described in the course of the following description of the figures.
  • the base body 2 is provided during the production of the brake element carrier body 1 for a brake disc or brake drum or for a brake pad back plate or brake shoe. This consists of a metal.
  • the present case is a base body 2 made of gray cast iron. In other embodiments, the base body 2 is made of steel, cast steel, centrifugal casting or nodular graphite casting.
  • a blasting process with ceramic hard materials 4 must be carried out to remove these oxide layers on the surface 3 of the base body 2 (FIG. 1).
  • the surface 3 of the base body 2 is covered with corundum blasted with a grain size of 0.5 to 1.5 mm, producing a desired roughness of 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the blasting process was carried out at an angle of approx. 40°. Angles between 35° and 55° are particularly suitable for the blasting process.
  • quartz, boron carbide, titanium carbide, silicon carbide or chromium carbide are used to remove these oxide layers.
  • a mixture of the ceramic hard materials is also possible. It should only be ensured here that the substances used have no affinity for diffusing into the base body.
  • the base body Before this process, the base body can be heated. This improves the removal of the oxide layers.
  • the aluminum-based alloy 5 is applied to the base body.
  • 2 shows the state after the alloy 5 has been applied to the surface 3 of the base body 2.
  • the alloy 5 can be applied as one layer or as a plurality of layers.
  • the alloy layer thickness (LSD) was applied with a thickness of 0.25 mm.
  • the desired effect occurs with an alloy layer thickness of 0.1 to 0.4 mm, preferably 0.2 to 0.3 mm.
  • the combination with silicon in particular has proven to be advantageous for wear resistance.
  • silicon should be present at 5 to 50% by mass.
  • the alloy Al88 Si10 Mg2 was applied with antimony as a dopant. This was applied here using the high-velocity flame spraying process.
  • Table 1 below shows further preferred aluminium-silicon alloys and Table 2 shows possible dopants.
  • one of the aluminum-silicon alloys No. 1 to No. 33 can be combined with one or more of the dopants a) to t). These increase the protection against corrosion and the resistance to wear by storing the dopants with the alloy in the crystal lattice of the base body 1 .
  • the diffusion process can then begin.
  • the alloy 5 diffuses into the base body 2 in the process.
  • the carrier body is tempered with the applied alloy.
  • the annealing is performed in an annealing furnace 6 . Temperatures between 590 °C and 750 °C prevail here, with a temperature curve over a period of 270 minutes.
  • the temperature curve has a heating phase, a holding phase and a cooling phase.
  • the carrier body with the alloy is heated linearly from 590 °C to 750 °C over a period of approx. 60 minutes, in order to be held at 750 °C for 150 minutes in the holding phase, and in the cooling phase to be cooled from 750 °C to 590 °C for 60 minutes.
  • a cycle can also be run here.
  • the duration of the tempering process can also vary. In all exemplary embodiments, the best results were obtained with annealing times of between 180 min and 360 min, with the best results being obtained with 210 min to 300 min. After that, no further improvement could be determined by a longer tempering process.
  • Tempering activates the balancing process of the concentration differences between base body 2 and alloy 5.
  • the atoms and ions of the alloy and dopants settle into the lattice defects of the crystal lattice of the base body and are stored there.
  • This process forms diffusion zone 7, which consists of a mixed crystal matrix with intermetallic phases.
  • a brake lining back plate 12 or brake shoe can now be produced. This is not shown here.
  • a brake pad 13 made of sintered metal powder is applied, in this case glued on. It is possible to apply a smaller alloy layer thickness LSD to a brake element carrier body for a brake pad back plate 12 or a brake shoe.
  • Layer thicknesses of 0.1 to 0.3 mm are suitable for this area of application, resulting in a diffusion zone 7 with a layer thickness of 0.05 to 0.3 mm, preferably 0.05 to 0.15 mm.
  • the brake element carrier body is provided, as described and produced according to FIGS.
  • a finished brake disk 8 or brake drum requires a friction surface 9 and a contact surface 10 for braking.
  • the excess alloy 5 (FIG. 4) is removed from the brake element carrier body 1.
  • the excess alloy 5a is mechanically removed, i.e. ground off or turned off, in order to expose the diffusion zone 7, so that a finished brake disc or brake drum, as shown in FIG. 7, is produced, the cross section of which is shown in FIG. This is necessary above all for the braking function, otherwise the pressed brake pads will be damaged, which in turn has a negative effect on the service life of both parts of the braking system.
  • the brake disk 8 ( FIG. 7 ) consists of a brake element carrier body 1 , which was produced according to FIGS. 1 to 4 , and has a friction surface 9 and a contact surface 10 .
  • the friction surface 9 was formed by removing the excess alloy 5a up to the diffusion zone 7.
  • the brake disk has the brake pot 11 with the contact surface 10 for transmitting a torque.
  • the brake pad back plate 12 (FIG. 8) comprises a brake element carrier body 1, which was produced as in FIGS. 1 to 4, and the brake pad 13, the brake pad 13 being glued on in this exemplary embodiment. In the exemplary embodiment shown here, a brake pad 12 made of sintered metal powder is applied.
  • the brake system 14 (FIG. 9) comprises a brake disc 8 and a brake pad back plate 12.
  • the brake system shows the braking process, i.e. when the brake pad 13 of the brake pad back plate 12 is pressed onto the friction surfaces 9 of the brake disc with a normal force.
  • the pressure is applied via hydraulic pistons.
  • the braking system can be used, for example, in motor vehicles, rail vehicles, wind turbines or stationary industrial braking systems.

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Abstract

Es wird ein Bremselement-Trägerkörper mit einem metallischen Grundkörper (2), wobei eine Oberfläche (3) des Grundkörpers (2) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit einer Legierung (5) beschichtet ist, wobei in einer Diffusionszone die Legierung in den Grundkörper (2) diffundiert ist, beansprucht.

Description

BREMSELEMENT-TRÄGERKÖRPER; BREMSSCHEIBE ODER BREMSTROMMEL; VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BREMSELEMENT-TRÄGER-KÖRPERS
Die Erfindung betrifft einen Bremselement-Trägerkörper; eine Bremsscheibe oder Bremstrommel, eine Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh, ein Verfahren zur Herstellung eines Bremselement-Trägerkörpers, ein Verfahren zur Herstellung ei- ner Bremsscheibe oder Bremstrommel, ein Verfahren zur Herstellung einer Brems- belag-Rückenplatte oder Bremsschuh, eine Bremsscheibe oder Bremstrommel, eine Bremsbelag-Rückplatte oder einen Bremsschuh, sowie ein Bremssystem.
Schon seit einigen Jahrzehnten steht die Reduzierung der Feinstaub-Belastung so- -ie die Erhöhung der Lebensdauer zur Reduzierung von Abfall in der Industrie hoch im Kurs. In der Automobilindustrie wird dabei nicht mehr nur die Reduzierung der Abgasbelastung bei Verbrennungskraftmaschinen betrachtet. Auch der Abrieb von Reifen und Bremsen gewinnt immer mehr an Bedeutung, um die Feinstaub-Grenz- werte weiterhin einhalten zu können.
Hierzu können bei Kraftfahrzeugen sowohl mit einem Elektromotor als auch mit ei- nem Verbrennungsmotor verschleißresistentere Reibelemente für Bremsen beitra- gen.
Bremsscheiben für Fahrzeuge, Rad laufend oder Schienen geführt, oder für Indust- rieanlagen werden aus metallischen oder keramischen Werkstoffen gefertigt und weisen mehrere definierte Bereiche auf, die eine Funktion erfüllen. Einer dieser Be- reiche sind die Reibflächen von Bremsscheiben. Um die angestrebte Bremswirkung zu erreichen, wirken die Bremsbeläge mit einer definierten Normalkraft auf die Reib- flächen. Die auf die Reibflächen aufgebrachte kinetische Energie wird durch die Gleitreibung in thermische Energie, also Wärme, umgewandelt.
Bei herkömmlichen Bremsscheiben werden die Reibflächen der Bremsscheiben durch eine Lackierung oder einem oberflächlichen Besprühen der Reibflächen mit einem Korrosionsschutz versehen. Die hierfür verwendeten Materialien weisen meist geringe tribologische Qualität, also eine geringen Reibwert und einen hohen Verschleißabtrag, auf. Dieser ist nur kurzzeitig wirksam, da er aufgrund der Reibung beim Bremsvorgang schnell abgetragen wird.
Durch den Abtrag der Korrosionsschicht wird der Grundwerkstoff, zumeist Stahl oder Grauguss, voll freigelegt und die Korrosion kann ungehindert einsetzen. Fahr- zeuge, bei denen die klassische Bremsung mittels Bremsscheibe selten angefordert wird, wie beispielsweise bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, setzt sich die Korrosion nach dem Abtrag der Deckschicht schnell fort. Dies führt zunächst zu einem stark erhöhten Verschleiß der Reibflächen der Bremsscheibe. Ferner kann in diesem Zustand eine Vollbremsung im Gefahrenfall infolge einer gewachsenen Rostschicht nicht im erforderlichen Maß ausgeführt werden und führt im schlimms- ten Fall zu einem Unfall oder anderen negativen Konsequenzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik eine Verbesse- rung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein Bremselement-Trä- gerkörper mit einem metallischen Grundkörper, wobei eine Oberfläche des Grund- körpers zumindest teilweise mit einer Legierung beschichtet ist, und wobei in einer Diffusionszone die Legierung in den Grundkörper diffundiert ist.
In bevorzugter Ausgestaltung wird der Grundkörper vollständig mit der Legierung beschichtet.
Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegen- den Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein“, „zwei“ usw. im Regelfall als „mindestens“-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „min- destens ein...“, „mindestens zwei ..." usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort nur „genau ein „genau zwei ..." usw. gemeint sein kön- nen.
Unter Diffusion wird im Allgemeinen ein Ausgleich eines Konzentrationsunterschie- des von mehreren Stoffen bis zum Erlangen eines Equilibriums verstanden. Die Dif- fusion kann dabei einen thermisch aktivierter Ausgleichsprozess eines Konzentrationsunterschiedes in einem Festkörper, in Flüssigkeiten oder Gasen ohne äußere Einwirkung sein. In einem perfekten Kristallgitter schwingt jedes Git- terteilchen um seinen festen Gitterplatz und kann diesen nicht verlassen. Für die Diffusion in einem kristallinen Festkörper ist daher das Vorliegen von Gitterfehlstel- len eine notwendige Voraussetzung. Denn nur wenn diese Gitterfehlstellen vorlie- gen können Atome oder Ionen ihren Platz wechseln und somit ein Stofftransport stattfinden. Hierbei sind im Allgemeinen verschiedene Mechanismen denkbar:
- Teilchen springen in Leerstellen des Gitters, so dass sich Leerstellen durch das Gitter bewegen und so eine Nettofluss von Teilchen erzeugen,
- Kleinere Teilchen können sich durch die Gitterzwischenräume bewegen, dies erzeugt einen hohen Diffusionskoeffizienten,
- zwei Teilchen tauschen die Plätze oder es findet ein Ringtausch zwischen mehreren Teilchen statt.
An den Diffusionsprozess der Legierung in den metallischen Grundkörper sind zwin- gend chemische Syntheseprozesse gekoppelt. Hierdurch werden die für die Ver- besserung der Verschleißfestigkeit verantwortlichen intermetallischen Verbindungen in der Diffusionszone gebildet. Die intermetallischen Verbindungen sind dabei in eine zähere und duktilere Mischkristall Matrix aus den Edukten der Diffusionspartner eingebettet, wobei diese heterogene Festkörper-Kombination un- terschiedlich charakterisierter Bestandteile die zentrale Voraussetzung für die an- gestrebte Funktionsoptimierung der Bremsscheiben ist.
Das Erscheinungsbild und das Eigenschaftsprofil der Mischkristall-Matrix weichen stark von dem von Metallen, aus denen sie hervorgingen, ab. Die intermetallischen Phasen sind dabei matt, intensiv gefärbt (hellgrau bis schwarzgrau) und hinterlas- sen bei ihrer mechanischen Bearbeitung eine glatte Oberfläche. Ferner sind sie durch ihre höhere Gitterenergie stabilisiert und weisen somit eine höhere Schmelz- temperatur auf als ihre Edukte. Zusätzlich ist Leitfähigkeit für Wärme und elektri- schen Strom reduziert und sie sind gegenüber chemischen Reaktionspartnern, das heißt gegenüber Oxydatoren wie Luft, Wasser, Elektrolyten und brönsted-aciden Medien, wesentlich reaktionsträger und somit korrosionsresistent und oxydations- stabil. Die Diffusionszone zeichnet sich zusätzlich durch eine höhere mechanische Festigkeit und erhöhte Härte aus.
Die Legierung wird dabei bevorzugt vollständig in den Grundkörper eindiffundiert. Anderenfalls werden noch auf der Oberfläche des Grundkörpers befindliche Legie- rungsreste von der Oberfläche entfernt.
Aufgrund der Diffusionszone des Bremselement-Trägerkörpers verbessern sich die tribologischen Eigenschaften des Materials und die Korrosionsbeständigkeit wird erhöht.
Sowohl der Schutz vor Korrosion als auch die Verschleißbeständigkeit können wei- terhin erhöht werden, wenn die Legierung auf Aluminium und Silicium basiert. Die- ser Vorteil sticht noch mehr hervor, wenn Silicium zu 5 bis 50 Masse-%, bevorzugt 10 bis 40 Masse-%, weiter bevorzugt 15 bis 30 Masse-%, aufweist. Auch in einem Bereich von 5 bis 10 Masse-% oder 7 bis 15 Masse-% lässt sich der Effekt, den das Silicium der Legierung auf die tribologischen Eigenschaften hat, die geringe Wär- medehnung und erhöhte Festigkeit und Verschleißfestigkeit, erkennen.
Grundsätzlich weist die Legierung zusätzlich zu Aluminium und Silicium weitere Le- gierungselemente auf. Dabei handelt es sich um primäre und sekundäre Legie- rungselemente. Bei den primären Legierungselementen werden vornehmlich Elemente aus der zweiten und/oder dritten und/oder vierten Hauptgruppe und/oder der ersten und/oder zweiten und/oder vierten und/oder siebten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente gewählt. Bei den sekundärem Legierungselemen- ten wählt man vornehmlich Elemente aus der dritten und/oder vierten Hauptgruppe und/oder vierten und/oder fünften und/oder sechsten und/oder achten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente. Bei einer Aluminium-basierten Legierung mit einem Silicium-Gehalt von 5 bis 50 Masse-%, bevorzugt 10 bis 40 Masse-%, weiter bevorzugt 15 bis 30 Masse-%, wird mindestens ein primäres Legierungselement gewählt. Bei den primären Legierungselementen handelt es sich um eines oder mehrere der fol- genden Elemente: Magnesium, Bor, Titan, Mangan, Kupfer oder Zink. Diese können in den folgenden Bereichen in der Legierung vorhanden sein:
Magnesium: 0,1 bis 2, und/oder
Bor: 0,1 bis 10, und/oder
Titan: 0,1 bis 5, und/oder
Mangan: 0,5 bis 5, und/oder
Kupfer: 0,1 bis 5, und/oder
Zink: 0,1 bis 5.
Hierbei beeinflussen beispielsweise die Elemente Magnesium, Kupfer und Zink die Härte und führen zu einer Steigerung dieser. Wohingegen die Elemente Mangan und Titan die Warmfestigkeit und Korrosionsresistenz positiv beeinflussen. Zusätzlich zu den primären Legierungselementen können auch sekundäre Legie- rungselemente in der Legierung vorhanden sein. Bei den sekundären Legierungs- elementen handelt es sich um eines oder mehrere der folgenden Elemente: Gallium, Indium, Germanium, Zinn, Zirconium, Vanadium, Chrom, Eisen, Kobalt oder Nickel. Diese können in den folgenden Bereichen in der Legierung vorhanden sein:
Gallium: 0,1 bis 1 , und/oder
Indium: 0,1 bis 1 , und/oder
Germanium: 0,1 bis 1 , und/oder
Zinn: 0,1 bis 1 , und/oder
Zirconium: 0,1 bis 1 , und/oder
Vanadium: 0,1 bis 1 , und/oder
Chrom: 0,1 bis 1 , und/oder
Eisen: 0,1 bis 1 , und/oder
Kobalt: 0,1 bis 1 , und/oder
Nickel 0,1 bis 1 . Bei dieser Legierung besteht der Rest aus Aluminium und unvermeidbaren, herstel- lungsbedingten Verunreinigungen. Bei den Legierungen haben sich vor allem ternäre und quaternäre Legierungen als vorteilhaft erwiesen. Dabei handelt es sich um Legierungen deren charakteristische Legierungselemente entweder drei (ternär) oder vier (quaternär) Stoffen umfassen. Dabei werden jeweils nur die Komponenten gezählt, die die charakteristischen Ei- genschaften bestimmen. Auch bei den folgenden ternären und quaternären Legie- rungen können einige der bereits aufgezählten primäre oder sekundäre Legierungselemente enthalten sein.
Bei den vorteilhaften ternären Legierungen handelt es sich um:
AI88 Si10 Mg2, AI88 Si10 B2, AI88 Si10 Ti2, AI88 Si10 Mn2, AI88 Si10 Cu2, AI88 Si10 Zn2, AI83 Si15 Mg2, AI83 Si15 B2, AI83 Si15 Ti2, AI83 Si15 Mn2, AI83 Si15 Cu2, AI83 Si15 Zn2, AI78 Si20 Mg2, AI78 Si20 B2, AI78 Si20 Ti2, AI78 Si20 Mn2, AI78 Si20 Cu2, AI78 Si20 Zn2.
Bei den vorteilhaften quaternären Legierungen handelt es sich um:
AI86 Si10 Mn2 Mg2, AI86 Si10 Mn2 B2, AI86 Si10 Mn2 Ti2, AI86 Si10 Mn2 Cu2, AI86 Si10 Mn2 Zn2, AI81 Si15 Mn2 Mg2, AI81 Si15 Mn2 B2, AI81 Si15 Mn2 Ti2, AI81 Si15 Mn2 Cu2, AI81 Si15 Mn2 Zn2, AI76 Si20 Mn2 Mg2, AI76 Si20 Mn2 B2, AI76 Si20 Mn2 Ti2, AI76 Si20 Mn2 Cu2, AI76 Si20 Mn2 Zn2.
Eine weitere vorteilhafte Legierung besteht aus 76,7 bis 83,4 Masse-% Aluminium und 8,3 bis 12,3 Masse-% Silicium und einem oder mehreren Elementen ausge- wählt aus der Liste bestehend aus: Mg, B, Ti, Mn, Cu, Zn, Ga, Ge, Sn, Sb, Zr, V, Cr, Co, Ni und unvermeidbare, herstellungsbedingte Verunreinigungen. Dabei muss die Summe aller Bestandteile der Zusammensetzung jeweils 100 Gew.-% betragen.
Eine besonders vorteilhafte Aliminium-basierte Legierung ist AISiW mit einem Sili- cium-Gehalt von 10 Masse-%, wobei die Anteile der primären Legierungselemente in den folgenden Masse-%-Bereichen liegen:
Magnesium < 0,5%, und
Titan < 0,05%, und
Mangan < 0,1 %, und Kupfer < 0,005%, und
Zink < 0,005%.
Die Anteile der sekundären Legierungselemente liegen bei dieser bevorzugten Ali- minium-basierten AISi10 Legierung in den folgenden Masse-%-Bereichen:
Eisen < 0,2%.
Der Masse-%-Anteil des Aliminiums ist dann neben unvermeidbaren, herstellungs- bedingten Verunreinigungen der Rest, also bei etwa 90 Masse-%. Die Summe aller Bestandteile der Zusammensetzung liegt jeweils bei 100 Masse-%.
Eine weitere besonders vorteilhafte Aliminium-basierte Legierung weist einen Sili- cium-Gehalt von 10,04 Masse-% auf, wobei die Anteile der primären Legierungs- elemente in den folgenden Masse-%-Bereichen liegen:
Magnesium 0,31 %, und
Titan 0,02 %, und
Mangan 0,01 %, und
Kupfer 0,001 %, und
Zink 0,003 %.
Die Anteile der sekundären Legierungselemente liegen bei dieser bevorzugten Ali- minium-basierten AISi10 Legierung in den folgenden Masse-%-Bereichen:
Eisen 0,16 %.
Der Masse-%-Anteil des Aliminiums ist dann neben unvermeidbaren, herstellungs- bedingten Verunreinigungen der Rest, also bei etwa 89,456 Masse-%. Die Summe aller Bestandteile der Zusammensetzung liegt jeweils bei 100 Masse-%.
Ein erfolgreich getesteter Prototyp ist so zusammengesetzt, dass die Legierung aus (in Masse-%): AI: 76,7 bis 83,4;
Si: 8,3 bis 12,3 und einem oder mehreren Elementen ausgewählt aus der Liste bestehend aus: Mg, B, Ti, Mn, Cu, Zn, Ga, Ge, Sn, Sb, Zr, V, Cr, Co, Ni, Fe und Verunreini- gungen besteht, wobei die Summe aller Bestandteile der Zusammensetzung jeweils 100 Gew.-% betragen muss.
Im Detail war bei dem Prototypen vorgesehen, dass die Legierung aufweist (jew. In Masse-%):
- Si: 10 % plus/minus 2 %, bevorzugt plus/minus 1 %; und/oder
- Fe: < 0,2 %, bevorzugt < 0,18 %, bevorzugt 0,17 % plus/minus 0,02 oder 0,16 % plus/minus 0,01 %, insbesondere 0,16 %; und/oder
- Cu < 0,005 %, bevorzugt < 0,003 %, bevorzugt 0,0015 % plus/minus 0,001 %, insbesondere 0,001 %; und/oder
- Mg < 0,5 %, bevorzugt < 0,4 %, bevorzugt 0,35 % plus/minus 0,05 %, bevorzugt 0,31 % plus/minus 0,03 % insbesondere 0,31 %; und/oder
- Mn < 0,1 % bevorzugt < 0,5 % bevorzugt 0,01 % plus/minus 0,005 % insbesondere 0,01 %; und/oder
- Ti < 0,05 % bevorzugt < 0,035 %, bevorzugt 0,025 % plus/minus 0,01 %, insbesondere 0,02 %; und/oder
- Zn < 0,005 % bevorzugt < 0,004 %, bevorzugt 0,0035 % plus/minus 0,001 %, insbesondere 0,003 %; wobei bevorzugt mindestens 2, bevorzugt mindestens 3, bevorzugt mindes- tens 4, bevorzugt mindestens 5, bevorzugt mindestens 6, jeweils in jeglich möglicher Kombination, besonders bevorzugt alle sieben der vorstehenden Elemente, vorhanden sind, wobei zusätzlich insbesondere B, Ga, Ge, Sn, Sb, Zr, V, Cr, Co, Ni und/oder aufgewiesen sein können, bevorzugt aber die Legierung frei von diesen Ele- menten ist, wobei die Summe aller Bestandteile der Zusammensetzung jeweils 100 Masse-% betragen muss.
Jede der oben genannten Legierungen trägt einzeln zum Korrosionsschutz und Er- höhung der Verschleißbeständigkeit bei. Sie zeichnen sich alle durch eine hohe me- chanische Festigkeit aus, das heißt, sie weisen alle eine hohe Belastbarkeit, Druckstabilität und Formstabilität auf.
Um die gewünschten Effekte, Erhöhung des Korrosionsschutzes und Verbesserun- gen der Verschleißbeständigkeit, zu erreichen, kann die Legierung in vorteilhafter- weise Dotanden aufweisen. Dieser Dotanden sind dabei Fremdatome, die bei einer ausreichend hohen Temperatur in einen anderen Festkörper eindringen können und sich dort bewegen und einlagern. Hierbei können folgende Mechanismen greifen:
- Leerstellendiffusion, das heißt durch leere Stellen im Kristallgitter,
- Zwischengitterdiffusion, das heißt zwischen den Atomen im Kristallgitter,
- Platzwechsel, das heißt Austausch der Gitterplätze benachbarter Atome.
Die Diffusion mit oder ohne Dotierstoff erfolgt mittels des Fick'schen Gesetzes. Die- ses hängt von verschiedenen Faktoren ab, zum Beispiel dem Material des Fremd- stoffes und des Zielstoffs sowie deren Eigenschaften (Kristallorientierung), den Konzentrationsunterschied, der Temperatur sowie der Konzentration anderer Do- tierstoffe im Kristallgitter. Der Einfachheit halber, wird in dieser Patentanmeldung teilweise bezogen auf das Kristallgitter auch nur der Begriff Kristall verwendet. Wie schnell die Diffusion stattfindet, ist dabei abhängig von der Größe des Atoms und der durch Diffusionsart im Substrat. Dabei führen kleine Diffusionskoeffizienten meist zu einer hohen Prozesszeit. Wie bereits beschrieben, ist ein wichtiger Aspekt für die Diffusion und dem daraus resultierenden Dotierungsprofil der Konzentrati- onsunterschied. Das Dotierungsprofil resultiert zumeist aus der Charakteristik der Dotierstoffquelle. Die Dotierstoffquelle kann dabei eine unerschöpfliche Quelle oder eine erschöpfliche Quelle sein. Bei einer unerschöpflichen Dotierstoffquelle wird eine konstante Dotierstoffkonzentration an der Oberfläche des Kristalls angenom- men, welche so dass in die Tiefe diffundierte Fremdatome direkt aus der Dotierstoff- quelle ersetzt werden. Daraus ergibt sich, dass mit zunehmender Diffusionszeit und -temperatur der Dotierstoff tiefer in den Kristall eindiffundiert und die Menge zu- nimmt. Die Konzentration an der Oberfläche bleibt dabei konstant. Im Unterschied dazu, ist bei einer Diffusion aus einer erschöpflichen Dotierstoffquelle die Dotier- stoffmenge konstant. Hier nimmt mit zunehmender Diffusionszeit und -temperatur die Eindringtiefe des Dotierstoff zu, gleichzeitig nimmt aber die Konzentration an der Oberfläche ab.
Die Dotanden für die Legierung werden aus der dritten Hauptgruppe und/oder ers- ten und/oder dritten und/oder vierten und/oder fünften und/oder sechsten und/oder siebten und/oder achten Neben-gruppe und/oder der Lanthanoiden-Gruppe des Pe- riodensystems der Elemente gewählt.
Dabei ist es denkbar, dass die Legierungen einen oder zwei Dotanden aufweist. In speziellen Fällen sind auch drei oder vier oder mehrere Dotanden bzw. Dotierstoffe möglich.
Bevorzugt werden die folgenden Elemente (in Masse-%) als Dotanden eingesetzt:
Antimon: 0,1 bis 1 , und/oder
Wismut: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Scandium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Yttrium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Lanthan: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Cer: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Hafnium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Niob: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Tantal: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Molybdän: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Wolfram: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Rhenium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Ruthenium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Osmium: 0,01 bis 0,1 , und/oder Rhodium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Indium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Palladium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Platin: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Silber: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Gold: 0,01 bis 0,1.
Diese führen zu einer oben genannten Legierung zugesetzt zu einer selektiven Bil- dung gewünschter intermetallischer Phasen, da sie als Katalysator oder Inhibitor fungieren. Die Diffusion der Legierung und die Einlagerung der Dotierstoffe führen zu einer Gefügeänderung. Vorschlagsgemäß weist die Diffusionszone verglichen mit dem Trägerkörper ein anderes Gefüge auf. Dadurch erhöht sich die Härte und somit auch die Verschleißbeständigkeit des Bremsscheiben-Trägerkörpers.
Für den Grundkörper des Bremselement-Trägerkörpers eignen sich Stahl, Stahl- guss, Schleuderguss, Grauguss oder Kugel-Graphit-Guss. Ferner ist auch ein Grundkörper aus Aluminium denkbar.
Diese Metalle eignen sich hervorragend für das Eindiffundieren der genannten Le- gierungen mit oder ohne Dotanden. Die bei der Diffusion der Legierung in den Grundkörper entstehende Diffusionszone weist im Vergleich zu Material des Grund- körpers eine höhere Härte (in Vickers) aus. Dies bildet die Basis für eine verbesser- tes Verschleißverhalten.
Um eine Diffusionszone mit einer ausreichenden Härte zu erzeugen ist es vorteil- haft, wenn die Legierungsschicht eine Dicke von 0,1 bis 0,4 mm aufweist. Als be- sonders vorteilhaft hat sich eine Legierungsschichtdicke von 0,2 bis 0,3 mm erwiesen.
Eine besonders gute Verschleißbeständigkeit, also Härte, und damit einhergehen- der guter Korrosionsschutz wird erreicht, wenn die Diffusionszone eine Dicke von 0,05 bis 0,6 mm aufweist. In einem Bereich von 0,2 bis 0,3 mm Dicke der Diffusi- onszone sind gewünschten Eigenschaften besonders ausgeprägt.
Die erhöhte Härte ergibt sich aufgrund der Diffusion in die Diffusionszone des Brem- selement-Trägerkörper. Diese weist eine mittlere Härte auf. Dabei weist die mittlere Härte der Diffusionszone eine im Vergleich zur mittleren Härte des Trägerkörpers um einen Faktor 1 ,0 bis 8, bevorzugt 1 ,5 bis 5, erhöhte Härte auf.
Die Verbesserung also Erhöhung der Härte im Vergleich zum Grundkörper ist ab- hängig vom Grundmaterial. Demnach weist die mittlere Härte der Diffusionszone bei dem Trägermaterial Grauguss oder Schleuderguss oder Stahl oder Stahlguss des Trägerkörpers eine im Vergleich zur mittleren Härte des Trägerkörpers eine um einen Faktor von 2,5 bis 8, insbesondere von 2 bis 5, erhöhte Härte auf. Bei dem Trägermaterial Aluminium des Trägerkörpers weist die mittlere Härte der Diffusions- zone eine im Vergleich zur mittleren Härte des Trägerkörpers eine um einen Faktor von 1 ,5 bis 4, insbesondere von 1 ,5 bis 3, erhöhte Härte in HV auf.
Dabei kann die Härteverteilung entlang der Längsachse, Querachse und Verti- kalachse bzw. entlang des Radius und der Winkelkoordinate der Diffusionszone eine maximale Abweichung von 10 bis 15% von der mittleren Härte (Härte in HV) der Diffusionszone aufweisen.
Das im Vergleich zum Grundkörper andere Gefüge der Diffusionszone weist eine Mischkristall-Matrix auf. Die Mischkristall-Matrix ist aus binären oder ternären oder höheren intermetallischen Phasen gebildet.
Als Mischkristall (Mk) wird ein Kristall oder Kristallit bezeichnet, der aus mindestens zwei verschiedenen chemischen Elementen besteht, wobei die Fremd-Atome oder -Ionen statistisch verteilt sind. Diese können entweder in die Zwischengitterplätze eingelagert sein (Einlagerungsmischkristall oder interstitielle Lösung) oder ein Atom des anderen Elements durch Substitution ersetzen (Substitutionsmischkristall). Mischkristalle sind somit feste Lösungen, die, wenn sie metallische Eigenschaften besitzen, auch Legierungen genannt werden (Wikipedia).
Eine intermetallische Verbindung (auch intermetallische Phase oder intermediäre Phase) ist eine homogene chemische Verbindung aus zwei oder mehr Metallen. Sie zeigen im Unterschied zu Legierungen Gitterstrukturen, die sich von denen der kon- stituierenden Metalle unterscheiden.
Hierbei liegt die Mischkristall-Matrix der Diffusionszone ohne Ausscheidung reiner Metalle vor. Mittels der bereits erwähnten Diffusion einer Legierung, insbesondere einer Legie- rung mit Dotanden, in den Grundkörper des Bremselement-Trägerkörpers kann die vorschlagsgemäße Diffusionszone im Sinne einer Funktionsschicht zielgerichtet und zweckorientiert realisiert werden. Dadurch wird ein gradiertes Schichtsystem mit annähernd parallel ausgebildeten Grenzen zwischen den entstandenen diver- sen Phasen innerhalb dieser Schicht erzeugt.
Dabei weisen die intermetallischen Phasen des vorschlagsgemäßen Bremsele- ment-Trägerelements mit zunehmender Entfernung von der Oberfläche des Grund- körpers eine stufig zunehmende Konzentration an Eisen oder Kohlenstoff und stufig abnehmende Konzentration an Aluminium und/oder Silicium und/oder der Dotanden auf.
Anders gesagt, weist die Diffusionszone eine gradierte Struktur aus binären, ternä- ren oder höheren intermetallischen Phasen von diskreter, exakt definierter daltoni- der chemischer Zusammensetzung mit verschiedenen Anteilen der originären Grundkörper Elemente Eisen und Kohlenstoff sowie mit verschiedenen Anteilen der durch Diffusion in den Grundkörper eingebrachten Schicht-Elemente Aluminium, Si- licium, diversen Legierungselementen und Dotanden auf.
Die Mischkristall-Matrix zeichnet sich im Vergleich zu den in der Mischkristall-Matrix eingebetteten intermetallischen Phasen eine erhöhte Zähigkeit und Duktilität auf- weist.
Die eindiffundierte Legierung mit und ohne Dotanden bewirken, dass die Diffusions- zone einen höheren Schmelzpunkt und/oder schlechtere niedrigere Wärmeleitfähig- keit und/oder schlechtere, niedrigere Strom leitfähigkeit und/oder höhere mechanische Festigkeit und/oder höhere Härte und/oder geringere Reaktionsfähig- keit gegenüber chemischen Reaktionspartnern aufweist als das Metall des Grund- körpers.
Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich gesagt werden, dass die ge- wünschten Effekte, das heißt, die Verbesserung der Verschleißbeständigkeit sowie des Korrosionsschutzes, aufgrund der sich bei der Diffusion der Legierung, insbe- sondere einer Legierung mit Dotanden, bildenden intermetallischen Phasen als in- tegrativer Bestandteil des Gesamtgefüges der Diffusionszone des Grundkörpers einstellen. Auch wenn diese intermetallischen Phasen aus Metallen hervorgehen, zeigen sie selbst keramische Eigenschaften. Diese sind auf die veränderten Bin- dungsverhältnissen im Elektronenfeld des Kristallgitters zurückzuführen, wobei die intermetallischen Verbindungen definierte Valenzen aus lokalisierten Elektronen- paaren aufweisen. Dies erschwert den Angriff brönsted-acider Medien, und führt zu der gewünschten hohen Korrosionsresistenz.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommeln mit einem Bremselement-Trägerkörper, mit einem als Reibflä- che ausgebildeten Bereich und mit einem als Anlagefläche ausgebildeten Bereich, in einer weiteren Ausführungsform kann dabei das hier verwendete Bremselement Trägerkörper so ausgestaltet sein wie oberhalb bereits beschrieben. Dabei ist eine Bremsscheibe mit zwei sich gegenüberliegenden Reibflächen besonders vorteilhaft.
Eine derartige Bremsscheibe oder Bremstrommel weist einen langfristig wirksame- ren Korrosionsschutz sowie eine erhöhte Verschleißfestigkeit auf.
Sowohl die Reibfläche als auch die Anlagefläche bilden Funktionsbereiche der Bremsscheibe bzw. der Bremstrommel. Dabei ist die Reibfläche die Fläche, auf die die Bremsbeläge mit einer definierten Normalkraft einwirken, wobei durch die glei- tende Reibung zwischen beiden die angestrebte Bremswirkung erreicht wird. Die Anlagefläche ist die Fläche, die sich zumindest teilweise in radialer Richtung er- streckt. Sie ist in Umfangsrichtung der Bremsscheibe orientiert, wobei auch hier ein Normalenvektor in Umfangsrichtung wirkt. Dies ermöglicht eine gute Bremsmomen- tenübertragung. Die Anlagenfläche findet sich beispielsweise am Bremstopf einer Bremsscheibe.
Vorschlagsgemäß weist die Legierungsschichtdicke auf der Bremsscheibe oder Bremstrommel eine Dicke von 0,1 bis 0,4 mm auf. Ein besonders gutes Ergebnis der Diffusion zeigt sich, wenn die Legierungsschicht 0,2 bis 0,3 mm dick ist. Besonders harte und verschleißresistente Bremsscheibe oder Bremstrommel wei- sen vorschlagsgemäß eine Diffusionszone mit einer Dicke von 0,05 bis 0,6, vor- zugsweise 0,3 bis 0,6 mm, auf.
Beim Bremsvorgang werden vor allem die Reibflächen in Mitleidenschaft gezogen. Aus diesem Grund ist es möglich, dass sowohl die aufgetragene Legierungsschicht- dicke als auch die entstehende Diffusionszone bei der Reibfläche und der Anlagen- fläche unterschiedliche Dicken aufweisen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Diffusionszone der Reibfläche eine Dicke von 0,3 bis 0,6 mm aufweist.
Für einen wunschgemäßen Bremsvorgang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Reibfläche und die Anlagefläche kreisringförmig sind. Hier ist allerdings auch denk- bar, dass lediglich eine der beiden Flächen kreisringförmig ist.
Aufgrund der Reibung während des Bremsprozesses kann Wärme erzeugt werden. Werden die dabei erzeugten Temperaturen zu hoch, kann dies negative Folgen für die Lebensdauer der Bremsschiebe oder Bremstrommel haben, allerdings auch auf den Bremsvorgang selbst. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, dass Belüftungs- kanäle vorgesehen sind, um beispielsweise einen innenbelüftete Bremsscheibe zu erhalten. Diese können vorschlagsgemäß auf und in, aber auch auf oder in, dem Grundkörper vorgesehen sein.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Bremsbelag-Rücken- platte oder einem Bremsschuh umfassend ein Bremselement-Trägerplatte. Auch hier kann in einem speziellen Fall ein Bremselement-Trägerplatte gemäß obiger Be- schreibung vorgesehen werden.
Um ein optimales Ergebnis bei der Diffusion zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Dicke der Legierungsschicht bei der Bremsbelag-Rückenplatte oder dem Bremsschuh eine Dicke von 0,1 bis 0,3 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm, aufweist.
Eine erhöhte Härte und Verschleißbeständigkeit wird erreicht, wenn die Dicke der Diffusionszone bei der Bremsbelag-Rückenplatte oder dem Bremsschuh eine Dicke von 0,05 bis 0,3mm aufweist. Dabei hat sich ein Bereich der Dicke der Diffusions- zone zwischen 0,05 bis 0,15 mm als besonders vorteilhaft erwiesen. Um in Einsatz einen Bremsvorgang durchführen zu können, wird vorgeschlagen, dass auf die Außenfläche der Legierung ein Bremsbelag aufgebracht ist.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein Verfahren zur Her- stellung eines Bremselement-Trägerkörpers, aufweisend die folgenden Schritte:
1 . Bereitstellen eines Grundkörpers,
2. Durchführen eines Strahlvorgangs mit keramischen Hartstoffen zur Entfer- nung der Oxidschicht auf der Oberfläche des Grundkörpers,
3. Aufträgen einer auf Aluminium-basierenden Legierung auf den Trägerkörper,
4. Temperieren des Trägerkörpers mit der aufgetragenen Legierung.
Mit diesem Verfahren kann insbesondere das oben beschriebene Bremselement- Trägerkörper hergestellt werden.
Der bereitgestellte Trägerkörper für den Bremselement-Trägerkörper kann gegos- sen oder ausgetanzt sein.
Dabei ist der Strahlvorgang besonders wichtig. Dieser befreit die zu beschichtende Oberfläche der Bremsscheibe von Eisenoxiden. Werden diese nicht entfernt, kön- nen sie als eine Barriere gegenüber der Eindiffusion der Elemente der aufgetrage- nen Legierung in das Gefüge des metallischen Grundkörpers wirken.
Besonders gute Ergebnisse der Diffusion in Bezug auf deren Herstellungszeit, also schnelles Eindiffundieren, und Qualität bzw. Tiefe der Diffusion ergeben sich, wenn der Grundkörper vor dem Strahlvorgang erwärmt wird.
Für den Strahlvorgang eignen sich vor allem Werkstoffen mit einer geringen Affinität zum Einbetten in den Werkstoff des Grundkörpers. Dabei werden keramische Hart- stoffe eingesetzt. Als besonders geeignet haben sich Korund, Quarz, Borcarbid, Ti- tancarbid, Siliziumcarbid und Chromcarbid herausgestellt. Diese können jeweils einzeln, aber auch in Kombination für den Strahlvorgang eingesetzt werden.
Der Strahlvorgang hat nicht nur die Aufgabe ungewollte Elemente von der Oberflä- che des Grundkörpers zu entfernen, sondern bereitet ihn gleichzeitig auch auf den nachfolgenden Auftrag der Legierung vor. Diese soll schnell und einfach in das Ge- füge des metallischen Grundkörpers eindiffundieren. Dies gelingt in vorteilhafter- weise, wenn der Strahlvorgang auf einer Oberfläche des Grundkörpers eine Rauig- keit Rz von 5 pm bis 10 pm erzeugt. Die Rauigkeit bewirkt eine intensive mikro- formschlüssige Verklammerung zwischen der aufgetragenen Legierungsschicht und dem Grundwerkstoff.
Für den Strahlvorgang mit keramischen Hartstoffe hat sich eine Korngröße von 0,5 mm bis 1 ,5 mm, insbesondere 0,8 mm bis 1 ,2 mm, als besonders effektiv zum Er- zeugen einer Rauigkeit erwiesen.
Dabei hat es sich als sehr effektiv und effizient herausgestellt, wenn der Strahlvor- gang in einem Winkel zur Oberfläche des Bremselement-Trägerkörpers durchge- führt wird, wobei der Winkel 45° ± 10° beträgt.
In Schritt 3 des Verfahrens wird erfindungsgemäß eine auf Aluminium-basierende Legierung auf den Trägerkörper aufgetragen. Die Legierung basiert auf Aluminium und Silizium und kann, muss allerdings nicht, Dotanden aufweisen. Sowohl die Le- gierung als auch die Dotanden wurden in ihrer Vielfältigkeit bereits weiter oben aus- führlich beschrieben. Es wird an dieser Stelle nach oben verwiesen.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Legieren mittels eines Hochge- schwindigkeitsflammspritz-Verfahrens, oder einem Lichtbogendrahtspritzen oder ei- nem Pulverbeschichtungsverfahren erfolgt.
Beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF) erfolgt eine kontinuierliche Gasverbrennung unter hohem Druck innerhalb einer Brennkammer, in deren zent- raler Achse der pulverförmige Spritzzusatz zugeführt wird. Bei HVOF ist es vorteil- haft eine hohe Strömungsgeschwindigkeit im Gasstrahl zu haben, dies wird durch den in der Brennkammer erzeugten hohen Druck des Brenngas-Sauerstoff-Gemi- sches und der meist nachgeordneten Expansionsdüse erzeugt. Dadurch werden die Spritzpartikel auf die hohen Partikelgeschwindigkeiten beschleunigt, die zu enorm dichten Spritzschichten mit ausgezeichneten Hafteigenschaften führen. Als Brenn- gase können Propan, Propen, Ethylen, Acetylen und Wasserstoff verwendet wer- den. Beim Lichtbogendrahtspritzen werden zwei drahtförmige Spritzzusätze aus glei- chen oder unterschiedlichen Materialien in einem Lichtbogen abgeschmolzen und mittels eines Zerstäubergases, z.B. Druckluft, auf die vorbereitete Werkstückober- fläche geschleudert.
Beim Pulverbeschichten wird ein Pulver auf einen in der Regel elektrisch leitfähigen Werkstoff aufgesprüht und anschließend getempert. Das Pulver schmilzt auf der Metalloberfläche und bildet eine gleichmäßige Schicht, die beispielsweise gegen Korrosion schützt.
Hier ist besonders zweckmäßig, das Aufträgen der Legierung auf den Grundkörper direkt nach dem Strahlen durchzuführen, denn dies verringert die Gefahr das sich erneut Eisenoxide bilden bzw. auf der Oberfläche des Trägerkörpers ablagern kön- nen.
Schritt 4 sieht das Temperieren des Trägerkörpers mit der aufgetragenen Legierung vor. Dies beschleunigt den Diffusionsvorgang und lässt es zu der Einlagerung der Dotanden in die Gitterstruktur zu steuern.
Die thermische Behandlung, auch Tempervorgang genannt, der beschichteten Bremsscheibe bewirkt die Eindiffusion der Legierungselemente der auf der Oberflä- che des Grundkörpers aufgespritzten Schicht. Bei einem Tempervorgang wird ein Produkt über einen Zeitraum t bestimmten Temperaturen T ausgesetzt, um be- stimmte Prozesse, bspw. chemische Prozesse, zu erzeugen oder zu beschleunigen oder zu erleichtern. Bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunkts der jeweiligen aufgespritzten Schicht erfolgt diese Eindiffusion nur sehr langsam, oberhalb des Schmelzpunkts viel schneller. Als funktionell und wirtschaftlich geeignetes Intervall für die maximale Haltetemperatur hat sich der Bereich von +590°C bis +750°C er- wiesen. Der beschriebene Tempervorgang bzw. das Temperieren des Grundkör- pers mit aufgetragener Legierung kann entlang einer Temperaturverlaufskurve von 600°C bis 750°C erfolgen. Diese Temperaturverlaufskurve kann dabei linear oder exponentiell oder zyklisch verlaufen. Es ist auch denkbar, dass die Temperaturver- laufskurve eine Aufheizphase, eine Haltephase und eine Abkühlphase aufweist. Am Anfang des Tempervorgangs liegt noch der maximale Konzentrations-Gradient zwischen den Stoffsystemen als treibendes Gefälle der Diffusion vor. Für eine zu Beginn schnelle Diffusion genügt daher eine Temperatur der aufgeschmolzenen Schicht, die nur knapp über ihrem Schmelzpunkt liegt. Im Zuge der fortschreitenden Diffusion flacht der treibende Konzentrations-Gradient ab, so dass für die Einhaltung einer weiterhin schnellen Diffusion das Niveau der Haltetemperatur stetig oder stufig angehoben wird, um den sinkenden Einfluss des Gradienten mittels einer höheren thermischen Kinetik zu kompensieren. Es ist also denkbar die Temperaturver- laufskurve an einen Konzentrationsgradienten der Diffusion der Legierung in das Metall des Grundkörpers anzupassen.
Der Grund für die angepasste Haltetemperatur besteht in der Minimierung eines thermischen Einwirkungskollektivs auf das Gefüge des metallischen Grundkörpers und dessen Schonung im Zuge seiner thermischen Behandlung. Im Zuge der Auf- schmelzung der aufgespritzten Schicht zum Zwecke ihrer schnellen Eindiffusion in den Grundkörper bildet die Schmelze eine wirksame Barriere gegenüber dem Sau- erstoff der Luft, wobei dieser an der luftzugewandten Oberfläche der Schmelze ab- gefangen und dort als Aluminiumoxid chemisch gebunden wird. Die gebildete Oxidschicht verhindert den Eintritt von weiterem Sauerstoff in die Schmelze. In die Diffusionsschicht kann daher im Zuge der Temperierung kein Sauerstoff aus der Luft eingelagert werden. Gemäß der hohen Elektropositivität des Aluminiums und seiner Position innerhalb der chemischen Spannungsreihe bindet es den Sauerstoff gegenüber dem Silicium deutlich bevorzugt.
Für ein verbessertes Ergebnis, also einer Harten und verschleißresistenten Diffusi- onszone, d.h. eine vollständig, zumindest im wesentlich vollständig, in den Grund- körper eindiffundierte Legierung, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Temperieren für 180 bis 360 Minute, bevorzugt 210 bis 300 Minuten, durchgeführt wird.
Nach einem fünften Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein Verfahren zur Her- stellung einer Bremsscheibe oder Bremstrommel aufweisend die folgenden Schritte:
1. Bereitstellen eines Bremselement-Trägerkörpers 2. Abtragen der Legierung, bis Diffusionszone erreicht ist, um eine Reibfläche zur erzeugen.
Das Verfahren kann angewendet werden, um die oben beschriebene Bremsscheibe oder Bremstrommel herzustellen. Das in Schritt 1 bereitgestellte Bremselement- Trägerkörper kann dabei das oben beschriebene Bremselement-Trägerkörpers oder das nach dem obigen Verfahren hergestellte Bremselement-Trägerkörper sein. Es wird daher an dieser Stelle nach oben verwiesen.
Um eine saubere und bremsbereite Reibfläche zu erzeugen, muss die überschüs- sige Legierung abgetragen werden, bis die Diffusionszone erreicht ist. Vorschlag- gemäß kann das Abtragen mechanisch durchgeführt werden. Hier bietet es sich an, dass die Legierung abgeschliffen oder abgedreht wird. Durch das Abtragen der überschüssigen Legierungen wird die Reibfläche bzw. die Reibflächen der Brems- scheibe gebildet. Die Reibfläche weist die Eigenschaften der Mischkristall-Matrix der Diffusionszone auf, d.h. , dass sie sehr hart und verschleißresistent ist.
Das Abtragen ist abhängig von den Materialien und der Legierungsschichtdicke. Allerdings hat sich ein Abtragen der Legierung bis zu max. 0,05 mm oder bis zu max. 1 mm oder bis zu max. 1 ,5 mm, als vorteilhaft erwiesen. Das Abtragen kann dabei in einem Schritt oder in mehreren Schritten durchgeführt werden, um zwi- schendurch die Oberfläche begutachten zu können.
Weiterhin kann die Bremsscheibe oder die Bremstrommel, einen metallischen Grundkörper mit einer aus den Matrixwerkstoffen Eisen und Kohlenstoff sowie den zuvor aufgespritzten primären Schichtwerkstoffen Aluminium, Silicium, Magnesium und Mangan bestehende Diffusionszone, welche als Ergebnis einer thermischen Behandlung und Eindiffusion der Schichtwerkstoffe entstanden ist, aufweisen, wo- bei die eine Schichtdicke der Diffusionszone eine Dicke von 0,05 bis 0,6, vorzugs- weise 0,3 bis 0,6 mm, aufweist.
Bei der die Diffusionszone die Elemente Eisen, Kohlenstoff Aluminium, Silicium, Magnesium und Mangan enthält, wobei die Elemente Eisen, Aluminium, Silicium und Mangan in Form vieler autark und separat gewachsener Kristalle neue binäre, ternäre und quaternäre intermetallische Phasen bilden, welche in einer ebenfalls neuen parallel koexistierenden Misch-kristall-Matrix, bestehend aus den sechs oben genannten Elementen, eingebettet sind.
Des Weiteren kann die entstandene Diffusionsschicht derart ausgebildet sein, dass in der neu gebildeten Mischkristall-Matrix die Elemente des Grundkörpers Eisen und Kohlenstoff kontinuierlich mit steigender Tiefe zunehmen, während die Elemente der aufgespritzten Schicht Aluminium, Silicium, Magnesium und Mangan kontinu- ierlich mit steigender Tiefe abnehmen. In den Kristallen der neu gebildeten interme- tallischen Phasen erfahren die genannten Elemente ebenfalls mit steigender Tiefe Änderungen in ihren Konzentrationen, die qualitativ derselben Tendenz folgen, dies aber nicht kontinuierlich, sondern in diskreten Sprüngen entsprechend der Zusam- mensetzungsformel der jeweils dominierenden Intermetallphasen.
Nach einem sechsten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein Verfahren zur Her- stellung einer Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh aufweisend die folgen- den Schritte:
1. Bereitstellen eines Bremselement-Trägerkörpers
2. Aufbringen eines Bremsbelags auf die legierte Oberfläche, um eine Reibflä- che oder Anlagefläche zu erzeugen.
Das Verfahren kann angewendet werden, um die oben beschriebene Bremsbelag- Rückenplatte oder den Bremsschuh herzustellen. Das in Schritt 1 bereitgestellte Bremselement-Trägerkörper kann dabei das oben beschriebene Bremselement- Trägerkörpers oder das nach dem obigen Verfahren hergestellte Bremselement- Trägerkörper sein. Es wird daher an dieser Stelle nach oben verwiesen.
Der in Schritt 2 aufgebrachte Bremsbelag kann auf die legierte Oberfläche des Bremselement-Trägerkörpers aufgeklebt oder aufgeschweißt werden. Es ist dabei denkbar, dass der Bremsbelag aufgeklebt und aufgeschweißt werden.
Der Bremsbelag kann dabei wie folgt aufgebaut sein:
- 30 bis 65% Metall (Stahl, Eisen, Kupfer oder Messing) gemischt mit Graphit, Füllstoffen und Bindemitteln, oder - 10 bis 30% Metall (Kupfer oder Stahl) Fasern aus Glas, Gummi, Carbon oder Aramiden, wobei sich ein besseres Bremsverhalten bei hohen Geschwindig- keiten erzielen lässt, oder
- Organischen oder mineralischen Fasern und temperaturresistenten Kunst- bzw. Naturharzen, womit sich der Verschleiß der Bremsbeläge verringert und weniger sichtbarer Staub erzeugt wird, oder
- keramischen Fasern, Füllstoffen und Bindemitteln, bspw. Kohlenfaserver- stärktes Siliziumcarbid, womit sich die Lautstärke reduzieren lässt, oder
- gesintertes Metallpulver, womit sich höhere Standzeiten, und eine verbes- serte Hitzebeständigkeit einstellen, die reduziert das Nachlassen der Brems- wirkung bei intensiver Benutzung, oder
- geringen Anteil an Metallen und höheren Anteil an organischen oder minera- lischen Fasern, womit ein geräuscharmer Betrieb erzeugt wird und sie sich weniger abnutzen,
Nach einem siebten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein Bremssystem um- fassend eine Bremsscheibe oder Bremstrommel wie oben beschrieben und eine Bremsbelag-Rückenplatte oder einen Bremsschuh wie oben beschrieben.
Dabei gehören eine Bremsscheibe und eine Bremsbelag-Rückenplatte zu einer Scheibenbremse. Eine Bremstrommel und ein Bremsschuh gehören zu benötigten Teilen einer Trommelbremse.
Nach weiteren Aspekten der Erfindung löst die Aufgabe ein Kraftfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein stationäres industrielles Bremssystem oder eine Windkraft- anlage umfassend dieses Bremssystem.
Fig. 1 Querschnitt eines Bremselement-Trägerkörpers für eine Bremsscheibe oder Bremstrommel bzw. für eine Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh während des Strahlvorgangs;
Fig. 2 Querschnitt eines Bremselement-Trägerkörpers für eine Bremsscheibe oder Bremstrommel bzw. für eine Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh mit aufgetragener Legierung; Fig. 3 Querschnitt eines Bremselement-Trägerkörpers für eine Bremsscheibe oder Bremstrommel bzw. für eine Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh während des Tempervorgangs;
Fig. 4 Querschnitt eines Bremselement-Trägerkörpers für eine Bremsscheibe oder Bremstrommel bzw. für eine Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh nach dem Tempervorgang;
Fig. 5 Querschnitt eines Bremselement-Trägerkörpers für eine Bremsscheibe oder Bremstrommel während des Entfernens der überschüssigen Legierung;
Fig. 6 Querschnitt einer Bremsscheibe oder Bremstrommel;
Fig. 7 schematisch dargestellte Bremsscheibe mit Bremstopf;
Fig. 8 schematisch dargestellte Bremsbelag-Rückenplatte;
Fig. 9 Ausschnitt aus einem Bremssystem, umfassend eine Bremsscheibe und eine Bremsbelag-Rückenplatte.
Die Figuren 1 bis 5 zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines Bremselement-Trä- gerkörpers für eine Bremsscheibe oder Bremstrommel bzw. für eine Bremsbelag- Rückenplatte oder Bremsschuh. Dabei werden die beanspruchten Bremselement- Trägerkörpers für eine Bremsscheibe oder Bremstrommel bzw. für eine Bremsbe- lag-Rückenplatte im Verlauf der folgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Bei der Herstellung des Bremselement-Trägerkörpers 1 für eine Bremsscheibe oder Bremstrommel bzw. für eine Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh wird der Grundkörper 2 bereitgestellt. Dieser besteht aus einem Metall. Vorliegend handelt es sich um einen Grundkörper 2 aus Grauguss. In anderen Ausführungsformen ist der Grundkörper 2 aus Stahl, Stahlguss, Schleuderguss oder Kugel-Graphit-Guss.
Um eine saubere und oxid-freie, vor allem Eisenoxid-freie, Oberfläche zu erhalten, muss eine Strahlvorgang mit keramischen Hartstoffen 4 zur Entfernung dieser Oxid- schichten auf die Oberfläche 3 des Grundkörpers 2 durchgeführt werden (Fig. 1 ). In diesem Ausführungsbeispiel wird die Oberfläche 3 des Grundkörpers 2 mit Korund mit einer Korngröße von 0,5 bis 1 ,5 mm gestrahlt, wodurch eine gewünschte Rau- igkeit von 5 pm bis 10 pm erzeugt wird. Der Strahlvorgang wurde in einem Winkel von ca. 40° durchgeführt. Für den Strahlvorgang eigenen sich besonders Winkel zwischen 35° bis 55°.
In weiteren Ausführungsbeispielen kommen Quarz, Borcarbid, Titancarbid, Silizi- umcarbid oder Chromcarbid zur Entfernung dieser Oxidschichten zum Einsatz. Auch eine Mischung der keramischen Hartstoffe ist möglich. Hier sollte nur darauf geachtet werden, dass die verwendeten Stoffe keine Affinität dazu haben in den Grundkörper zu diffundieren.
Vor diesem Vorgang kann der Grundkörper erwärmet werden. Dies verbessert die Entfernung der Oxidschichten.
Nach dem Strahlvorgang wird die Aluminium-basierte Legierung 5 auf den Grund- körper aufgetragen. Dabei zeigt Fig. 2 den Zustand, nach dem Auftrag der Legie- rung 5 auf die Oberfläche 3 des Grundkörpers 2. Die Legierung 5 kann dabei als eine Schicht oder mehrere Schichten aufgetragen werden. In dem Ausführungsbei- spiel ist die Legierungsschichtdicke (LSD) mit einer Dicke von 0,25 mm aufgetragen worden. Generell gilt, dass der gewünschte Effekt bei einer Legierungsschichtdicke von 0, 1 bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,3 mm, eintritt.
Für die Aluminium-basierten Legierungen hat sich vor allem die Kombination mit Silizium als vorteilhaft für die Verschleißbeständigkeit herausgestellt. Dabei sollte Silizium zu 5 bis 50 Masse-% vorhanden sein. Als besonders vorteilhaft haben sich dabei Legierungen mit einem Aluminium-Gehalt zwischen 70 und 90 Masse-% so- wie einem Silizium-Gehalt zwischen 5 und 25 Masse-% herausgestellt. In dem ers- ten Ausführungsbeispiel wurde die Legierung AI88 Si10 Mg2 mit Antimon als Dotand aufgetragen. Diese wurde hier mit dem Hochgeschwindigkeitsflammspritz- Verfahren aufgebracht.
Die folgende Tabelle 1 zeigt weitere bevorzugte Aluminium-Silizium Legierungen und Tabelle 2 zeigt mögliche Dotanden.
Aluminium-Silizium Legierungen Dotanden
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In weiteren Ausführungsbeispielen kann jeweils eine der Aluminium-Silizium Legie- rungen Nr.1 bis Nr. 33 mit einem oder mehreren der Dotanden a) bis t) kombiniert werden. Diese erhöhen den Korrosionsschutz sowie die Verschleißbeständigkeit in- dem sich die Dotanden mit der Legierung in das Kristallgitter des Grundkörper 1 einlagern.
Anschließend kann der Vorgang der Diffusion beginnen. Dabei diffundiert die Le- gierung 5 in den Grundkörper 2 ein.
Im Anschluss an das Aufträgen wird der Trägerköper mit der aufgetragenen Legie- rung getempert. Das Tempern wird in einem Temperofen 6 durchgeführt. Dabei herrschen Temperaturen zwischen 590 °C und 750 °C, hier mit einer Temperatur- kurve über einen Zeitraum von 270 min. Dabei weist die Temperaturkurve eine Auf- heizphase, Haltephase und eine Abkühlphase auf. Während der Aufheizphase wird der Trägerkörper mit Legierung in einem Zeitraum von ca. 60 min linear von 590 °C auf 750 °C erwärmt, um in der Haltphase für 150 min auf 750 °C gehalten, um in der Abkühlphase für 60 min von 750 °C auf 590 °C abgekühlt zu werden. Allerdings kann hier auch ein Zyklus abgefahren werden. Auch die Dauer des Tempervor- gangs kann variieren. Die besten Ergebnisse zeigten sich bei allen Ausführungsbei- spielen bei Temperzeiten zwischen 180 min bis 360 min, wobei sich die besten Ergebnisse bei 210 min bis 300 min zeigten. Danach konnte keine Verbesserung durch einen längeren Tempervorgang mehr festgestellt werden.
Das Tempern aktiviert den Ausgleichsprozess der Konzentrationsunterschiede zwi- schen Grundkörper 2 und Legierung 5. Dabei setzen sich die Atome und Ionen der Legierung und Dotanden in die Gitterfehlstellen des Kristallgitters des Grundkörpers und lagern sich dort ein. Dieser Vorgang bildet Diffusionszone 7, welche aus einer Mischkristall-Matrix mit intermetallischen Phasen besteht.
Dabei hat sich im vorliegenden Beispiel eine Diffusionszone mit einer Dicke von 0,2 bis 0,3 mm eingestellt. Gute Ergebnisse stellen sich bei 0,05 bis 0,6 mm ein. Wäh- rend des Temperprozesses diffundiert die Legierung vollständig bzw. fast vollstän- dig ein. Im Ausführungsbeispiel ist die Legierung nicht vollständig eindiffundiert, das heißt es bleibt ein Rest der Legierung bestehen (Fig. 4).
Dies ist für den Bremselement-Trägerkörper unproblematisch. Für die Lagerung des Bremselement-Trägerkörpers ist dies sogar positiv.
Ausgehend vom Endergebnis der Herstellung des Bremselement-Trägerkörpers 1 , wie in Fig. 4 gezeigt, kann nun eine Bremsbelag-Rückenplatte 12 oder Bremsschuh hergestellt werden. Dies ist vorliegend nicht gezeigt. Dabei wird ein Bremsbelag 13 aus gesintertem Metallpulver aufgebracht, in diesem Fall aufgeklebt. Es ist möglich bei einem Bremselement-Trägerkörper für eine Bremsbelag-Rückenplatte 12 oder einen Bremsschuh eine geringere Legierungsschichtdicke LSD aufzubringen. Für diesen Anwendungsbereich eignen sich Schichtdicken von 0,1 bis 0,3 mm, wodurch sich eine Diffusionszone 7 mit einer Schichtdicke von 0,05 bis 0,3 mm, vorzugs- weise 0,05 bis 0,15 mm, einstellt.
Zur Herstellung der Bremsscheibe oder Bremstrommel wird der Bremselement-Trä- gerkörper, wie er gemäß Fig.1 bis Fig. 4 beschrieben und hergestellt wurde, bereit- gestellt. Eine fertige Bremsscheibe 8 oder Bremstrommel benötigt zum Bremsen eine Reibfläche 9 und eine Anlagefläche 10. Um diese zu erzeugen, wird die über- schüssige Legierung 5 (Fig. 4) vom Bremselement-Trägerköper 1 entfernt. Gemäß Fig. 5 wird die überschüssige Legierung 5a mechanisch abgetragen, d.h. abge- schliffen oder abgedreht, um die Diffusionszone 7 freizulegen, so dass eine fertige Bremsscheibe oder Bremstrommel, wie in Fig. 7 dargestellt, erzeugt wird, deren Querschnitt in Fig. 6 dargestellt ist. Dies ist vor allem für die Bremsfunktion notwen- dig, denn sonst werden die angedrückten Bremsbeläge geschädigt, was sich wie- derum negativ auf die Lebensdauer beider Teile des Bremssystems auswirkt.
Die Bremsscheibe 8 (Fig. 7) besteht aus einem Bremselement-Trägerkörper 1 , der gemäß den Fig. 1 bis Fig. 4, hergestellt wurde, und weist eine Reibfläche 9 und eine Anlagefläche 10 auf. Die Reibfläche 9 wurde dabei durch Abtragen der überschüs- sigen Legierung 5a bis zur Diffusionszone 7 gebildet. Zum Übertragen eines Dreh- momentes weist die Bremsscheibe den Bremstopf 11 mit der Anlagefläche 10 auf. Die Bremsbelag-Rückenplatte 12 (Fig. 8) umfasst einem Bremselement-Trägerkör- per 1 , der wie in den Fig. 1 bis Fig. 4, hergestellt wurde und dem Bremsbelag 13, wobei der Bremsbelag 13 in diesem Ausführungsbeispiel aufgeklebt ist. Im hier ge- zeigten Ausführungsbeispiel ist eine Bremsbelag 12 aus gesintertem Metallpulver aufgebracht.
Das Bremssystem 14 (Fig. 9) umfasst eine Bremsscheibe 8 und eine Bremsbelag- Rückenplatte 12. Das Bremssystem zeigt den Bremsvorgang, also wenn der Brems- belag 13 der Bremsbelag-Rückenplatte 12 mit einer Normalkraft auf die Reibflächen 9 der Bremsscheibe gedrückt wird. Das Aufbringen des Drucks erfolgt dabei über hydraulische Kolben.
Das Bremssystem kann beispielsweise in Kraftfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, Windkraftanlagen oder stationären industriellen Bremssystemen eingesetzt werden.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 Bremselement-Trägerkörper
2 Grundkörper
3 Oberfläche
4 keramische Hartstoffe
5 Aluminium-basierte Legierung
5a überschüssige Legierung
6 Temperofen
7 Diffusionszone
8 Bremsscheibe
9 Reibfläche
10 Anlagefläche
11 Bremstopf
12 Bremsbelag-Rückenplatte
13 Bremsbelag
14 Bremssystem
LSD Legierungsschichtdicke

Claims

Patentansprüche Bremselement-Trägerkörper
- mit einem metallischen Grundkörper,
- wobei eine Oberfläche des Grundkörpers zumindest teilweise, vorzugs- weise vollständig, mit einer Legierung beschichtet ist, und
- wobei in einer Diffusionszone die Legierung in den Grundkörper diffundiert ist. Bremselement-Trägerkörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine auf Aluminium und Silicium basierende Legierung ist. Bremselement-Trägerkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass die Legierung in einem Wertebereich von 5 (untere Grenze) bis 50 (obere Grenze) Masse-% Silicium aufweist, wobei die untere Grenze insbesondere als 6, 7, 8, 9 oder 10 Masse-% Silicium definiert sein kann, und wobei die obere Grenze insbesondere als 40, 30, 20, 15, 14, 13, 12, 11 oder 10 Masse-% Silicium definiert sein kann, wobei der Wertebereich bevorzugt als 10 bis 40, 15 bis 30, 10 plus/minus 5, 10 plus/minus 4, 10 plus/minus 3, 10 plus/minus 2 oder 10 plus/minus 1 Masse- % Silicium definiert sein kann. Bremselement-Trägerkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung in einem Wertebereich von 9 als untere Grenze bis 11 als obere Grenze Masse-% Silicium aufweist. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine auf Aluminium und Silicium basierende Legierung mit primären Legierungselementen ist, wobei die pri- mären Legierungselemente aus der zweiten und/oder dritten und/oder vierten Hauptgruppe und/oder der ersten und/oder zweiten und/oder vierten und/oder siebten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente gewählt sind, wobei bevorzugt die Legierung sekundäre Legierungselemente aufweist, wo- bei die sekundären Legierungselemente aus der dritten und/oder vierten Hauptgruppe und/oder vierten und/oder fünften und/oder sechsten und/oder achten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente gewählt sind. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 5 bis 50 Masse-% Silicium auf- weist, und aus einem oder mehreren primären Legierungselementen ausge- wählt aus einem der folgenden Elemente (in Masse-%):
Magnesium: 0,1 bis 2, und/oder
Bor: 0,1 bis 10, und/oder
Titan: 0,1 bis 5, und/oder
Mangan: 0,5 bis 5, und/oder
Kupfer: 0,1 bis 5, und/oder
Zink: 0,1 bis 5 und als Rest Aluminium und Verunreinigungen besteht. Bremselement-Trägerkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung ein oder mehrere sekundären Legierungselementen aus- gewählt aus einem der folgenden Elemente (in Masse-%)
Gallium: 0,1 bis 1 , und/oder
Indium: 0,1 bis 1 , und/oder
Germanium: 0,1 bis 1 , und/oder
Zinn: 0,1 bis 1 , und/oder
Zirconium: 0,1 bis 1 , und/oder
Vanadium: 0,1 bis 1 , und/oder Chrom: 0,1 bis 1 , und/oder
Eisen: 0,1 bis 1 , und/oder
Kobalt: 0,1 bis 1 , und/oder
Nickel 0,1 bis 1 aufweist. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine der folgenden ternäre Le- gierung ist:
AI88 Si10 Mg2,
AI88 Si10 B2,
AI88 Si10 Ti2,
AI88 Si10 Mn2,
AI88 Si10 Cu2,
AI88 Si10 Zn2,
AI83 Si15 Mg2,
AI83 Si15 B2,
AI83 Si15 Ti2,
AI83 Si15 Mn2,
AI83 Si15 Cu2,
AI83 Si15 Zn2,
AI78 Si20 Mg2,
AI78 Si20 B2,
AI78 Si20 Ti2,
AI78 Si20 Mn2,
AI78 Si20 Cu2,
AI78 Si20 Zn2. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine der folgenden quaternären Legierungen ist:
AI86 Si10 Mn2 Mg2,
AI86 Si10 Mn2 B2, AI86 Si10 Mn2 Ti2,
AI86 Si10 Mn2 Cu2,
AI86 Si10 Mn2 Zn2,
AI81 Si15 Mn2 Mg2,
AI81 Si15 Mn2 B2,
AI81 Si15 Mn2 Ti2,
AI81 Si15 Mn2 Cu2,
AI81 Si15 Mn2 Zn2,
AI76 Si20 Mn2 Mg2,
AI76 Si20 Mn2 B2,
AI76 Si20 Mn2 Ti2,
AI76 Si20 Mn2 Cu2,
AI76 Si20 Mn2 Zn2. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung aus (in Masse-%):
AI: 76,7 bis 83,4;
Si: 8,3 bis 12,3 und einem oder mehreren Elementen ausgewählt aus der Liste bestehend aus: Mg, B, Ti, Mn, Cu, Zn, Ga, Ge, Sn, Sb, Zr, V, Cr, Co, Ni, Fe und Verunreini- gungen besteht, wobei die Summe aller Bestandteile der Zusammensetzung jeweils 100 Gew.-% betragen muss. Bremselement-Trägerkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung aufweist (jew. In Masse-%):
- Si: 10 % plus/minus 2 %, bevorzugt plus/minus 1 %; und/oder - Fe: < 0,2 %, bevorzugt < 0,18 %, bevorzugt 0,17 % plus/minus 0,02 oder 0,16 % plus/minus 0,01 %, insbesondere 0,16 %; und/oder
- Cu < 0,005 %, bevorzugt < 0,003 %, bevorzugt 0,0015 % plus/minus 0,001 %, insbesondere 0,001 %; und/oder
- Mg < 0,5 %, bevorzugt < 0,4 %, bevorzugt 0,35 % plus/minus 0,05 %, bevorzugt 0,31 % plus/minus 0,03 % insbesondere 0,31 %; und/oder
- Mn < 0,1 % bevorzugt < 0,5 % bevorzugt 0,01 % plus/minus 0,005 % insbesondere 0,01 %; und/oder
- Ti < 0,05 % bevorzugt < 0,035 %, bevorzugt 0,025 % plus/minus 0,01 %, insbesondere 0,02 %; und/oder
- Zn < 0,005 % bevorzugt < 0,004 %, bevorzugt 0,0035 % plus/minus 0,001 %, insbesondere 0,003 %; wobei bevorzugt mindestens 2, bevorzugt mindestens 3, bevorzugt mindes- tens 4, bevorzugt mindestens 5, bevorzugt mindestens 6, jeweils in jeglich möglicher Kombination, besonders bevorzugt alle sieben der vorstehenden Elemente, vorhanden sind, wobei zusätzlich insbesondere B, Ga, Ge, Sn, Sb, Zr, V, Cr, Co, Ni und/oder aufgewiesen sein können, bevorzugt aber die Legierung frei von diesen Ele- menten ist, wobei die Summe aller Bestandteile der Zusammensetzung jeweils 100 Masse-% betragen muss. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung Dotanden aufweist, wobei be- vorzugt die Dotanden aus der dritten Hauptgruppe und/oder ersten und/oder dritten und/oder vierten und/oder fünften und/oder sechsten und/oder siebten und/oder achten Nebengruppe und/oder der Lanthanoiden-Gruppe des Perio- densystems der Elemente gewählt sind.
13. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung ein oder zwei oder drei oder mehr Dotanden aufweist. 14. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotanden aus einem oder mehreren der folgenden Elemente (in Masse-%) Antimon: 0,1 bis 1 , und/oder
Wismut: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Scandium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Yttrium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Lanthan: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Cer: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Hafnium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Niob: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Tantal: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Molybdän: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Wolfram: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Rhenium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Ruthenium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Osmium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Rhodium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Indium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Palladium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Platin: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Silber: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Gold: 0,01 bis 0,1. ausgewählt sind. 15. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus Stahl, Stahlguss, Schleu- derguss, Grauguss oder Kugel-Graphit-Guss ist. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus Aluminium ist. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsschichtdicke eine Dicke von 0,1 bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,3 mm, aufweist. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionszone eine Dicke von 0,05 bis 0,6 mm, bevorzugt 0,2 bis 0,3 mm aufweist. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionszone ein verglichen mit dem Trä- gerkörper anderes Gefüge aufweist. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionszone eine Mischkristall-Matrix aufweist, die aus binären oder ternären oder höheren intermetallischen Pha- sen gebildet ist. Bremselement-Trägerkörper nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkristall-Matrix mit zunehmender Entfernung von der Oberfläche des Grundkörpers eine stetig zunehmende Konzentration an Eisen oder Koh- lenstoff und stetig abnehmende Konzentration an Aluminium und/oder Silicium und/oder der Dotanden aufweist. Bremselement-Trägerkörper nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die intermetallischen Phasen mit zunehmender Entfer- nung von der Oberfläche des Grundkörpers eine stufig zunehmende Konzent- ration an Eisen oder Kohlenstoff und stufig abnehmende Konzentration an Aluminium und/oder Silicium und/oder der Dotanden aufweist.
23. Bremselement-Trägerkörper nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkristall-Matrix im Vergleich zu den in der Mischkristall-Matrix eingebetteten intermetallischen Phasen eine erhöhte Zä- higkeit und Duktilität aufweist.
24. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionszone einen höheren Schmelz- punkt und/oder niedrigere Wärmeleitfähigkeit und/oder niedrigere Stromleitfä- higkeit und/oder höhere mechanische Festigkeit und/oder höhere Härte und/oder geringere Reaktionsfähigkeit gegenüber chemischen Reaktionspart- nern aufweist als das Metall des Grundkörpers.
25. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Diffusionszone die Mischkristall-Matrix ohne Ausscheidung reiner Metalle vorliegt.
26. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionszone eine mittlere Härte aufweist, wobei die mittlere Härte der Diffusionszone eine im Vergleich zur mittleren Härte des Trägerkörpers um einen Faktor 1 ,0 bis 8, bevorzugt 1 ,5 bis 5, er- höhte Härte aufweist.
27. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Trägermaterial Grauguss oder Schleu- derguss oder Stahl oder Stahlguss des Trägerkörpers die mittlere Härte der Diffusionszone eine im Vergleich zur mittleren Härte des Trägerkörpers eine um einen Faktor von 2,5 bis 8, insbesondere von 2 bis 5, erhöhte Härte auf- weist.
28. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Trägermaterial Aluminium des Träger- körpers die mittlere Härte der Diffusionszone eine im Vergleich zur mittleren Härte des Trägerkörpers eine um einen Faktor von 1 ,5 bis 4, insbesondere von 1 ,5 bis 3, erhöhte Härte in HV aufweist.
29. Bremselement-Trägerkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härteverteilung entlang der Längsachse, Querachse und Vertikalachse bzw. entlang des Radius und der Winkelkoordi- nate der Diffusionszone eine maximale Abweichung von 10 bis 15% von der mittleren Härte (Härte in HV) der Diffusionszone aufweist.
30. Bremsscheibe oder Bremstrommel mit einem Bremselement-Trägerkörper, insbesondere ein Bremselement-Trä- gerkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29, mit einem als Reibfläche ausgebildeten Bereich und mit einem als Anlagefläche ausgebildeten Bereich.
31. Bremsscheibe oder Bremstrommel nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich- net, dass die Legierungsschichtdicke eine Dicke von 0,1 bis 0,4 mm, vorzugs- weise 0,2 bis 0,3 mm, aufweist.
32. Bremsscheibe oder Bremstrommel nach einem der Ansprüche 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionszone eine Dicke von 0,05 bis 0,6, vorzugsweise 0,3 bis 0,6 mm, aufweist.
33. Bremsscheibe oder Bremstrommel nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionszone der Reibfläche eine Dicke von 0,3 bis 0,6 mm, aufweist.
34. Bremsscheibe oder Bremstrommel nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche und/oder Anlagefläche kreis- ringförmig ist.
35. Bremsscheibe oder Bremstrommel nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass auf und/oder in dem Grundkörper Belüftungs- kanäle vorgesehen sind.
36. Bremsscheibe oder Bremstrommel, aufweisend einen metallischen Grundkör- per mit einer aus den Matrixwerkstoffen Eisen und Kohlenstoff sowie den zu- vor aufgespritzten primären Schichtwerkstoffen Aluminium, Silicium, Magnesium und Mangan bestehende Diffusionszone, welche als Ergebnis ei- ner thermischen Behandlung und Eindiffusion der Schichtwerkstoffe entstan- den ist, die eine Schichtdicke der Diffusionszone von 0,05 bis 0,6, vorzugsweise 0,3 bis 0,6 mm, aufweist.
37. Bremsscheibe oder Bremstrommel nach Anspruch 36, dadurch gekennzeich- net, dass bei der die Diffusionszone die Elemente Eisen, Kohlenstoff Alumi- nium, Silicium, Magnesium und Mangan enthält, wobei die Elemente Eisen, Aluminium, Silicium und Mangan in Form vieler autark und separat gewachse- ner Kristalle neue binäre, ternäre und quaternäre intermetallische Phasen bil- den, welche in einer ebenfalls neuen parallel koexistierenden Mischkristall- Matrix, bestehend aus den sechs oben genannten Elementen, eingebettet sind.
38. Bremsscheibe oder Bremstrommel nach einem der Ansprüche 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass bei der die entstandene Diffusionsschicht der- art ausgebildet ist, wobei in der neu gebildeten Mischkristall-Matrix die Ele- mente des Grundkörpers Eisen und Kohlenstoff kontinuierlich mit steigender Tiefe zunehmen, während die Elemente der aufgespritzten Schicht Aluminium, Silicium, Magnesium und Mangan kontinuierlich mit steigender Tiefe abneh- men. In den Kristallen der neu gebildeten intermetallischen Phasen erfahren die genannten Elemente ebenfalls mit steigender Tiefe Änderungen in ihren Konzentrationen, die qualitativ derselben Tendenz folgen, dies aber nicht kon- tinuierlich, sondern in diskreten Sprüngen entsprechend der Zusammenset- zungsformel der jeweils dominierenden Intermetallphasen.
39. Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh umfassend ein Bremselement- Trägerplatte, insbesondere ein Bremselement-Trägerplatte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29.
40. Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh nach Anspruch 39, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Legierungsschichtdicke eine Dicke von 0,1 bis 0,3 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm, aufweist.
41. Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh nach einem der Ansprüche 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsschichtdicke eine Dicke von 0,05 bis 0,3mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 mm, aufweist.
42. Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh nach einem der Ansprüche 39 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass auf die Außenfläche der Legierung ein Bremsbelag aufgebracht ist.
43. Verfahren zum Herstellen eines Bremselement-Trägerkörpers, insbesondere eines Bremselement-Trägerkörpers gemäß den Ansprüchen 1 bis 29, aufwei- send die folgenden Schritte:
1 . Bereitstellen eines Grundkörpers,
2. Durchführen eines Strahlvorgangs mit keramischen Hartstoffen zur Ent- fernung der Oxidschicht auf der Oberfläche des Grundkörpers,
3. Aufträgen einer auf Aluminium-basierenden Legierung auf den Träger- körper,
4. Temperieren des Trägerkörpers mit der aufgetragenen Legierung.
44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper vor dem Strahlvorgang erwärmt wird.
45. Verfahren nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, dass die ke- ramischen Hartstoffe im Strahlvorgang Korund und/oder Quarz und/oder Bor- carbid und/oder Titancarbid und/oder Siliziumcarbid und/oder Chromcarbid sind.
46. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlvorgang auf einer Oberfläche des Grundkörpers eine Rauigkeit Rz von 5 pm bis 10 pm erzeugt.
47. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Hartstoffe eine Korngröße von 0,5 mm bis 1 ,5 mm, ins- besondere 0,8 mm bis 1 ,2 mm, aufweisen.
48. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlvorgang in einem Winkel zur Oberfläche des Bremselement- Trägerkörpers durchgeführt wird, wobei der Winkel 45° ± 10° beträgt.
49. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine auf Aluminium und Silicium basierende Legierung ist.
50. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 5 bis 50 Masse-% Silicium aufweist.
51. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine auf Aluminium und Silicium basierende Legierung mit primären Legierungselementen, wobei die primären Legierungselemente aus der zweiten und/oder dritten und/oder vierten Hauptgruppe und/oder der ersten und/oder zweiten und/oder vierten und/oder siebten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente gewählt sind. wobei die sekundären Legierungselemente aus der dritten und/oder vierten Hauptgruppe und/oder vierte und/oder fünfte und/oder sechste und/oder achte Nebengruppe des Periodensystems der Elemente gewählt sind.
52. Verfahren nach Anspruch 51 , dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung sekundäre Legierungselemente aufweist, wobei die sekundären Legierungs- elemente aus der dritten und/oder vierten Hauptgruppe und/oder vierte und/oder fünfte und/oder sechste und/oder achte Nebengruppe des Perioden- systems der Elemente gewählt sind.
53. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung aus einem oder mehreren primären Legierungselementen ausgewählt aus einem der Elemente (in Masse-%): Magnesium: 0,1 bis 2, und/oder Bor: 0,1 bis 10, und/oder
Silicium: 5 bis 50, und/oder
Titan: 0,1 bis 5, und/oder
Mangan: 0,5 bis 5, und/oder
Kupfer: 0,1 bis 5, und/oder
Zink: 0,1 bis 5, und als Rest Aluminium und unvermeidbare, herstellungsbedingte Verunrei- nigungen besteht. 54. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung zusätzlich ein oder mehrere sekundären Legierungsele- menten ausgewählt aus einem der Elemente (in Masse-%) aufweist: Gallium: 0,1 bis 1 , und/oder
Indium: 0,1 bis 1 , und/oder
Germanium: 0,1 bis 1 , und/oder
Zinn: 0,1 bis 1 , und/oder
Zirconium: 0,1 bis 1 , und/oder
Vanadium: 0,1 bis 1 , und/oder
Chrom: 0,1 bis 1 , und/oder
Eisen: 0,1 bis 1 , und/oder
Kobalt: 0,1 bis 1 , und/oder
Nickel 0,1 bis 1 .
55. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine der folgenden ternären Legierungen ist: AI88 Si10 Mg2, AI88 Si10 B2,
AI88 Si10 Ti2,
AI88 Si10 Mn2,
AI88 Si10 Cu2,
AI88 Si10 Zn2,
AI83 Si15 Mg2,
AI83 Si15 B2,
AI83 Si15 Ti2,
AI83 Si15 Mn2,
AI83 Si15 Cu2,
AI83 Si15 Zn2,
AI78 Si20 Mg2,
AI78 Si20 B2,
AI78 Si20 Ti2,
AI78 Si20 Mn2,
AI78 Si20 Cu2,
AI78 Si20 Zn2. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine der folgenden quartären Legierungen ist: AI86 Si10 Mn2 Mg2, AI86 Si10 Mn2 B2, AI86 Si10 Mn2 Ti2, AI86 Si10 Mn2 Cu2,
AI86 Si10 Mn2 Zn2,
AI81 Si15 Mn2 Mg2,
AI81 Si15 Mn2 B2,
AI81 Si15 Mn2 Ti2,
AI81 Si15 Mn2 Cu2,
AI81 Si15 Mn2 Zn2,
AI76 Si20 Mn2 Mg2,
AI76 Si20 Mn2 B2,
AI76 Si20 Mn2 Ti2, AI76 Si20 Mn2 Cu2,
AI76 Si20 Mn2 Zn2.
57. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 56 dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung aus (in Masse-%):
AI: 76,7 bis 83,4; Si: 8,3 bis 12,3 und dem Rest aus Mg, B, Ti, Mn, Cu, Zn, Ga, Ge, Sn, Sb, Zr, V, Cr, Co, Ni und unvermeidbare, herstellungsbedingte Verunreinigungen besteht.
58. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 57 dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung Dotanden aufweist.
59. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 58 dadurch gekennzeichnet, dass die Dotanden aus der dritten Hauptgruppe und/oder ersten und/oder dritten und/oder vierten und/oder fünften und/oder sechsten und/oder siebten und/oder achten Nebengruppe und/oder der Lanthanoiden-Gruppe des Perio- densystems der Elemente gewählt sind.
60. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 59 dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung ein oder zwei oder drei oder mehrere Dotanden aufweist, wobei die Dotanden aus einem der Elemente (in Masse%)
Antimon: 0,1 bis 1 , und/oder
Wismut: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Scandium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Yttrium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Lanthan: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Cer: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Hafnium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Niob: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Tantal: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Molybdän: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Wolfram: 0,01 bis 0,1 , und/oder Rhenium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Ruthenium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Osmium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Rhodium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Indium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Palladium: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Platin: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Silber: 0,01 bis 0,1 , und/oder
Gold: 0,01 bis 0,1. ausgewählt sind.
61. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 60, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotanden der Legierung als selektiv wirksame Katalysatoren und/oder Inhibitoren wirken.
62. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 61 , dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsschichtdicke eine Dicke von 0,1 bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,3 mm, aufweist.
63. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 62, dadurch gekennzeichnet, dass das Legieren mittels eines Hochgeschwindigkeitsflammspritz-Verfah- rens, oder einem Lichtbogendrahtspritzen oder einem Pulverbeschichtungs- verfahren erfolgt.
64. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperieren bei einer Temperatur zwischen 590 °C und 750 °C er- folgt.
65. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 64, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperieren entlang einer Temperaturverlaufskurve von 600 °C bis 750°C erfolgt, wobei die Temperaturverlaufskurve linear oder exponentiell oder zyklisch ist oder eine Aufheizphase, eine Haltephase und eine Abkühl- phase aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 65, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturverlaufskurve an einen Konzentrationsgradienten der Dif- fusion der Legierung in das Metall des Grundkörpers angepasst ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 66, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperieren für 180 bis 360 Minuten, bevorzugt 210 bis 300 Minu- ten, durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 67, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper gegossen und/oder ausgetanzt wird. Verfahren zum Herstellen einer Bremsscheibe oder Bremstrommel, insbe- sondere einer Bremsscheibe oder Bremstrommel gemäß den Ansprüchen 30 bis 38, aufweisend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines Bremselement-Trägerkörpers gemäß den Ansprü- chen 1 bis 29 oder eines Bremselement-Trägerkörpers hergestellt mit ei- nem Verfahren gemäß der Ansprüche 43 bis 65, und b. Abtragen der Legierung, bis Diffusionszone erreicht ist, um eine Reibflä- che und/oder eine Anlagefläche zu erzeugen. Verfahren nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung mechanisch abgetragen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 69 oder 70, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung abgeschliffen oder abgedreht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 69 bis 71 , dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung bis zu max. 0,05 mm oder bis zu max. 1 mm oder bis zu max. 1 ,5 mm abgetragen wird.
73. Verfahren zur Herstellung einer Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh, insbesondere einer Bremsbelag-Rückenplatte oder Bremsschuh gemäß den Ansprüchen 30 bis 42, aufweisend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines Bremselement-Trägerkörpers gemäß den Ansprü- chen 1 bis 29 oder eines Bremselementes hergestellt mit einem Verfah- ren gemäß der Ansprüche 43 bis 65, und b. Aufbringen eines Bremsbelags auf die legierte Oberfläche, um eine Reib- fläche oder Anlagefläche zur erzeugen.
74. Verfahren nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsbelag aufgeklebt und/oder aufgeschweißt ist.
75. Verfahren nach einem der Ansprüche 73 oder 74, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsbelag eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweist:
- Metall und/oder gesintertes Metallpulver, insbesondere Stahl, Eisen,
Kupfer oder Messing, und/oder
- Graphit und/oder
- Glas und/oder
- Gummi und/oder
- Carbon und/oder
- Aramiden und/oder
Kunstharze und/oder
Naturharze und/oder
Keramische Fasern und/oder
Bindemittel.
76. Bremsscheibe oder Bremstrommel hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 69 bis 72.
77. Bremsbelag-Rückplatte oder Bremsschuh hergestellt nach einem der Ansprü- che 73 bis 75.
78. Bremssystem umfassend - eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel gemäß einem der Ansprüche 30 bis 38 oder eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 69 bis 72 und
- eine Bremsbelag-Rückplatte oder einen Bremsschuh gemäß der Ansprü- che 39 bis 42 oder eine Bremsbelag-Rückplatte oder einen Bremsschuh hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 73 bis 75,
- wobei die Bremsscheibe oder die Bremstrommel und die Bremsbelag-Rü- ckenplatte oder der Bremsschuh auf einem Bremselement-Trägerkörper nach Anspruch 1 bis 29 oder auf einem Bremselement-Trägerkörper herge- stellt nach einem der Ansprüche 43 bis 65. Kraftfahrzeug oder Flugzeug aufweisend ein Bremssystem nach Anspruch 78. Schienenfahrzeug aufweisend ein Bremssystem nach Anspruch 78. Stationäres industrielles Bremssystem aufweisend ein Bremssystem nach An- spruch 78. Windkraftanlage aufweisend ein Bremssystem nach Anspruch 78.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021008744A1 (de) * 2019-12-30 2021-01-21 C4 Laser Technology GmbH Verschleiss- und korrosionsschutz aufweisende bremsscheibe und verfahren zu deren herstellung
US20210293292A1 (en) * 2020-03-17 2021-09-23 Ford Global Technologies, Llc Process for producing a protective coating on a brake side of a brake disk main element and process for producing a brake disk

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