DE102021210946A1

DE102021210946A1 - Kraftfahrzeugbremse umfassend ein aus wenigstens zwei Komponenten verlötetes Mehrkomponentenbauteil

Info

Publication number: DE102021210946A1
Application number: DE102021210946.2A
Authority: DE
Inventors: Snjezana Boger; Klaus-Dieter Paschke; Joerg Schumann-Troeber; Martin Gädke; Ahmed Sefo; Jens Hoffmann; Carla Muenster
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2020-10-01
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2022-04-07
Also published as: WO2022069003A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartig gebaute Kraftfahrzeugbremse umfassend wenigstens ein Bauteil, das als Mehrkomponentenbauteil (10) ausgebildet ist, wobei das Mehrkomponentenbauteil (10) aus wenigstens zwei miteinander verbundenen Komponenten aufgebaut ist, wobei die wenigstens zwei miteinander verbundene Komponenten miteinander verlötet sind. Es versteht sich, dass dadurch wenigstens zwei Komponenten aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen innig sowie stabil zusammengefügt sind.

Description

Bauteile für Kraftfahrzeugbremsen, wie etwa Kraftfahrzeugbremssattelgehäuse oder Kraftfahrzeugbremshalter, werden in der Regel in Gießverfahren aus Gusswerkstoffen hergestellt. Geeignete Materialien umfassen beispielsweise Gusseisen, wie etwa Gusseisen mit Kugelgraphit, auch Sphäroguss oder GGG genannt, oder Aluminium. Auch Kraftfahrzeugbremsscheiben werden in der Regel großserientechnisch in Gießverfahren hergestellt.
Derartige Ausgestaltungen können jedoch noch Nachteile mit sich bringen, die es zu überwinden gilt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, wenigstens einen Nachteil des Stands der Technik zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effizient großserientechnisch sowie zuverlässig darstellbare Kraftfahrzeugbremsenkonstruktion insbesondere aus Metallwerkstoff und/oder Leichtmetallwerkstoff zu schaffen, welche bei rationellem, beanspruchungsgerechten Werkstoffeinsatz möglichst leichtgewichtig ausführbar ist, ohne dass eine zwingende Notwendigkeit hinsichtlich einer Zerspanung vorliegt. Insbesondere wird im Vergleich mit konventioneller Bauweise ein Effizienzgewinn bei reduzierten Herstellungskosten angestrebt. Insbesondere ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flexible sowie baugrößen- und/oder leistungsskalierbare Bauweise bei ästhetischem Design zu schaffen.
Wenigstens eine der vorstehenden Aufgaben wird zumindest zum Teil gelöst durch eine Kraftfahrzeugbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Beschrieben wird eine Kraftfahrzeugbremse, wobei die Kraftfahrzeugbremse wenigstens ein Bauteil aufweist, das als Mehrkomponentenbauteil ausgebildet ist, wobei das Mehrkomponentenbauteil aus wenigstens zwei miteinander verbundenen Komponenten aufgebaut ist, wobei die wenigstens zwei miteinander verbundene Komponenten miteinander verlötet sind.
Durch eine derartige Kraftfahrzeugbremse kann wenigstens eine der vorstehend beschrieben Aufgaben zumindest zum Teil gelöst werden.
Beschrieben wird somit ein Kraftfahrzeugbremse, welche Anwendung finden kann grundsätzlich in jeglichem Kraftfahrzeug, wie etwa Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder ähnlichem. Grundsätzlich kann die Kraftfahrzeugbremse eine Trommelbremse oder auch eine Scheibenbremse sein, wie dies nachstehend in größerem Detail beschrieben ist.
Die Kraftfahrzeugbremse weist wenigstens ein Bauteil auf, das als Mehrkomponentenbauteil ausgebildet ist. Unter einem Mehrkomponentenbauteil wird insbesondere ein solches Bauteil verstanden, das aus wenigstens zwei miteinander verbundenen Komponenten aufgebaut ist. Die Komponenten können grundsätzlich aus unterschiedlichen Materialien oder auch aus dem gleichen Material ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die wenigstens zwei miteinander verbundene Komponenten, die bevorzugt metallische Komponenten aus dem gleichen oder einem jeweils unterschiedlichen Material sein können, miteinander verlötet sind. Insbesondere durch die Verwendung eines derartigen Mehrkomponentenbauteils in einer Kraftfahrzeugbremse können vorteilhafte Eigenschaften ermöglicht werden.
Durch ein aus mehreren Bauteilen beziehungsweise aus mehreren Komponenten zusammengefügtes Mehrkomponentenbauteil und durch eine Verbindung der Komponenten mittels Lötens, kann der die Komponente aufbauende Werkstoff überwiegend auf die zur Steifigkeitsbildung erforderlichen Stellen konzentriert beziehungsweise massiert sein. Im Bereich einer neutralen Faser kann der Werkstoff reduziert sein. Mit den einzeln zusammengefügten beziehungsweise zusammengebauten Bauteilen beziehungsweise Komponenten kann eine Rahmenstruktur und/oder Trägerstruktur respektive eine Fachwerkstruktur ausgebildet werden, welche beispielsweise vorzugsweise zumindest einen Oberzug, zumindest einen Verbindungssteg und zumindest einen Unterzug beinhaltet. Die Erfindung erlaubt es anhand der erfindungsgemäßen Lötverfahren in Anwendung von stoffschlüssiger Verbindungstechnologie Bauteilverzug vorteilhaft zu vermeiden.
Außerdem ermöglicht die vorliegende Erfindung eine besonders rationalisierte und dabei automatisierte Großserienfertigung bei optimaler Werkstoffpaarung, indem Einzelteile bei besonderen Spezialunternehmen der Zulieferindustrie aus optimierten unterschiedlichen Werkstoffen oder Halbzeugen hochpräzise massenhaft weitgehend fertigbearbeitet werden und danach zum Fügen, beispielsweise an ein anderes Spezialunternehmen, zugeliefert werden können. Ferner kann eine Schlussbearbeitung der verlöteten beziehungsweise gefügten Komponente - nach dem Fügen - entfallen oder zumindest auf ein Mindestmaß reduziert werden.
Auf Grundlage ihrer Konstruktion ermöglicht die vorliegende Erfindung eine sehr deutlich flexibilisierte Verbesserung, weil die üblicherweise stets bindende Rahmenbedingung betreffend die Metallgusstechnologie - wie beispielsweise eine beanspruchungsbedingte oder fertigungstechnisch bedingte Mindestwandstärkenvorgabe eines Metallgusswerkstoffes - gar nicht oder zumindest nur teilweise zu beachten ist. Bei gegebenem Einbauraum im Kraftfahrzeug sind demzufolge wesentliche Gewichtsreduzierungen bei gleicher Steifigkeit von dem Bauteil zu erreichen. Die diesbezügliche Verbesserung liegt in einer Größenordnung von beispielsweise etwa 15-30%, was insbesondere für Kraftfahrzeuge signifikant ist. In Ausgestaltungen der Erfindung sind noch weitere Vorteile denkbar.
Beispielsweise ist es möglich, ein weitgehend fertigbearbeitetes Bauteil zu verarbeiten, welches beispielsweise bereits eine Oberflächenbehandlung und/oder Oberflächenbeschichtung beinhaltet. Demzufolge ist eine Oberflächenbeschichtung bzw. Oberflächenendbearbeitung des Mehrkomponentenbauteils rationalisiert, was bei den konventionellen Bauformen als Bestandteil einer Schlussbearbeitung vorzusehen war. Daher ermöglicht es die Erfindung beispielhaft noch einfacher und/oder rationeller als bisher, unterschiedliche Komponententeile mit unterschiedlichen Oberflächenbehandlungen als Halbzeug zu verarbeiten und/oder auszustatten. Mit anderen Worten wird es erstmals ermöglicht, die Oberflächenbehandlung an einen Halbzeuglieferanten auszulagern, also gewissermaßen prozesstechnisch vorzuschalten, um eine Fertigungstiefe bei einem Hersteller der Verbundkomponente zu reduzieren.
Beispielsweise ist es in einer Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht, dass ein (oder mehrere) zugelieferte Bauteil(e) der Verbundkomponente bei Anlieferung mit Zinklamellenüberzug versehen, respektive eingefärbt sind. Additive oder ersatzweise Aufbringung von ähnlichen oder ganz anderen funktionellen Oberflächen ist möglich. Derartige Oberflächenbehandlungen können Plasmaverfahren, Beflammverfahren, PVD, CVD, Nanoschichten, polymerbasierte Beschichtungen bzw. Strukturen und/oder funktionale Flussmittel (Korrosionsschutz) beinhalten, ohne die Erfindung zu verlassen.
Durch die erfindungsgemäße Löttechnologie zwecks erfindungsgemäßer Fügung von Einzelbauteilen beziehungsweise Einzelkomponenten zu einer Verbundkomponente beziehungsweise einem Mehrkomponentenbauteil wird eine Fertigungstechnologie erschlossen, welche für die in Rede stehenden Bremsenkomponenten eine vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeit bietet im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren in der Bremsentechnologie. Die Erfindung ermöglicht erstmals einen modular flexibel, insbesondere hinsichtlich der Werkstoffwahl, des Halbzeugaufbaus in Bezug auf mindestens zwei gefügte Bauteile zusammengefügten Aufbau eines in sich geschlossenen, stoffschlüssig verbundenen, besonders biegesteif und sicher gefügten Mehrkomponentenaufbaus. Dies ist zielführend, weil Werkstoff und/oder Aufbaustruktur vereinfacht sowie beanspruchungsgerecht variierbar sind. Erfindungsgemäß ermöglichte Auswahl bzw. Austauschverbau von definierten Werkstoffvariationen beziehungsweise -kombinationen und/oder „offenen“ Strukturvariationen ermöglichen deutlich verbesserten Korrosionsschutz. Insbesondere ist mit vollumfänglich offener Bauweise, beispielsweise mit Ober- und Unterzug sowie Steg, keine Kavität gegeben, sondern eine „offene“ Struktur gebildet, ohne dass sich Rostprodukte oder Feuchtigkeit/Korrosion ansammeln könnten. Somit kann ein Mehrkomponentenbauteil für die jeweils erforderliche Funktion deutlich vorteilhafter konstruiert und hergestellt werden.
Die Bauteile einer Verbundkomponente beziehungsweise eines Mehrkomponentenbauteils können als Metallblechbauteil gebildet sein, die bei Anlieferung mit funktionellen Oberflächen und/oder auch mit funktionellen inneren Morphologien (Makro- und Mikrostrukturen) ausgestattet sind, wie insbesondere beispielhaft Metallschäume, Flechtwerke, runde Profile, Wellrippen, Rohre, gewellte Bleche, perforierte Bleche und / oder eine Kombination aus allen diesen Möglichkeiten, um auch NVH Eigenschaften zu verbessern, also eine Geräuschreduzierung zu ermöglichen. Denn Dämpfung von Schwingungen und damit Dämpfung von Geräuschentstehung ist in der Kraftfahrzeugbremsentechnologie insbesondere in Verbindung mit besonders leisen Antriebsstrangbauformen eine beachtliche Komfortaufgabe. Die nach dem Stand der Technik eingesetzten Gusskomponenten sind auf Grund Ihrer Werkstoffbeschaffenheit, in der Regel Sphäroguss, starke „Klangkörper“, welche sehr wenig schwingungsdämpfend und/oder schalldämpfend und/oder schallabsorbierend wirken können. Eine erfindungsgemäß aufgebaute, gelötete Verbundstruktur beziehungsweise Mehrkomponentenstruktur ist dagegen durch die Lötstelle „durchbrochen“ und kann durch den modularen Aufbau gezielt so angeordnet werden, dass der Schall gut absorbiert wird bzw. die Geräuschfrequenzen entsprechend verschoben werden.
Als weiterer Vorteil können chemisch und physikalisch modifizierte Oberflächen der Einzelkomponenten, wie etwa der Bleche, beispielsweise ein Abdeckblech mit Lotuseffekt, eingesetzt werden, damit beispielsweise weniger Schmutz hängen bleibt.
Grundsätzlich ist die Wahl des Bauteils als erfindungsgemäßes Mehrkomponentenbauteil nicht beschränkt. Rein Beispielhaft kann das Mehrkomponentenbauteil ausgewählt sein aus einem Gehäusebauteil, insbesondere einem Bremssattelgehäuse, einem Bremszylinder, einem Bremsrotor, einem Bremssattel, einem Bremshalter, und einer Bremsscheibe. Bei all diesen Bauteil lassen sich die vorbeschriebenen Vorteile sehr effektiv umsetzen, so dass die Erfindung hier besonders vorteilhaft umsetzbar ist.
Eine Erstreckung auf noch weitere insbesondere metallische Kraftfahrzeugbremsenbauteile ist jedoch denkbar oder zumindest erwünscht.
Hinsichtlich des Lötens können die wenigstens zwei Komponenten unter Ausbildung eines Lötspalts miteinander verbunden sein. In dieser Ausgestaltung kann sich der sogenannte physikalische Kapillarsogeffekt zu Nutze gemacht werden, indem von einem mechanisierten Spaltlöt-Verfahren zur Verbindung der Einzelkomponenten ausgegangen wird. Genauer wird Lotmaterial an ein Ende des Lötspalts gebracht und nach Erweichen des Lotmaterials wird letzteres durch den Kapillareffekt in den Lötspalt gesogen.
Grundsätzlich gilt, dass, je enger der Lötspalt ist, desto höher ist die Kapillarwirkung und weiter desto besser wird der Spalt mit Lotmaterial gefüllt. Eine hierzu vorteilhaft umzusetzende Voraussetzung ist immer eine sauber gereinigte Oberfläche der zu fügenden Bauteile im Bereich Ihres Lötspalts.
Eine Ausgestaltung mit einem Lötspalt zeichnet sich somit dadurch aus, dass zwischen den verbundenen Komponenten ein Lotmaterial in Spaltform vorliegt.
Bevorzugt werden Lötspalte mit einer Dicke von ≤ 0,2 mm, etwa von 0,08 bis 0,2 mm verwendet, vorzugsweise mit einer Dicke von < 0,1 mm, wobei die Dicke den Abstand der zu fügenden Komponenten zueinander beschreiben soll. Bei Spaltdicken von <0,05 mm wird bevorzugt der hohe kapillare Fülldruck für Lötungen unter Schutzgas oder Vakuum genutzt. Dadurch kann auf die Anwendung von Flussmitteln verzichtet werden. Bei Verwendung von Flussmitteln, was grundsätzlich im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich ist, wird bevorzugt mit breiteren Spalten im Bereich von 0,05 bis 0,2 mm gearbeitet, um genügend Flussmittel in dem Spalt unterbringen zu können.
Zusätzlich zu der Spaltbreite hat auch die Spaltgeometrie einen Einfluss auf die Lötbarkeit, d.h. den kapillaren Fülldruck und damit auf das Lötergebnis. Es hat sich gezeigt, dass eine offene Hohlkehle einen höheren Fülldruck als ein paralleler Flächenspalt aufweist. Zudem ist es vorteilhaft, eine vergrößerte Spalttiefe zu erreichen, um die Festigkeit der Lötstelle zu erhöhen, z.B. durch Bördeln, Falzen oder einen Durchzug mit einem „Stanzkragen“, um so den Kontakt der Einzelkomponenten mit dem Lotmaterial beziehungsweise der Komponenten untereinander zu vergrößern und insbesondere eine verbesserte Stabilität zu erhalten.
Weiter bevorzugt liegt benachbart zu dem Lötspalt, also insbesondere in Verbindung beziehungsweise in Kontakt zu diesem, ein Lotmeniskus vor. Durch diese Ausgestaltung kann die Festigkeit der Verbindung der Komponenten weiter verbessert werden, so dass die Stabilität des Mehrkomponentenbauteils ebenfalls besonders hoch ist. Darüber hinaus kann so sichergestellt werden, dass bei dem Lötvorgang der Lötspalt möglichst vollständig mit Lotmaterial gefüllt wird, ohne dass anschließend Lotmaterial entfernt werden braucht.
Hinsichtlich des Lotmaterials kann es bevorzugt ein, dass dieses ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Messing-Lotmaterialien, Aluminium-Lotmaterialien, Nickel-Lotmaterialien, Kupfer-Lotmaterialien, Zink-Lotmaterialien, Cobalt-Lotmaterialien und Silizium-Lotmaterialien.
Beispielhaft können zum Verbinden von Stahlbauteilen Messing-Lote, Ag-Lote, etwa mit Ag-Gehalten von 70-85 Gew.-%, oder Lote auf Ni- und/oder Zn- und/oder Cu-Basis zur Anwendung kommen. Ni-Basis-Lote besitzen einen Schmelzpunkt von ca. 1000 °C und garantieren damit eine temperaturbeständige Verbindung. Bei Verbindung von Aluminiumelementen werden Si-haltige Aluminiumlote verwendet, z.B.: AA4343, oder AA4045.
Lote, welche bei der Ofenlötung verwendet werden, sollten einen engen Schmelzbereich ihrer Legierung (Phasendiagramm) aufweisen, da es sonst zur Ausbildung von unerwünschten Seigerungszonen der höherschmelzenden Legierungsbestandteile kommen kann. Das heißt Schmelzbeginn und Schmelzende der Lotlegierung sollten nah beieinander liegen. Der Schmelzbereich beeinflusst damit die Erwärmungsdauer und Lötzeit des Lotes.
Hinsichtlich des Materials der Komponenten kann es bevorzugt sein, dass wenigstens eine Komponente aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist, der ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Stahl, Aluminium, und Eisen.
Als konkrete Beispiele können die Komponenten beziehungsweise kann wenigstens eine Komponente beispielhaft aus Stahl, wie etwa S235JR (1.0037 / ST37), 1.4301 (X5CrNi18-10), 25CrMo4 (1.7218), Aluminium, wie etwa EN-AW3003, EN-AW6060, oder Eisen, beispielsweise Gusseisen, wie etwa EN-GJS-400-15 (0.7040/GGG-40), und/oder als Stanzteile vorliegen. Ein Zylinder und/oder Abdeckbleche als entsprechende Mehrkomponentenbauteile, beispielsweise, können etwa als Tiefziehteile aus einem Ni-legierten Feinkornstahl vorliegen, so dass anhand der Verbundkomponente ein gefügtes Mehrwerkstoffbauteil vorliegt.
Für eine besonders gute Stabilität der Lötung kann es besonders bevorzugt sein, wenn ein Bestandteil des Lotmaterials, etwa als Vollmaterial oder Legierungsbestandteil, ein Bestandteil eines Materials wenigstens einer Komponente ist. Somit kann das Lotmaterial beispielsweise ein Material aufweisen, dass etwa als Vollmaterial oder Legierungsbestandteil auch wenigstens einer Komponente oder auch in beiden miteinander gefügten Komponenten vorliegt.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Komponenten zumindest zum Teil an einer Falzgeometrie verlötet sind beziehungsweise dass die Lötstelle an einer Falzgeometrie vorliegt.
Beispielsweise kann eine besonders verbesserte, überlappende, Falzgeometrie im Übergang zwischen den gepaarten Bauteilen vorliegen. Der Falz, der auch als Überlappung bezeichnet werden kann, kann umlaufend oder mindestens 20% der zu verlötenden Kontaktfläche zwischen den Komponenten, wie etwa dem Reibring und dem Blech, darstellen. Bei mindestens 20% oder mehr der zu verlötenden Kontaktfläche wird die Falzgeometrie beispielsweise immer wieder in regelmäßigen Abständen durch eine einfache Kontaktierung „auf Stoß“ unterbrochen. Bei der einfachen Kontaktierung auf Stoß verläuft der Lötmeniskus auf beiden Seiten oder nur einseitig. Dazu wird der Lötspalt durch Reduktion der Materialdicke zwischen 5 und 20% dargestellt, etwa durch Anschrägung am Stoß.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass wenigstens eine Komponente eine Struktur mit materialfreien Bereichen aufweist. In dieser Ausgestaltung soll eine Komponente somit gerade nicht aus einer Struktur aufgebaut sein, welche aus einem Vollmaterial ausgebildet ist, sondern die Struktur soll vielmehr materialfreie Bereiche umfassen. Beispielsweise kann die Struktur aus einer Mehrzahl an Einzelelementen aufgebaut sein, zwischen denen zumindest teilweise kein Material vorliegt. Andere Beispiele umfassen etwa eine Struktur aufweisend Spalte, Poren oder ähnliches. Wie vorstehend beschrieben kann aufgrund einer verbesserten Korrosionsresistenz eine offene Struktur bevorzugt sein. In dieser Ausgestaltung kann somit eine signifikante Reduzierung des Gewichts ermöglicht werden, wobei trotzdem eine geeignete Stabilität möglich ist, da eine Reduzierung des Materials nur an den Stellen umgesetzt werden braucht, an denen eine hohe Stabilität nicht notwendig ist, etwa wo keine großen mechanischen Spannungen auftreten. Beispiele umfassen etwa vorstehend beschriebene Bereiche mit Oberzug und Unterzug oder Fachwerkstrukturen, wobei im Bereich der neutralen Faser materialfreie Bereiche, wie etwa Spalte, Poren oder Materialausnehmungen, vorliegen.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass eine erste Komponente eine Aufnahme zum Aufnehmen einer mit der ersten Komponente zu verbindenden zweiten Komponente aufweist. In dieser Ausgestaltung kann durch das Anordnen der zweiten Komponente in der Aufnahme der ersten Komponente eine Vorfixierung der Komponenten aneinander realisiert werden. Das kann den Verbindungsprozess vereinfachen, da auf teils aufwändige Haltekonstruktionen verzichtet werden kann und die Komponenten trotzdem schon vor dem Lötvorgang korrekt relativ zueinander ausgerichtet sein können. Dabei ist es möglich, dass nur eine Aufnahme vorliegt, oder eine Mehrzahl an Aufnahmen, um so an verschiedenen Stellen eine Vorfixierung zu ermöglichen.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, dass die Komponenten zusätzlich zu einer Verlötung miteinander durch eine andere Verbindungstechnologie verbunden sind. Beispielsweise kann es bevorzugt sein, dass die Komponenten zusätzlich zu einer Verlötung miteinander verstemmt oder verklebt sind. In anderen Worten kann es von Vorteil sein, dass der Verlötprozess noch mit anderen Fertigungstechniken, wie Kleben und/oder Verstemmen kombiniert angewendet ist, also dass noch weitere innovative und/oder alternative Fügeprozesse in Kombination mit der erfindungsgemäßen Löttechnologie vorliegen, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen. Dies kann zum einen die Stabilität weiter verbessern und etwa eine Verbindung der entsprechenden Einzelkomponenten nicht ausschließlich auf das Lotmaterial zu begrenzen. Dadurch können auch bei komplexen Geometrien verschiedenste Löttechnologien angewandt werden, ohne dass beispielsweise bei einem Laserlöten ein direkter Zugang zu jeder Verbindungsposition vorliegen muss.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der Kraftfahrzeugbremse wird auf die Beschreibung des Verfahrens, auf die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
Beschrieben wird ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeugbremse, wobei wenigstens ein Bauteil der Kraftfahrzeugbremse als Mehrkomponentenbauteil ausgebildet wird derart, dass wenigstens zwei Komponenten durch Löten miteinander verbunden werden.
Somit können durch das hier beschriebene Verfahren ein oder mehrere Bauteile einer Kraftfahrzeugbremse durch den Aufbau von mittels Lötens verbundenen Mehrkomponentenbauteilen die vorstehend beschrieben Vorteile ermöglicht werden.
Bevorzugt kann zum Verbinden der wenigstens zwei Komponenten durch Löten ein Spaltlöt-Verfahren angewendet werden. In dieser Ausgestaltung kann sich der sogenannte physikalische Kapillarsogeffekt zu Nutze gemacht werden, indem von einem mechanisierten Spaltlöt-Verfahren zur Verbindung der Einzelkomponenten ausgegangen wird. Genauer wird Lotmaterial an ein Ende des Lötspalts gebracht und nach Erweichen des Lotmaterials wird letzteres durch den Kapillareffekt in den Lötspalt gesogen.
Um eine optimale Spaltbildung zu erreichen, können Spannmittel eingesetzt werden, mittels derer die Einzelkomponenten optimal relativ zueinander ausgerichtet werden können. Die hierfür zu verwendenden Halter, welche beim Durchlaufen im Ofen oder zum mechanischen Kontaktieren vor dem Laserlöten bzw. Induktionslöten verwendet werden können, kann unter an sich bekannten Spannmitteln gewählt werden. Spannmittel sollten aus geeignetem, d.h. dem Lötverfahren angepassten, Werkstoffen bestehen, wie etwa aus Edelstählen, beispielsweise X5CrNi18-10 (1.4301), X2CrNi19-11-10 (1.4306), X5CrNiMo17-12-2 (1.4401), X15CrNiSi25-21 (1.4841).
Beispielsweise in dieser Ausgestaltung aber nicht beschränkt hierauf kann es ferner von Vorteil sein, wenn zum Verbinden der wenigstens zwei Komponenten durch Löten ein Ofenlöt-Verfahren angewendet wird. Denn in dieser Ausgestaltung können auch Komponenten mit komplizierten Geometrien problemlos und stabil miteinander verbunden werden, da kein direkter Zugang zur Lötstelle vorhanden sein muss. Im Gegenteil kann, da das gesamte Bauteil im Ofen erhitzt werden kann, das Lotmaterial ebenfalls erhitzt werden und etwa durch den Kapillareffekt in den Lötspalt gesogen werden. Somit ergibt sich der Vorteil, eine Lötverbindung unabhängig von dem konkreten Bauteil beziehungsweise seiner Geometrie ermöglichen zu können.
Beispielsweise kann ein Hochtemperaturlötverfahren im Ofen mit Ni-Basis-Loten zur Anwendung kommen. Beispiele für Hochtemperaturlote auf Ni-Basis (nach DIN EN ISO 17672) können Ni 710, Ni 650, Ni 620 sein, welche bereits bei Heizelementen und AGR-Kühlern und somit in einem anderen technischen Gebiet zum Einsatz kommen.
Grundsätzlich bietet sich bedingt durch die Zugänglichkeit der zu verlötenden Einzelkomponenten ebenfalls ein Widerstands- und/oder Induktionslöten an, wobei die Oberfläche des Werkstücks erwärmt und nur das vorher aufgebrachte Lot verflüssigt wird. Hierbei kann als Lot beispielsweise eine Cu-Si-Legierung zur Anwendung kommen. Durch Induktion kann das Werkstück im Vergleich zu einer herkömmlichen Ofentechnik ca. 1000x schneller erwärmt werden. Hierbei kommen beispielsweise Ag-Lote mit Ag-Gehalten von 70-85% zum Einsatz und es wird in Vakuum gelötet. Der Vorteil, welcher sich hierdurch ergibt, ist der, dass kein Flussmittel und dadurch keine aufwendige Nachbehandlung (Säubern) des Werkstückes notwendig ist. Hierbei wird beispielsweise bei Temperaturen zwischen 600 - 950 °C im Batchverfahren gelötet.
Das Lot, wie etwa das Silberlot, kann in Form von Blättchen, bzw. Folien oder Pasten aufgebracht werden, welche durch CaSiO₃-Vorrichtungen, beispielsweise, gehalten werden. Der Vorteil dieses Verfahrens ist zudem, dass der Energiereintrag fast ausschließlich Im Bereich des Lotes erfolgt und nicht das gesamte Werkstück erhitzt werden muss. Bei magnetischen Werkstoffen ergibt sich dadurch ein Wirkungsgrad von 70-80%.
Weitere mögliche Lötverfahren umfassen ein Hartlötverfahren oder ein Laserlötverfahren, mit denen ebenfalls stabile Lötverbindungen umsetzbar sind.
Grundsätzlich kann die Atmosphäre für den Lötprozess ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, Argon oder auch Wasserstoff oder Vakuum sein.
Grundsätzlich kann für einen Lötvorgang ferner das Folgende von Vorteil sein. Um eine ausreichende Diffusion des Lotes in den Grundwerkstoff und umgekehrt, also eine Mischkristallbildung, zu ermöglichen und dadurch eine optimale Festigkeit der Lotverbindung zu generieren, sollte das Lot mindestens 5 bis 10 Sekunden flüssig gehalten werden. Mindestens ein metallischer Bestandteil des Lotes sollte daher bevorzugt auch Legierungselement des zu verlötenden Grundwerkstoffes sein. Grundsätzlich werden bevorzugt Löttemperaturen verwendet, welche um 20 bis 50 °C höher liegen, als die Liquidustemperatur der Lotlegierung, um eine gleichmäßige Spaltfüllung sicher zu stellen.
Edelstahl-Elemente können via Hochtemperaturlöten flussmittelfrei verbunden werden. Hierfür kommen geschlossene Vakuumöfen oder Schutzgas (H₂ und/oder Ar-Atmosphäre) in Batchtechnik zum Einsatz. Als Lotwerkstoff wird auf Cu-, Ni-, Co-Basis oder einer Kombination derer zurückgegriffen.
CuMnCo werden bevorzugt mit einem Schmelzbereich von 980 °C bis 1030 °C für das Hartlöten von Hartmetallen auf Stahlkörpern unter Schutzgas eingesetzt. Weiterhin können Hochtemperaturlotwerkstoffe auf Cu-Basis bei der Anwendung von beispielsweise nichtrostenden Stählen oder Kupfer-Anwendungsgebieten verwendet werden, wie etwa Cu 110, Cu 922, Cu 925 (nach DIN EN ISO 17672).
Grundsätzlich ist es ferner möglich, Flussmittel zu verwenden. Flussmittel sollten grundsätzlich min. 50 °C tiefer schmelzen als das zu verwendete Lot und bei dieser Temperatur aktiv sein und bleiben bis Lot durch den Lötspalt geflossen ist und sich wieder beim Abkühlen verfestigt hat. Aktiv bedeutet in dem Zusammenhang, dass das Flussmittel einen dichten, gleichmäßigen Überzug bildet, der bei der eingesetzten Löttemperatur und während der gesamten Lötzeit erhalten bleibt. Dies kann es ermöglichen, dass Metalloxide von der Metalloberfläche benetzt, aufgelöst und abtransportiert werden sowie die Metalloberfläche vor erneuter Oxidation geschützt werden. Flussmittel sind demnach in ihrem Wirktemperaturbereich als auch ihrer Menge auf die Arbeitstemperatur des Lotes sowie auf die zu lösenden Oxide vorteilhaft abzustimmen.
Die Lötzeit bei Lötungen an Luft ist begrenzt und muss beachtet werden, da das Flussmittel seine Wirksamkeit verliert, wenn es mit Metalloxiden gesättigt ist.
Als Flussmittel können beim Hartlöten beispielsweise die folgenden eingesetzt werden: Nocolok ®-Flux (KAIF₄) oder KaCeFlux bei Aluminiumlegierungen nach DIN EN 1045-LH. Zum Hartlöten von Stahl verstehen sich Flussmittel für Silberlote auf Basis von Bor-Verbindungen mit Flouriden nach DIN EN 1045-FH 10, -FH12, welche korrosiv wirken oder - FH21 auf Basis von Borverbindungen, welche nicht korrosiv wirken und für Messing- und Neusilberhartlote geeignet sind.
Da Flussmittel korrosiv wirken können bzw. die Oberflächen der Werkstücke weiterbehandelt werden, sollten die Werkstücke nach erfolgter Lötung von Flussmittelrückständen befreit werden. Hierfür kommt das Abkochen in Wasser oder Beizen in den Werkstoffen angepassten Beizbädern in Frage, dessen Wirkung durch Ultraschalleinsatz verstärkt werden kann. Je nach Oberflächenbehandlung kann auch Sandstrahlen ausreichend sein.
Die Rückstände der nicht hygroskopischen Flussmittelreste brauchen aus Korrosionsgründen nicht entfernt zu werden und sollen vorzugsweise zur Anwendung kommen, beispielsweise Bor- und Siliziumverbindungen bzw. Phosphate.
Beim Löten im Vakuum kann auf Flussmittel vollständig verzichtet werden, bzw. in Schutzgasatmosphäre, wie Stickstoff oder reduzierend wirkender Atmosphäre wie Wasserstoff kann ebenfalls teilweise oder vollständig auf Flussmittel verzichtet werden.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Verfahrens wird auf die Beschreibung der Kraftfahrzeugbremse, auf die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Figuren weiter erläutert, wobei einzelne oder mehrere Merkmale der Figuren für sich oder in Kombination ein Merkmal der Erfindung sein können. Ferner sind die Figuren nur exemplarisch aber in keiner Weise beschränkend zu sehen.

1 zeigt schematisch eine Ansicht eines Multikomponentenbauteils gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
2 zeigt schematisch eine Detailansicht einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt schematisch eine weitere Ansicht eines Multikomponentenbauteils gemäß der Erfindung;
4 zeigt schematisch eine weitere Ansicht eines Multikomponentenbauteils gemäß der Erfindung;
5 zeigt schematisch eine weitere Ansicht eines Multikomponentenbauteils gemäß der Erfindung;
6 zeigt schematisch eine Komponente für ein Mehrkomponentenbauteil gemäß der Erfindung;
7 zeigt schematisch eine weitere Ansicht eines Multikomponentenbauteils gemäß der Erfindung;
8 zeigt schematisch eine weitere Komponente für ein Mehrkomponentenbauteil gemäß der Erfindung;
9 zeigt schematisch eine weitere Ansicht eines Multikomponentenbauteils gemäß der Erfindung in nicht verbundenem Zustand;
10 zeigt schematisch eine weitere Ansicht eines Multikomponentenbauteils gemäß der Erfindung;
11 zeigt schematisch eine weitere Ansicht eines Multikomponentenbauteils gemäß der Erfindung;
12 zeigt schematisch eine weitere Ansicht eines Multikomponentenbauteils gemäß der Erfindung;
13 zeigt schematisch eine weitere Ansicht eines Multikomponentenbauteils gemäß der Erfindung;
14 zeigt schematisch eine weitere Ansicht eines Multikomponentenbauteils gemäß der Erfindung; und
15 zeigt schematisch eine weitere Ansicht eines Multikomponentenbauteils gemäß der Erfindung.

In den 1 bis 5 ist schematisch ein Mehrkomponentenbauteil 10 für eine Kraftfahrzeugbremse gemäß Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Ansichten gezeigt.
Genauer zeigt 1 einen Bremszylinder 12, an dem ein erstes Kraftübertragungsmittel 14 und ein zweites Kraftübertragungsmittel 16 befestigt sind. Das erste Kraftübertragungsmittel 14, das zweite Kraftübertragungsmittel 16 und der Bremszylinder 12 dienen dabei als einzelne Komponenten zum Aufbau des Mehrkomponentenbauteils der Kraftfahrzeugbremse und sind miteinander verlötet. Es ist zu erkennen, dass die Kraftübertragungsmittel 14, 16 aus einer Mehrzahl an Kraftübertragungselementen 18 aufgebaut sind, die jeweils einzeln an dem Bremszylinder 12 oder einem als Faustsattel dienenden Ansatz 20 des Bremszylinders 12 verlötet sind. Der Ansatz 20 weist etwa Durchgänge 22 auf, die einer Führung des Ansatzes 20 beziehungsweise des Faustsattels dienen können.
In der 2 ist gezeigt, dass die Kraftübertragungselemente 18 durch entsprechende Streben 24 miteinander verbunden sein können, etwa um eine vergrößerte Stabilität zu erreichen.
In der 4 ist gezeigt, dass die Kraftübertragungselemente 18 unter Verwendung eines ersten als Oberzug dienenden Bleches 26 und eines als Unterzug dienenden Bleches 28 miteinander verbunden sind. Dies kann wiederum durch eine Lötverbindung möglich sein. Somit kann der Bereich zwischen den Blechen 26, 28 beziehungsweise der Bereich zwischen Oberzug und Unterzug der sogenannte Bereich der neutralen Faser sein, an welchem keine hohen Materialbeanspruchungen stattfinden und somit zwischen den Kraftübertragungselementen 18 materialfreie Bereiche vorliegen können.
In der 3 ist nur das als Oberzug dienende Blech 26 ohne die entsprechenden Kraftübertragungselemente 18 gezeigt, wogegen die 5 nur das als Unterzug dienende Blech 26 zusammen mit den Kraftübertragungselementen 18 zeigt.
In den 6 bis 10 ist ein weiteres Kraftübertragungsmittel 30 gezeigt, das aus einem Grundkörper 32 und einer Mehrzahl an Verbindungsköpfen 34 ausgebildet ist. Es ist ferner in Verbindungselement 36 gezeigt, welches jeweils Aufnahmen 38 aufweist, in welchen die Verbindungsköpfe 34 aufgenommen werden können, wie dies in den 8 und 9 gezeigt ist.
Die Verbindungsköpfe 34 können dann mit den Aufnahmen 38 verlötet werden, um eine Kraftaufnahme zu ermöglichen. Dazu sind zwei beispielhafte Ausgestaltungen gezeigt, wie eine Verlötung erfolgen kann.
In der 7 ist gezeigt, dass die Aufnahme 38 U-förmig ausgestaltet sein kann und den jeweiligen Verbindungskopf 34 seitlich und kopfseitig umschließen kann. Entsprechend kann das Lotmaterial 40 den Verbindungskopf 34 seitlich und kopfseitig umschließen.
10 zeigt, dass die Aufnahme 38 als Durchgangsöffnung 39 ausgestaltet ist, in welche der jeweilige Verbindungskopf 34 geschoben werden kann. In diesem Fall kann das Lotmaterial 40 den Verbindungskopf seitlich umschließen.
Die spezifische Ausgestaltung ist dabei insbesondere in Abhängigkeit der konkreten Anwendung wählbar. Grundsätzlich ist jedoch gezeigt, dass durch eine Anordnung der Verbindungsköpfe 34 in den Aufnahmen 38 eine Vorfixierung der Komponenten zueinander stattfinden kann, was den Verbindungsprozess vereinfachen kann.
In den 11 bis 15 sind weitere Ausgestaltungen gezeigt zum Aufbau eines Mehrkomponentenbauteils für eine Kraftfahrzeugbremse. Insbesondere ist gezeigt, dass ein Kopfblech 42 mit einem Reibring 44 einer Kraftfahrzeugbremse miteinander durch eine Lötung verbunden sind.
11 zeigt dabei, dass eine Spaltlötung vorliegt, indem zwischen dem Kopfblech 42 und dem Reibring 44 ein mit Lotmaterial 40 gefüllter Lötspalt 46 vorliegt. Es ist ferner gezeigt, dass am inneren Winkel der rechtwinklig zueinander ausgerichteten Komponenten Kopfblech 42 und Reibring 44 ein Lötmeniskus 48 vorliegt.
Die Ausgestaltung der 12 entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltung der 11, wobei jedoch der Reibring 44 eine Materialausnehmung 50 aufweist. Dadurch kann ein Füllen des Lötspalts 46 durch Lotmaterial 40 verbessert werden.
In der 13 ist das Kopfblech 42 vollständig in einer Schnittansicht gezeigt, so dass zu sehen ist, dass der Reibring 44 umlaufend an dem Kopfblech 42 anliegt und mit diesem verlötet ist.
Die 14 und 15 zeigen ebenfalls eine Verbindung von einem Kopfblech 42 und einem Reibring 44. In diesen Figuren ist jedoch gezeigt, dass die Verlötung an einer Falzgeometrie vorliegt.
Gemäß 14 weist der Reibring 44, der spanend bearbeitet sein kann, eine Falz 52 auf, die als rechtwinklige Umbiegung ausgestaltet sein kann, wobei eine Überlappung beispielsweise 1 bis 5 mal der Materialdicke des Reibrings 44 und/oder des Kopfbleches 42 betragen kann. Es ist ferner der Lötspalt 46 zwischen dem Reibring 44 und dem Kopfblech 42 gezeigt, welcher beidseitig durch einen Lötmeniskus 48 abgeschlossen ist. Der Lötspalt 46 kann eine Dicke in einem Bereich von 0,05 mm bis 1 mm, etwa von 0,05 mm bis 0,5 mm aufweisen. Das Kopfblech 42 kann durch den Falz 52 in den Reibring 44 eingelegt sein. In dieser Ausgestaltung ist eine sehr langzeitstabile Lötung möglich.
Gemäß 15 weisen sowohl das Kopfblech 42 als auch der Reibring 44 einen Falz 52 auf. Der Reibring 44 kann wiederum spanend bearbeitet sein und das Kopfblech 42 kann etwa tiefgezogen sein. Der Lötspalt 46 kann wiederum mitsamt Lötmeniskus 48 ausgebildet sein wie mit Bezug auf 14 beschrieben. Eine Überlappung kann gemäß 15 beispielsweise 1 bis 3 mal der Materialdicke des Reibrings 44 und/oder des Kopfbleches 42 betragen.
Bezugszeichenliste

10: Mehrkomponentenbauteil
12: Bremszylinder
14: Kraftübertragungsmittel
16: Kraftübertragungsmittel
18: Kraftübertragungselement
20: Ansatz
22: Durchgang
24: Streben
26: Blech
28: Blech
30: Kraftübertragungsmittel
32: Grundkörper
34: Verbindungskopf
36: Verbindungselement
38: Aufnahme
39: Durchgangsöffnung
40: Lotmaterial
42: Kopfblech
44: Reibring
46: Lötspalt
48: Lötmeniskus
50: Materialausnehmung
52: Falz

Claims

Kraftfahrzeugbremse, dadurch gekennzeichnet, das die Kraftfahrzeugbremse wenigstens ein Bauteil aufweist, das als Mehrkomponentenbauteil (10) ausgebildet ist, wobei das Mehrkomponentenbauteil (10) aus wenigstens zwei miteinander verbundenen Komponenten aufgebaut ist, wobei die wenigstens zwei miteinander verbundene Komponenten miteinander verlötet sind.
Kraftfahrzeugbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Komponenten unter Ausbildung eines Lötspalts (46) miteinander verbunden sind.
Kraftfahrzeugbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötspalt (46) zumindest zum Teil eine Dicke aufweist in einem Bereich von ≤ 0,2 mm.
Kraftfahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu dem Lötspalt (46) ein Lotmeniskus (48) vorliegt.
Kraftfahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmaterial (40) ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Messing-Lotmaterialien, Aluminium-Lotmaterialien, Nickel-Lotmaterialien, Kupfer-Lotmaterialien, Zink-Lotmaterialien, Cobalt-Lotmaterialien und Silizium-Lotmaterialien.
Kraftfahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Komponente aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist, der ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Stahl, Aluminium, und Eisen.
Kraftfahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bestandteil des Lotmaterials (40) ein Bestandteil eines Materials wenigstens einer Komponente ist.
Kraftfahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zumindest zum Teil an einer Falzgeometrie verlötet sind.
Kraftfahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Komponente eine Struktur mit materialfreien Bereichen aufweist.
Kraftfahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Komponente eine Aufnahme (38) zum Aufnehmen einer mit der ersten Komponente zu verbindenden zweiten Komponente aufweist.
Kraftfahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkomponentenbauteil (10) ausgewählt ist aus einem Gehäusebauteil, insbesondere einem Bremssattelgehäuse, einem Bremszylinder, einem Bremsrotor, einem Bremssattel, einem Bremshalter, und einer Bremsscheibe.
Kraftfahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zusätzlich zu einer Verlötung miteinander durch eine andere Verbindungstechnologie verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeugbremse, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bauteil der Kraftfahrzeugbremse als Mehrkomponentenbauteil (10) ausgebildet wird derart, dass wenigstens zwei Komponenten durch Löten miteinander verbundenen werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden der wenigstens zwei Komponenten durch Löten ein Spaltlöt-Verfahren angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden der wenigstens zwei Komponenten durch Löten ein Ofenlöt-Verfahren, ein Widerstandslötverfahren, ein Induktionslötverfahren, ein Hartlötverfahren oder ein Laserlötverfahren angewendet wird.