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Die Erfindung betrifft ein Reibelement für eine Bremse, sowie ein Verfahren zum Diffusionsbeschichten eines Trägerkörpers aus einer metallischen Legierung.
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Neben der Abgasbelastung bei Verbrennungskraftmaschinen in Kraftfahrzeugen ist der Abrieb von Reifen und Bremsen von immer größerer Bedeutung bei der Einhaltung von Feinstaub-Grenzwerten in Städten. Mittels der voranschreitenden Elektrifizierung der Kraftfahrzeuge beziehungsweise der stetigen Optimierung von Verbrennungskraftmaschinen in puncto Abgase, sind abriebresistentere Reibelemente bei Bremsen am Markt gefragt. Bei dem eigentlichen Bremsvorgang wird kinetische Energie des Vortriebs infolge von Reibung zwischen einem Bremssattel und einer Reibfläche hauptsächlich in thermische Energie umgewandelt. Bei dem Reibvorgang wird ein Teil der Reibfläche abgetragen und gelangt so als Feinstaub in die Umgebung. Häufig sind konventionell ausgeführte Reibelemente aus einem Grauguss oder einem Schleuderguss gefertigt. Die Materialien sind witterungsanfällig und neigt zu einer schnellen Rostbildung. Bei Kraftfahrzeugen ist besonders der Einsatz von Salzen gegen Glätte zu beachten, wodurch die Bremsen einer aggressiven Salzlösung ausgesetzt sind. Infolge von Abrieb und Korrosion ist die Langlebigkeit einer solchen Bremse beschränkt, woraus weitere Umweltbelastungen infolge des benötigten verfrühten Austauschs entstehen.
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Zudem verfügt Grauguss oder Schleuderguss über eine meist zu geringe Reibhärte, um dem Abrieb auf einer Reibfläche der Bremse zu widerstehen, daher ist ihr Verschleiß mittels zusätzlichem (Verschleiß-) Material, und damit mit erhöhter Masse, auszugleichen. Eine erhöhte Masse schlägt sich nicht allein im Herstellungspreis der Bremse nieder, sondern auch über die Lebensdauer im Treibstoffbedarf und damit wiederum in erhöhten Abgasemissionen. Gewünscht ist daher ein Langzeitkorrosionschutz, welcher neben der Witterungsbeständigkeit auch eine Erhöhung der Reibhärte erzielt.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft ein Reibelement für eine Bremse, aufweisend einen Trägerkörper aus einer metallischen Legierung mit einer Reibfläche, wobei eine Behandlungsoberfläche umfasst ist, welche ein Teil der Oberfläche des Trägerkörpers ist und eine Diffusionsschicht auf Aluminium-Basis umfasst.
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Das Reibelement ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsschicht von folgenden Elementen mehr als 0,1 g/kg umfasst:
- - Silizium;
- - Lithium;
- - Magnesium;
- - Calcium; und
- - Strontium.
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In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Bremsen, besonders Scheibenbremsen im Einsatz in einem Kraftfahrzeug oder Nutzfahrzeug (im Folgenden gemeinsam als Kraftfahrzeug bezeichnet) sind hohen mechanischen (Reibung) und thermischen Belastungen ausgesetzt. Die Bremse ist dabei derart angeordnet, dass ein Reibelement mit einer Radnabe eines Fahrzeugsrads fest verbunden ist und somit von einem am Fahrzeugrahmen befestigten Bremssattel mittels dessen Bremsklötzen mittels Reibung auf der Reibfläche des Reibelements entschleunigbar ist. Das Reibelement ist in diesem Einsatz eine Bremsscheibe. Alternativ ist ein Reibelement ein Bremsbelag, einer Maschinenbremse, einer Rutschkupplung oder einer Kupplungsscheibe.
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Hier ist nun ein Reibelement einer Bremse vorgeschlagen, wobei die mechanisch tragende und drehmomentaufnehmende Komponente des Reibelements von einem Trägerkörper gebildet ist, auf welchem auch die Reibfläche gebildet ist. Der Trägerkörper ist aus einer metallischen Legierung gefertigt und bevorzugt rotationssymmetrisch um seine Rotationsachse ausgeführt. In einer Ausführungsform ist der Trägerkörper mehrteilig ausgeführt, beispielsweise aus verpressten und/oder vernieteten Blechen. Dabei ist meist ein Nabenteil und ein Reibteil mit der Reibfläche gebildet (beispielsweise bei Motorradbremsen). Bevorzugt ist hier allein der Reibteil von dem hier genannten Trägerkörper gebildet. Beispielsweise ist der Trägerkörper (sowie seine Reibfläche) aus einem Grauguss oder Schleuderguss urgeformt und als Integralteil ausgeführt.
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In einer Ausführungsform ist die gesamte (Außen-) Oberfläche des Reibelements eine Behandlungsoberfläche; denn die gesamte Oberfläche des Reibelements ist den (mit unter aggressiven) Umweltbedingungen ausgesetzt. In einer Ausführungsform wird eine Korrosion der Reibfläche in Kauf genommen, weil diese bei regelmäßiger Nutzung einem ständigen Abtrag von einer korrodierten Schicht unterliegt und damit ein gefährliches Einfressen von Korrosion in tiefere Schichten ausreichend gut verhindert ist. Oftmals ist der äußerste Rand des Reibelements von einer Beschichtung freizuhalten, weil dort ein eventueller Abtrag der Beschichtung zu einer Beschädigung der Mechanik des Bremssattels beziehungsweise zu einer Beeinträchtigung der Reibpaarung aus Reibfläche und Bremsklotz führen kann. Alternativ ist auch die Reibfläche und/oder der äußerste Rand des Reibelements zu schützen. Die Behandlungsoberfläche umfasst also die gesamte Oberfläche oder den Teil der Oberfläche des Trägerkörpers, welche außerhalb der Reibfläche und/oder außerhalb des äußersten Rands des Reibelements liegt. Dabei weist die gesamte Behandlungsoberfläche eine Diffusionsschicht auf Aluminium-Basis auf.
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Zum Ausbilden der Diffusionsschicht ist eine Beschichtung (beispielsweise eine metallische Schmelze und/oder eine (aufgeschmolzene) Pulvermischung) auf Aluminium-Basis aufgetragen worden, bevorzugt mittels eines Verfahrens wie nachfolgend beschrieben. Diese Beschichtung ist mittels eines Diffusionsofens ausgehärtet und dabei in die Behandlungsoberfläche des Trägerkörpers hinein diffundiert. Mittels einer vorbestimmten Temperierung in dem Diffusionsofen ist eine Veränderung des ursprünglichen Gefüges der Behandlungsoberfläche entstanden, wobei infolge von (dotierendem) Eindringen von Bestandteilen der Beschichtung das Gefüge der Diffusionsschicht gebildet ist.
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Die Diffusionsschicht ist ein Gefüge, in welchem die folgenden Elemente mit einem Masseanteil (bezogen auf 1 kg [ein Kilogramm]) von mehr als 0,1 g [ein zehntel Gramm] enthalten sind. Diese Elemente sind:
- - Silizium [Si];
- - Lithium [Li];
- - Magnesium [Mg];
- - Calcium [Ca]; und
- - Strontium [Sr].
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Der Hauptbestandteil der Diffusionsschicht neben dem Material des Trägerkörpers ist Aluminium. Mittels dieser Diffusionsschicht ist die Reibhärte und die Korrosionsbeständigkeit des Reibelements im Vergleich zu einem (gleichen) Reibelement ohne Diffusionsschicht erhöht. Damit lässt sich sowohl die Korrosion in den Bereichen außerhalb der Reibfläche erheblich erhöhen und zugleich ist ein Abrieb im Betrieb vermindert.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Reibelements vorgeschlagen, dass zumindest außerhalb der Reibfläche die Schichtstärke der Diffusionsschicht 0,3 mm bis 0,6 mm beträgt,
wobei bevorzugt die Schichtstärke im Bereich der Reibfläche 0,05 mm bis 0,15 mm beträgt.
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Es hat sich gezeigt, dass mit der Beschichtung eine enorme Schichtstärke der Diffusionsschicht erzielbar ist. Diese Schichtstärke liegt im Bereich eines zulässigen Abriebs über einen Lebenszyklus eines Kraftfahrzeugs. Damit ist also ein sehr lang anhaltender Korrosionsschutz erzielbar, womit ein frühzeitiger Austausch unterbleiben kann. Die Diffusionsschicht weist, bevorzugt außerhalb der Reibfläche, eine (erste) Schichtstärke von 0,3 mm [drei zehntel Millimeter] bis 0,6 mm auf.
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Eine (zweite) Schichtstärke ist im Bereich der Reibfläche in einer bevorzugten Ausführungsform derart dimensioniert, dass diese lediglich eine Schichtstärke von 0,05 mm [fünfzig Mikrometer] bis 0,15 mm aufweist. Eine dünnere Beschichtung im Bereich der Reibfläche ist vorteilhaft, wenn eine weitere Reibbeschichtung mit einer definierten Rauigkeit eingesetzt werden soll, vor allem, wenn diese unterhalb der Diffusionsschicht angeordnet ist. Eine dickere Schichtstärke ist im Bereich der Reibfläche bei regelmäßiger Nutzung (regelmäßigem Abrieb) nicht notwendig, weil eine Korrosion mittels Abrieb ausreichend unterbunden ist. Beispielsweise ist damit ein ausreichender Korrosionsschutz im ungenutzten oder wenig genutzten Neuzustand des Reibelements sichergestellt.
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In einer Ausführungsform ist die Reibfläche diejenige eines Reibbelags und weist eine andere Zusammensetzung als beispielsweise der Trägerkörper einer Bremsscheibe auf. Alternativ oder zusätzlich unterliegt ein Reibbelag einem geringeren Verschleiß aufgrund von einer anderen Verwendung und/oder anderen Reibmomenten oder Belastungsdauern. Oftmals unterliegt ein Reibbelag zudem einer geringeren korrosiven Belastung, beispielsweise mittels Einhausung oder einer nassen Umgebung (ölgekühlt). Dafür ist eine geringere Schichtstärke der Diffusionsschicht ausreichend und damit kostengünstiger (geringere Verweildauer in einem Diffusionsofen und/oder eine geringere Schichtstärke der Beschichtung) herstellbar. Die Reibfläche oder die gesamte Oberfläche des Reibbelags ist dann bevorzugt mit der Schichtstärke von 0,05 mm [fünfzig Mikrometer] bis 0,15 mm gebildet.
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In einer Ausführungsform sind die Schichtstärken oder zumindest eine geringere Schichtstärke mittels einer spanenden Nachbearbeitung erzeugt. Alternativ oder zusätzlich ist eine Schichtstärke mittels einer Auftragsdicke des Beschichtungsmaterials auf der Behandlungsoberfläche eingestellt.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Reibelements vorgeschlagen, dass die Diffusionsschicht gebildet ist aus einem Beschichtungsmaterial mit folgender Zusammensetzung:
- - Fe mit 1,5 g/kg bis 4,5 g/kg;
- - Ca mit 5,0 g/kg bis 35 g/kg;
- - Cu mit 0,1 g/kg bis 1,0 g/kg;
- - Sr mit 15 g/kg bis 55 g/kg;
- - Mn mit 1,0 g/kg bis 2,0 g/kg;
- - Mg mit 40 g/kg bis 75 g/kg;
- - Cr mit 0,8 g/kg bis 1,2 g/kg;
- - Zn mit 0,1 g/kg bis 0,5 g/kg;
- - Ti mit 0,1 g/kg bis 0,3 g/kg;
- - Si mit 5,0 g/kg bis 25 g/kg; und
- - Li mit 35 g/kg bis 75 g/kg,
wobei bevorzugt der Rest Aluminium ist.
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Das Beschichtungsmaterial, welches auf der Behandlungsoberfläche aufgetragen wird und aus welcher die Diffusionsschicht gebildet wird, umfasst gemäß obigem Vorschlag die folgenden Elemente mit dem genannten Masseanteil pro Kilogramm:
- - Eisen mit anderthalb Gramm bis fünfundvierzig Zehntelgramm;
- - Calcium mit fünf Gramm bis fünfunddreißig Gramm;
- - Kupfer mit einem Zehntelgramm bis einem Gramm;
- - Strontium mit fünfzehn Gramm bis fünfundfünfzig Gramm;
- - Mangan mit einem Gramm bis zwei Gramm;
- - Magnesium mit vierzig Gramm bis fünfundsiebzig Gramm;
- - Chrom mit acht Zehntelgramm bis zwölf Zehntelgramm;
- - Zink mit einem Zehntelgramm bis fünf Zehntelgramm;
- - Titan mit einem Zehntelgramm bis drei Zehntelgramm;
- - Silizium mit fünf Gramm bis fünfundzwanzig Gramm;
- - Lithium mit fünfunddreißig Gramm bis fünfundsiebzig Gramm.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rest des Beschichtungsmaterials von Aluminium gebildet.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Reibelements vorgeschlagen, dass die Diffusionsschicht eine erhöhte Härte im Vergleich zu der metallischen Legierung des Trägerkörpers ohne Diffusionsschicht,
wobei bevorzugt bei den folgenden metallischen Legierungen die Härte um einen Faktor von 3 bis 5 größer ist:
- - Grauguss; und
- - Schleuderguss,
wobei bevorzugt bei den folgenden metallischen Legierungen die Härte um einen Faktor von 1,5 bis 2 größer ist:
- - Stahl;
- - Stahlguss; und
- - Aluminium,
wobei bevorzugt die Verteilung der Härte in der Diffusionsschicht in die Tiefe und in der Fläche eine maximale Abweichung von 10 % bis 15 % aufweist.
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Mittels des Beschichtungsmaterials beziehungsweise der Diffusionsschicht ist eine Erhöhung der Härte des Reibelements erzielt. Dabei ist die Erhöhung der Härte mittels der Diffusionsschicht im Vergleich zu der metallischen Legierung des Trägerkörpers ohne Diffusionsschicht in einer bevorzugten Ausführungsform mit Grauguss oder Schleuderguss als metallische Legierung um einen Faktor 3 bis 5 erhöht. Das heißt, dass die Diffusionsschicht drei bis fünfmal so hart ist, wie Grauguss oder Schleuderguss.
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Wenn die metallische Legierung in einer alternativen Ausführungsform aus Stahl, Stahlguss oder Aluminium ausgeführt ist, ist die Diffusionsschicht bevorzugt um den Faktor 1,5 bis 2 härter.
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Aufgrund einer leichten Durchmischung des Beschichtungsmaterials mit der metallischen Legierung innerhalb des Diffusionsofens, ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Härte der Diffusionsschicht einer Verteilung unterlegen. Dabei ist die Verteilung bevorzugt derart dimensioniert, dass die Härte der Diffusionsschicht in der Tiefe und in der Fläche eine maximale Abweichung von 10 % [zehn Prozent] bis 15 % aufweist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Reibelements vorgeschlagen, dass die Diffusionsschicht einen Anteil von Aluminium von maximal 30 % aufweist.
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Die Diffusionsschicht ist, aufgrund des hohen Calcium-Anteils in dem Beschichtungsmaterial, derart ausgeführt, dass die Diffusionsschicht einen maximalen Anteil an Aluminium von 30 % [dreißig Prozent am Masseanteil], also 300 g/kg, aufweist. Mittels der Diffusion des Beschichtungsmaterials auf den Trägerkörper verbleibt ein Großteil des Aluminiums aus dem Beschichtungsmaterial auf der Oberfläche des Trägerkörpers. Diese verbleibende Schicht des Beschichtungsmaterials wird bevorzugt spanend abgehoben, besonders bevorzugt allein in dem von außen zugänglichen Bereich, beispielsweise im Bereich der Reibfläche und/oder des äußerten Rands des Reibelements.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Diffusionsbeschichten eines Trägerkörpers aus einer metallischen Legierung vorgeschlagen, aufweisend die folgenden Schritte in der genannten Reihenfolge:
- a. Bereitstellen des Trägerkörpers mit einer aufgerauten Behandlungsoberfläche;
- b. Bilden einer Beschichtung mittels Auftragen eines Beschichtungsmaterials auf der Behandlungsoberfläche als Schmelze;
- c. Härten der beschichteten Behandlungsoberfläche in einem Diffusionsofen.
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Das Verfahren ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsschicht von folgenden Elementen mehr als 0,1 g/kg umfasst:
- - Silizium;
- - Lithium;
- - Magnesium;
- - Calcium; und
- - Strontium.
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Um einen Trägerkörper aus einer metallischen Legierung mit einer Diffusionsschicht zu beschichten, ist hier ein Verfahren zum Diffusionsbeschichten vorgeschlagen. Ohne Ausschluss der Allgemeinheit wird auf die vorhergehende Beschreibung betreffend die Diffusionsschicht und deren Anwendungsfall Bezug genommen.
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In Schritt a. wird der Trägerkörper bereitgestellt. Beispielsweise ist der Trägerkörper ein Zukaufteil und wird in einem vorhergehenden Schritt aus Grauguss oder Schleuderguss urgeformt und/oder nachbearbeitet. Der Trägerkörper ist beispielsweise derjenige eines Reibelements, bevorzugt einer Bremsscheibe. Die Behandlungsoberfläche ist vor Schritt a. bereits in geeigneter Weise zum Aufnehmen einer Beschichtung aufbereitet, beispielsweise für eine geeignete Rautiefe spanend bearbeitet.
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In einem anschließenden Schritt b. wird das Beschichtungsmaterial als eine Beschichtung auf die Behandlungsoberfläche als Schmelze aufgetragen. In einer Ausführungsform wird das Beschichtungsmaterial mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen [HVOF] auf die Behandlungsoberfläche aufgebracht. Beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen wird aus einer Düse mit Brennstoff und Oxidator eine Flamme erzeugt, welche mit einer hohen Austrittsgeschwindigkeit auf den Trägerkörper gerichtet ist. Der Flamme I wird das Beschichtungsmaterial (meist pulverförmig) zugegeben und so das Beschichtungsmaterial aufgeschmolzen (als Schmelze) auf dem Trägerkörper aufgebracht.
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In einer alternativen Ausführungsform wird das Beschichtungsmaterial als Draht bereitgestellt und in einem Lichtbogen-Draht-Auftragschweißen aufgetragen. Alternativ wird das Beschichtungsmaterial als Pulver bereitgestellt und in einem Lichtbogen-Pulver-Auftragschweißen aufgetragen. Dabei wird das Beschichtungsmaterial mittels eines Lichtbogens aufgeschmolzen und die Schmelze wird dann in Schritt b. auf den Trägerkörper aufgetragen, sodass eine Beschichtung gebildet wird.
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Das Pulver wird im Verfahren nach der angegebenen Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials zusammengesetzt und/oder ist (zumindest zu einem Teil) aus einer Legierung erstellt und als Pulver aufbereitet.
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Mittels der Auftragung des Beschichtungsmaterials, ist eine ausreichend stark anhaftende Beschichtung auf den Trägerkörper erzielt.
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In einem abschließenden Schritt c. wird die mit dem Beschichtungsmaterial beschichtete Behandlungsoberfläche in einem Diffusionsofen gehärtet. Dabei diffundiert das Beschichtungsmaterial (zu einem Teil und in einer anderen Zusammensetzung) in die metallische Legierung des Trägerkörpers hinein und es wird in der Behandlungsoberfläche die Diffusionsschicht ausgebildet. Das Ausbilden der Diffusionsschicht wird in dem Diffusionsofen auf Basis von empirischer Erfahrung und/oder gestützt durch messtechnische Erfassung überwacht und gesteuert. Somit ist mittels einer geeigneten Temperatur (-führung über eine gesteuerte Dauer) eine gewünschte Diffusionstiefe erzielbar.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass vor oder in Schritt a. die Behandlungsoberfläche des Trägerkörpers von einer Oxidationsschicht mittels Sandstrahlen befreit wird,
wobei bevorzugt die Korngröße 20 µm bis 120 µm beträgt, und/oder bevorzugt mittels Karbidstrahlen,
besonders bevorzugt umfassend Titankarbide, Siliziumkarbide und/oder Chromkarbide.
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Die Behandlungsoberfläche des Trägerkörpers weist oftmals eine Oxidationsschicht (beispielsweise eine Rostschicht) auf. Damit das Beschichtungsmaterial ungehindert von der Oxidationsschicht und in der gewünschten Zusammensetzung die Diffusionsschicht ausbildet, ist hier ein Sandstrahlen es Trägerkörpers vor oder in Schritt a. vorgesehen, womit die Oxidationsschicht entfernt wird. Alternativ oder zusätzlich ist eine (gegebenenfalls von einer Oxidationsschicht freie) Behandlungsoberfläche mittels Sandstrahlen behandelt, um eine gewünschte Rautiefe zu erzeugen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Rautiefe in einer Ausführungsform für eine gewünschte Endrauigkeit der Reibfläche und/oder für eine Vergrößerung der diffusionsaktiven Oberfläche erzeugt wird.
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Eine besonders vorteilhafte Oberflächen-Güte (für beispielsweise eine Reibfläche) ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass das die Partikel des Sandstrahlens eine Korngröße von 20 µm [zwanzig Mikrometer] bis 120 µm aufweisen.
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Alternativ oder zusätzlich wird die Behandlungsoberfläche des Trägerkörpers mittels Karbidstrahlen behandelt, besonders bevorzugt werden für das Karbidstrahlen Titankarbide, Siliziumkarbide und/oder Chromkarbide verwendet. Karbide weisen eine besonders hohe Härte auf, sodass diese gut zum Befreien des Trägerkörpers von einer Oxidationsschicht eingerichtet sind. Zudem sind diese Karbide zumindest nicht nachteilig für eine Zusammensetzung der Behandlungsoberfläche beziehungsweise der Diffusionsschicht, sofern ein Teil des Materials in die Behandlungsoberfläche eindringt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass es unschädlich ist oder sogar vorteilhaft, wenn auch ein Teil der Oberfläche des Trägerkörpers mit Sandstrahlen behandelt wird, welcher nicht mit einer Diffusionsschicht versehen werden soll.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass nach Schritt c., in einem Schritt d. verbliebenes Beschichtungsmaterial, zumindest in einem Bereich des Trägerkörpers für eine Reibbelastung, von der Behandlungsoberfläche abgetragen wird.
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Wie oben bereits beschrieben, diffundiert nicht das gesamte Beschichtungsmaterial in die Behandlungsoberfläche des Trägerkörpers ein. Hier ist nun ein weiterer Schritt d. nach Schritt c. des Verfahrens zum Diffusionsbeschichten eines Trägerkörpers vorgeschlagen. In Schritt d. wird Beschichtungsmaterial, welches nicht in den Trägerkörper eindiffundiert ist von dem Trägerkörper abgetragen. Dieser Überstand an Beschichtungsmaterial wird in Schritt d. beispielsweise mittels Sandstrahlen und/oder mittels Schleifen abgetragen. In einer Ausführungsform wird auch ein Teil der Diffusionsschicht mit abgetragen, sodass eine vorbestimmte Schichtstärke, wie sie beispielsweise oben beschrieben ist, erzielt ist. Alternativ verbleibt eine vorbestimmte Schichtstärke nach dem Abtragen auf der Behandlungsoberfläche.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass die Beschichtung nach Schritt b. und zumindest vor Schritt c. eine Schichtstärke von 0,3 mm bis 0,4 mm oder von 0,1 mm bis 0,2 mm aufweist.
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Die in Schritt b. aufgetragene (und gegebenenfalls nachbehandelte, beispielsweise geschliffene) Beschichtung auf dem Trägerkörper weist eine Schichtstärke von 0,3 mm [drei zehntel Millimeter] bis 0,4 mm auf, bevorzugt wenn der Trägerkörper derjenige einer Bremsscheibe ist. Damit lässt sich in einer ausreichend kurzen Verweildauer im Diffusionsofen und mit gewünschter Homogenität eine (zweite) Schichtstärke der Diffusionsschicht von 0,3 mm [drei zehntel Millimeter] bis 0,6 mm erzielen.
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Alternativ weist die in Schritt b. aufgetragene (und gegebenenfalls nachbehandelte, beispielsweise geschliffene) Beschichtung auf dem Trägerkörper eine Schichtstärke von 0,1 mm [ein zehntel Millimeter] bis 0,2 mm auf, bevorzugt wenn der Trägerkörper derjenige eines Reibbelags ist. Damit lässt sich in einer ausreichend kurzen Verweildauer im Diffusionsofen und mit gewünschter Homogenität eine (zweite) Schichtstärke der Diffusionsschicht von 0,05 mm [fünfzig Mikrometer] bis 0,15 mm erzielen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass in Schritt c. die Temperatur 600 °C bis 800 °C beträgt und die Verweildauer in dem Diffusionsofen 210 Minuten bis 300 Minuten beträgt.
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Zum Härten beziehungsweise Eindiffundieren des Beschichtungsmaterials in dem Diffusionsofen ist eine Temperatur von 600 °C [sechshundert Grad Celsius] bis 800 °C vorteilhaft. Eine geeignete Verweildauer in dem Diffusionsofen beträgt 210 min [zweihundertzehn Minuten] bis 300 min. Damit wird eine ausreichend homogene Diffusionsschicht in ausreichend kurzer Zeit erzielt.
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Wie bereits oben angedeutet ist der Trägerkörper bevorzugt ein Reibelement, wie vorhergehend beschrieben. Die Diffusionsschicht ist angeordnet wie dort beschrieben und das Reibelement wird entsprechend den genannten Ausführungsformen des Verfahrens zum Diffusionsbeschichten eines Trägerkörpers (bestehend aus einer metallischen Legierung) behandelt.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1 : ein beschichteter Trägerkörper;
- 2: der Trägerkörper gemäß 1 mit Diffusionsschicht und Beschichtungsmaterial; und
- 3: der Trägerkörper gemäß 2 mit teilweise abgetragenem Beschichtungsmaterial.
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In 1 ist ein vereinfachter Trägerkörper 2 gezeigt, welcher beispielsweise ein Reibelement 1 (beispielsweise eine Bremsscheibe) einer Bremse ist, wobei hier rein schematisch eine Rotationsachse 12 gezeigt ist. In diesem Beispiel ist die gesamte Oberfläche 5 (Behandlungsoberfläche 4 inklusive der Reibfläche 3) mit einer Beschichtung 10 aus einem Beschichtungsmaterial 9 versehen. Darstellungsgemäß oben (an der Reibfläche 3) und an dem darstellungsgemäß linken Rand 13 (äußerster Rand 13) ist die (dritte) Schichtstärke 8 der Beschichtung 10 (rein optional) geringer als auf der übrigen Behandlungsoberfläche 4.
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In 2 ist der Trägerkörper 2 gemäß 1 mit einer Diffusionsschicht 6 und der Beschichtung 10 gezeigt. Die Diffusionsschicht 6 hat sich nach einer Temperaturbehandlung in einem Diffusionsofen ausgebildet. Die Zusammensetzung des Trägerkörpers 2 im Bereich der Diffusionsschicht 6 hat sich verändert, sowie auch die Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials 9 in der Beschichtung 10. Es sei darauf hingewiesen, dass die Diffusionsschicht 6 ein Teil des Trägerkörpers 2 ist und keinen oder nur einen vernachlässigbaren Materialauftrag bedeutet. In diesem Beispiel ist eine umlaufend gleich starke (erste) Schichtstärke 7 der Diffusionsschicht 6 erzeugt.
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In 3 ist der Trägerkörper 2 gemäß 2 mit einer Diffusionsschicht 6 und (einem Teil) der Beschichtung 10 gezeigt. Im Bereich der Reibfläche 3, sowie am äußersten Rand 13 des Trägerkörpers 2 ist die Beschichtung 10 abgetragen. Auf der übrigen Behandlungsoberfläche 4 verbleibt die Beschichtung 10. In diesem Beispiel ist die (zweite) Schichtstärke 8 auf der Reibfläche 3 (und hier auch an dem äußersten Rand 13) geringer als die (erste) Schichtstärke 7 auf der übrigen Behandlungsoberfläche 4, wobei dies hier beispielsweise mittels Spanabhub bewerkstelligt ist.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Reibelement und Verfahren zum Diffusionsbeschichten eines Trägerkörpers aus einer metallischen Legierung ist ein langlebiger Korrosionsschutz erzielbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reibelement
- 2
- Trägerkörper
- 3
- Reibfläche
- 4
- Behandlungsoberfläche
- 5
- Oberfläche
- 6
- Diffusionsschicht
- 7
- erste Schichtstärke (Behandlungsoberfläche)
- 8
- zweite Schichtstärke (Reibfläche)
- 9
- Beschichtungsmaterial
- 10
- Beschichtung
- 11
- dritte Schichtstärke (Beschichtung)
- 12
- Rotationsachse
- 13
- äußerster Rand
