WO2022152398A1 - Verfahren zur herstellung eines bremskörpers und bremskörper - Google Patents
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Definitions
- Another disadvantage is that the layers that can be achieved by diffusion processes have an insufficient layer thickness to compensate for the tolerances present in the conventional manufacturing process without having to remove a significant part of the already small layer thickness again in order to produce the manufacturing tolerances of offset, friction belt thickness and axial run-out.
- the object of the present invention consists in specifying a method for producing brake bodies and specifying brake bodies produced in this way, with which the aforementioned disadvantages of the prior art are eliminated.
- the object is achieved by a method for producing a brake body, which has at least one metallic base body with at least one surface area for forming a friction surface, in which at least one layer of a metallic semi-finished product is arranged at least partially on the surface area intended for forming the friction surface, which is subsequently is materially bonded to the metallic base body by means of a joining process.
- the two or more layers are cohesively connected to the metallic base body and/or to one another in one or more process steps by means of joining processes.
- at least one layer of the metallic semi-finished product consisting of two or more segments is arranged.
- Layers and/or segments of a layer made of different materials, shapes and/or layer thicknesses are also advantageously arranged, with the segments being particularly advantageously arranged as circular, oval, polygonal and/or free-form platelets.
- friction surfaces should be understood to mean a one-sided or two-sided disk-like surface via which the braking effect is achieved in cooperation with suitably designed brake pads.
- a first circular layer of strip material made of iron aluminide is then arranged on the metal base body in the area of the friction surfaces provided and is bonded to the metal base body by means of magnetic pulse welding.
- the circular first layer and the segmented second layer each have a layer thickness of 0.55 mm, so that a friction surface with a layer height of 1.1 mm is formed.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Fahrzeugtechnik und der Industrieanlagentechnik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bremskörpern und derart hergestellte Bremskörper. Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Angabe eines Verfahrens und eines Bremskörpers, der einen verbesserten Verschleiß- und Korrosionsschutz und eine größerer Schichtdicke der Reibfläche aufweist und zeit- und kostengünstig herstellbar sind. Gelöst wird die Aufgabe durch einen Bremskörper, der mindestens einen metallischen Grundkörper mit einer auf einem ausgebildeten Oberflächenbereich aufgebrachten Reibfläche aufweist, die eine vorgefertigte Lage eines metallischen Halbzeugs ist, die mit dem metallischen Grundkörper mittels Fügeverfahren stoffschlüssig verbunden ist. Gelöst wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren, bei dem die Reibfläche durch mindestens eine Lage eines metallischen Halbzeugs gebildet und diese durch ein Fügeverfahren stoffschlüssig mit dem metallischen Grundkörper verbunden wird. Die erfindungsgemäßen Bremskörper können beispielsweise in Fahrzeugen, Industrieanlagen oder Windkraftanlagen eingesetzt werden.
Description
Verfahren zur Herstellung eines Bremskörpers und Bremskörper
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Fahrzeugtechnik und der Industrieanlagentechnik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bremskörpers und derart hergestellte Bremskörper. Die erfindungsgemäßen Bremskörper können beispielsweise in Fahrzeugen, Industrieanlagen oder Windkraftanlagen eingesetzt werden.
Herkömmliche Bremskörper in Fahrzeugen und bei industriellen Anwendungen sind beispielsweise als Bremsscheibe oder Bremstrommel in einteiliger Form aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff oder als Verbundbremsscheibe beziehungsweise mehrteilige Bremsscheibe aus einem oder mehreren metallischen oder keramischen Materialien ausgebildet.
Dabei weisen Bremskörper mehrere funktionelle Bereiche auf. So werden Bremsscheiben bei Kraftfahrzeugen an der Vorder- und Hinterachse befestigt und weisen hierfür eine plane Anlagefläche auf, die im Kontakt mit der Felge einerseits und dem Radlager andererseits steht. Die gesamte Bremsscheibe wird über die Anlagefläche mittels Radbolzen verbunden. Auch Wind-, Industrie- und Kraftanlagen weisen Bremskörper auf, die beispielsweise auf einer Rotorwelle aufgepresst oder anderweitig mit dieser verbunden sind.
Bremskörper weisen Bereiche mit Reibflächen auf, über die die Bremswirkung im Zusammenwirken mit reibenden Bremsbelägen realisiert wird.
Zur besseren Ableitung der entstehenden Wärme können beispielsweise Bremsscheiben als innenbelüftete Scheibenbremsen ausgebildet sein. Hierzu weisen sie zwischen den Reibflächen Belüftungskanäle in unterschiedlichen Geometrien auf, die Luft ansaugen, die Scheibenbremse durchströmen, Wärme ableiten und so die Kühlung der Bremsscheibe gewährleisten.
Bremskörper werden im Stand der Technik entweder im Bereich der Reibflächen und/oder im Bereich der Belüftungskanäle mit einem Kurzzeitkorrosionsschutz oder mit einem Langzeitkorrosionsschutz mit oder ohne einer Hartstoffbeschichtung versehen. Der Kurzzeitkorrosionsschutz schützt den Bremskörper nur für einen kurzen Zeitraum gegenüber Korrosion, insbesondere um Korrosion bis zur Inbetriebnahme der Bremsanlage zu vermeiden.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösung bekannt, um Bremsscheiben vor Korrosion und Verschleiß zu schützen.
Aus der DE 20 2018 107 169 U1 ist eine Beschichtung insbesondere für Bremsscheiben, Bremstrommeln und Kupplungsscheiben mit einer ersten Schicht bekannt, die einen metallbasierten Werkstoff aufweist, der weniger als 20 Gew.-% Wolframcarbid oder andere Carbide enthält, und eine zweite Schicht, die auf der ersten Schicht aufgebracht ist und einen Wolframcarbid-haltigen Werkstoff aufweist, der 20 Gew.-% bis 94 Gew.-% Wolframcarbid enthält, wobei die erste und die zweite Schicht thermisch gespritzte Schichten sind.
Aus der DE 20 2018 102 703 U1 ist ein Bremskörper für ein Fahrzeug bekannt, mit einem Grundkörper, der eine durch Aufrauen ausgebildete Oberfläche als Reibfläche und eine nach erfolgtem Aufrauen mittels eines thermischen Spritzverfahrens auf die Reibfläche aufgebrachte Beschichtung aufweist.
Zudem ist aus der DE 102 03 507 A1 eine Bremsscheibe für ein Fahrzeug bekannt, umfassend einen Grundkörper aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Grauguss, welcher wenigstens eine Reibfläche mit einer Beschichtung aus einem harten Material aufweist, wobei der Grundkörper unter der Beschichtung eine abgetragene Materialstärke in Richtung achsparallel zur Achse der Bremsscheibe aufweist, wobei der Grundkörper eine etwa um die Schichtdicke der Beschichtung, beziehungsweise bis zu +/- 20% mehr oder weniger, vorzugsweise +/- 10%, bezogen auf die Schichtdicke der Beschichtung abgetragene Materialstärke in Richtung achsparallel zur Achse der Bremsscheibe aufweist.
Und auch bekannt ist aus der DE 10 2014 008 844 A1 eine Bremsscheibe für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Substrat, insbesondere ein Grauguss-Substrat, mindestens eine auf dem Substrat gebildete Reibfläche und mindestens eine zumindest auf der mindestens einen Reibfläche aufgebrachte Deckschicht, wobei die Deckschicht härter und dünner ist, als das Substrat, und wobei in der Deckschicht Vertiefungen, welche die Deckschicht nicht durchdringen, und/oder farbliche Veränderungen eingebracht sind.
Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist es, dass der Korrosions- und Verschleißschutz nur oberflächig im Bereich der Reibflächen auf den Grundkörper des Bremskörpers aufgebracht ist und unmittelbar nach den ersten Bremsvorgängen abgerieben wird, so dass die Reibfläche nach kurzer Zeit korrodiert und durch die korrosiven Prozesse unmittelbar den Grundwerkstoff beschädigen. Gerade bei beispielsweise Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen wird eine wesentliche geringere Anzahl von Bremsvorgängen vorgenommen. Dadurch werden die Reibflächen weniger beansprucht und Korrosionsansatz nicht beseitigt. Derartige Korrosionsansätze können zwangsläufig zu Fehlfunktionen führen. Fehlfunktionen zeigen sich mit Geräuschproblemen und können im Extremfall zu einem Verlust der Bremsleistung führen. Zudem besteht ein weiterer Nachteil darin, dass durch die auftretende Korrosion im Bereich der Reibflächen diese schneller verschleißen.
Nachteilig ist weiterhin, dass die durch Diffusionsprozesse erreichbaren Schichten eine unzureichende Schichtdicke aufweisen, um die im herkömmlichen Fertigungsprozess vorhandenen Toleranzen auszugleichen, ohne dass ein erheblicher Teil der ohnehin geringen Schichtdicke wieder abgetragen werden muss, um die Fertigungstoleranzen von Offset, Reibbandstärke und Planlauf herzustellen.
Nachteilig sind auch die hohen Material- und Herstellungskosten von hartstoffbeschichteten Bremsscheiben, die mit Schichtsystemen auf der Basis von Carbiden wie zum Beispiel Wolframcarbid, Chromcarbid oder Borcarbid beschichtet sind. Der Aufwand von Energie bereits zur Herstellung der Zusatzwerkstoffe sowie die Materialeffizienz der bekannten Beschichtungsverfahren wie auch der hohe Aufwand von thermischer Energie zum Auf-/Abschmelzen der Werkstoffe beim Beschichten und
der Einbringung der Energie in das Substrat erzeugen hohe Herstellungskosten für die zu beschichtenden Bremskörper.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens zur Herstellung von Bremskörpern sowie die Angabe von derart hergestellten Bremskörpern, mit denen die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden.
Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Patentansprüche im Sinne einer Und-Verknüpfung einschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bremsköpers, der mindestens einen metallischen Grundkörper mit mindestens einem Oberflächenbereich zum Ausbilden einer Reibfläche aufweist, bei dem mindestens teilweise auf dem zum Ausbilden der Reibfläche vorgesehenen Oberflächenbereich mindestens eine Lage eines metallischen Halbzeugs angeordnet wird, die nachfolgend mittels Fügeverfahren mit dem metallischen Grundkörper stoffschlüssig verbunden wird.
Vorteilhafterweise wird die Lage des metallischen Halbzeugs im Wesentlichen vollständig auf der als Reibfläche vorgesehenen Oberfläche des metallischen Grundkörpers angeordnet.
Vorteilhaft ist es, wenn zwei oder mehrere Lagen des metallischen Halbzeugs angeordnet werden.
Auch vorteilhafterweise werden mehrere Lagen des metallischen Halbzeugs mit gleicher oder unterschiedlicher Schichtdicke angeordnet.
Und auch vorteilhafterweise werden die zwei oder mehreren Lagen in einem oder mehreren Verfahrensschritten mittels Fügeverfahren mit dem metallischen Grundkörper und/oder untereinander stoffschlüssig verbunden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird mindestens eine aus zwei oder mehreren Segmenten bestehende Lage des metallischen Halbzeugs angeordnet.
Weiterhin vorteilhafterweise werden Lagen und/oder Segmente einer Lage aus unterschiedlichen Materialien, Formen und/oder Schichtdicken angeordnet, wobei besonders vorteilhaft die Segmente als kreisrunde, ovale, mehreckige und/oder als freiformflächige Plättchen angeordnet werden.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn nach dem Anordnen der aus Segmenten gebildeten Lage mindestens auf dieser Lage eine Al-basierte Legierung angeordnet wird, anschließend eine thermische Behandlung des Bremskörpers durchgeführt wird, sodass eine Diffusionsstruktur mindestens aus der aus Segmenten gebildeten Lage und der Al-basierten Legierung gebildet wird.
Vorteilhafterweise wird die mindestens eine Lage des metallischen Halbzeugs mit dem metallischen Grundkörper mittels Magnetimpulsschweißen, Lötschweißen, Walzplattieren, Ultraschallschweißen, Reibschweißen und/oder deren Modifizierungen stoffschlüssig verbunden.
Und auch vorteilhafterweise wird abschließend eine mechanische Bearbeitung der Oberfläche mindestens der Reibfläche des Bremskörpers realisiert.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird mit einem Bremskörper gelöst, der mindestens einen metallischen Grundkörper mit einer auf einem ausgebildeten Oberflächenbereich aufgebrachten Reibfläche aufweist, die eine vorgefertigte Lage eines metallischen Halbzeugs ist, die mit dem metallischen Grundkörper mittels Fügeverfahren stoffschlüssig verbunden ist.
Vorteilhafterweise ist mindestens eine Lage aus Edelstahl, ein Metallmatrixverbundwerkstoff, Ceramic Matrix Composite, Cermet, Hartmetall, Glidcop und/oder ein Material der Werkstoffklasse der Aluminide ist.
Auch vorteilhafterweise weist die Reibfläche eine Schichtdicke von 0,1 mm bis 4,0 mm auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Fügezone aus und/oder zwischen metallischem Grundkörper und Lage des metallischen Halbzeugs zwischen 1 pm und 50pm vorhanden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Bremskörpers ist die Reibfläche aus zwei oder mehreren Lagen gebildet.
Ebenfalls vorteilhafterweise sind die Lagen aus unterschiedlichen Materialien, Formen und/oder Schichtdicken vorhanden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens eine Lage des metallischen Halbzeugs aus Segmenten gebildet, wobei besonders vorteilhaft die Segmente kreisrunde, ovale, mehreckige und/oder freiformflächige Plättchen sind.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn mindestens die Reibfläche Verschleißerkennungsmerkmale aufweist, wobei besonders vorteilhaft die Verschleißerkennungsmerkmale Oberflächenvertiefungen und/oder Farbsubstanzen sind.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es erstmals gelungen, Bremskörper mit verbesserten Verschleiß- und Korrosionsschutzeigenschaften herzustellen, deren Reibfläche eine große Schichtdicke aufweist. Zudem wird ein zeit- und kostengünstiges Herstellungsverfahren bereitgestellt.
Im Rahmen der Erfindung soll unter einer Bremskörper ein Bauteil in Form einer Bremsscheibe oder Bremstrommel verstanden werden, das aus einem metallischen Grundkörper besteht und unterschiedliche funktionalisierte Bereiche wie diametral angeordnete Reibflächen, eine Anlagefläche zum Befestigen des Bremskörpers an einer Achse oder Welle oder auch durch Stege ausgebildete Belüftungskanäle aufweist.
Unter einem metallischen Grundkörper soll im Rahmen der Erfindung die ausgebildete Bremsscheibe oder Bremstrommel mit den funktionalisierten Bereichen verstanden werden, die aus Stahl, Grauguss und/oder Aluminium hergestellt ist.
Unter Reibflächen soll im Rahmen der Erfindung eine ein- oder zweiseitig ausgebildete scheibenartige Flächen verstanden werden, über die im Zusammenwirken mit passend ausgebildeten Bremsbelägen die Bremswirkung erreicht wird.
Unter einem metallischen Halbzeug sollen im Rahmen der Erfindung ein Material verstanden werden, das nur teilweise metallische Bestandteile aufweisen kann oder auch vollständig metallisch ausgebildet ist. Ein metallisches Halbzeug kann vorteilhafterweise ein Edelstahl, ein Metallmatrixverbundwerkstoff, Ceramic Matrix Composite, Cermet, Hartmetall, Glidcop und/oder ein Material der Werkstoffklasse der Aluminide sein.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es erstmals gelungen, eine Bremsscheibe oder Bremstrommel mit verbesserten Korrosions- und Verschleißschutzeigenschaften bereitzustellen, die durch das Aufbringen einer Lage eines metallischen Halbzeugs auf dem metallischen Grundkörper hergestellt ist, wobei die Reibfläche durch mindestens eine Lage des metallischen Halbzeugs gebildet und diese durch ein Fügeverfahren stoffschlüssig mit dem metallischen Grundkörper verbunden ist. Die verbesserten Verschleiß- und Korrosionsschutzeigenschaften werden mindestens im Bereich der Reibflächen des Bremskörpers erreicht, wobei auch Bereich der Anlagefläche und/oder der Belüftungskanäle den erfindungsgemäßen Verschleiß- und Korrosionsschutz aufweisen können.
Erreicht wird dies durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bremskörpers, bei dem zur Ausbildung der gewünschten Reibfläche mindestens teilweise mindestens auf der als Reibfläche vorgesehenen Oberfläche des metallischen Grundkörpers mindestens eine Lage eines metallischen Halbzeugs angeordnet wird.
Wesentlich ist, dass die mindestens eine Lage des metallischen Halbzeugs anschließend stoffschlüssig mit dem metallischen Grundkörper durch ein
Fügeverfahren verbunden wird. Durch das stoffschlüssige Fügen der mindestens einen Lage des metallischen Halbzeuges und des metallischen Grundkörpers wird eine Fügezone ausgebildet, die vorteilhafterweise 1 pm bis 50pm breit ist.
Das stoffschlüssige Fügen hat den Vorteil, dass ein gleichmäßiger stofflicher Verbund von metallischem Halbzeug und metallischem Grundkörper realisiert wird, wodurch eine verbesserte Anbindung der Reibfläche mit dem metallischen Grundkörper erreicht wird. Zudem werden verbesserte Wärmeleiteigenschaften und Haftfestigkeiten zwischen metallischem Grundkörper und Reibfläche erreicht, was zu einer längeren Standzeit des Bremskörpers bei verbessertem Verschleiß- und Korrosionsschutz führt.
Das bereits vorgefertigte metallische Halbzeug kann ein Edelstahl, ein Metallmatrixverbundwerkstoff, Ceramic Matrix Composite, Cermet, Hartmetall, Glidcop und/oder ein Material der Werkstoffklasse der Aluminide sein.
Besonders kostengünstige und schnelle Fügeverfahren sind vorteilhafterweise das Magnetimpulsschweißen, Lötschweißen, Walzplattieren und/oder Reibschweißen, und deren spezialisierte Modifikationen, wie bspw. das laserunterstützte Walzplattieren.
Zur Bereitstellung einer größeren wirksamen Reibfläche ist es von Vorteil, wenn die Lage des metallischen Halbzeugs im Wesentlichen vollständig auf der als Reibfläche vorgesehenen Oberfläche des metallischen Grundkörpers angeordnet wird. Insbesondere für größere und schwerere Fahrzeuge mit erhöhter benötigter Bremskraft kann dies erforderlich sein, während für Fahrzeuge mit geringeren Bremsanforderungen, z.B. aufgrund der Rekuperation bei Elektrofahrzeugen, eine nur teilweise Anordnung einer Lage des metallischen Halbzeugs auf der als Reibfläche vorgesehene Oberfläche des metallischen Grundkörpers realisiert sein kann.
Vorstellbar ist auch, dass vorteilhafterweise zwei oder mehrere Lagen eines metallischen Halbzeugs angeordnet werden, die in der Summe die Schichtdicke der Reibfläche des Bremskörpers bilden. Hierbei können Lagen mit gleichem oder unterschiedlichem Werkstoff, unterschiedlicher Schichtdicke innerhalb einer Lage oder auch mit unterschiedlichen Schichtdicken der Lagen untereinander angeordnet
werden und in einem oder mehreren Verfahrensschritten mittels Fügeverfahren mit dem metallischen Grundkörper und untereinander stoffschlüssig verbunden werden.
Zur Vereinfachung des Fügeverfahrens zum stoffschlüssigen Verbinden der Lage des metallischen Halbzeugs mit dem metallischen Grundkörper ist es von Vorteil, wenn mindestens eine Lage des metallischen Halbzeugs durch einzelne Segmente gebildet wird. Durch die Anordnung von einzelnen Segmenten wird es beispielsweise möglich, oberflächenstrukturierte Reibfläche durch beispielsweise eine Beabstandung der Segmente mit Spaltbildung zueinander zu erzeugen, in die nachfolgend in vorteilhafter Weise eine Al-basierte Legierung eingetragen werden kann. Derartige Oberflächenstrukturen können beispielsweise spaltartig ausgebildete und bis zum metallischen Grundkörper reichende Vertiefungen sein, die zu einem verbesserten Wärme- und Abriebaustrag aus der Reibfläche führen und so die Leistung des Bremskörpers verbessern.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung von Segmenten einer Lage des metallischen Halbzeuges besteht darin, dass das stoffschlüssige Fügeverfahren zeit- und kostengünstiger ausgestaltet werden kann, da ein höher Energieeintrag je Fläche ermöglicht wird, was zu einem schnelleren stofflichen Verbinden der Segmente mit dem metallischen Grundkörper führt. Zudem lassen sich in einfacher Weise Oberflächenstrukturen erzeugen, die beispielsweise für das thermische Verhalten und den Abtransport von Feinstaub vorteilhaft sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Segmente einer Lage kann vorgesehen sein, dass die Segmente kreisrunde, ovale, mehreckige und/oder als freiformflächige Plättchen sind, die auf dem metallischen Grundkörper oder auf einer Lage angeordnet und mit diesen stoffschlüssig verbunden werden. Die Verwendung von Plättchen hat den Vorteil, dass die Reibfläche beispielsweise durch unterschiedliche Materialauswahl oder Anzahl der Plättchen bereichsweise funktionalisiert und in den thermischen Eigenschaften individuell eingestellt werden kann.
Von besonderem Vorteil ist, wenn der Bremskörper vor dem Anordnen mindestens einer Lage des metallischen Halbzeuges auf eine Temperatur von 250°C bis 650°C unter Schutzgasatmosphäre vorgewärmt wird. Es wurde festgestellt, dass bei einer
Temperatur über 200°C beim Vorwärmen normalerweise unerwünschte Oxidationsprodukte entstehen, die jedoch durch den Einsatz einer Schutzgasatmosphäre verhindert werden.
Ein Verzicht auf den Einsatz von Schutzgas beim Vorwärmen des Bremskörpers ist überraschenderweise dann möglich, wenn die Vorwärmtemperatur lediglich bei 150°C bis 200°C eingestellt wird.
Die Reibfläche des erfindungsgemäß hergestellten Bremskörpers weist durch die mindestens eine angeordnete Lage des metallischen Halbzeuges vorteilhafterweise eine Schichtdicke von 0,1 mm bis 4,0 mm auf, besonders vorteilhaft eine Schichtdicke von 0,3mm bis 1 ,5mm.
Mit einer abschließenden mechanischen Bearbeitung kann ein möglicherweise entstandener thermisch bedingter Verzug der Reibfläche und des Bremskörpers in einfacher Weise korrigiert werden, ohne dass dabei die verbesserten Verschleiß- und Korrosionseigenschaften entfernt und die erforderliche Schichtdicke der Reibfläche vermindert werden. Durch die abschließende mechanische Bearbeitung wird erreicht, dass ein zusätzlicher Arbeitsgang zur Beseitigung von Unwuchten entfallen kann.
Durch den erfindungsgemäßen Bremskörper, der mindestens im Bereich der Reibflächen mindestens eine Lage des metallischen Halbzeugs aufweist, wird dieser Nachteil beseitigt, da durch die besondere Härte von 350 HV [0,3] bis 850 HV [0,3] ein Einlaufen der Bremsbeläge in die Reibflächen vermieden wird.
Durch das thermisch initiierte Eindiffundieren der Al-basierten Legierung in den Gussoder Stahlwerkstoff bei den ausgebildeten Verbindungsstegen der Belüftungskanäle wird es möglich, die Verbindungsstege mit geringerer Wandstärke zu dimensionieren.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen
Ausführungsbeispiel 1
Eine innenbelüftete Bremsscheibe eines Fahrzeuges aus Grauguss wird bereitgestellt, die eine Härte von 200-250 HV, im Mittel auf 211 HV, aufweist. Die Bremsscheibe weist zwei voneinander diametral gegenüberliegend angeordnete Reibflächen sowie eine
Anlagefläche für die Befestigung der Bremsscheibe an einer Achse auf. Die beiden Reibflächen sind durch stegartig ausgebildete Belüftungskanäle verbunden. Mit Korund (99,81 % AI2O3, 0,1 % Na20,0,04% TiO2. 0,02% SiO2. 0,03% Fe2O3) und unter Anwendung einer Stickstoff-Schutzgasatmosphäre wird die Oberfläche der beiden Reibflächen zweimalig in und entgegen der Drehrichtung der Bremsscheibe bei einem Winkel von 45° mechanisch bearbeitet und dadurch Verschmutzungen, Fette und Öle sowie Eisenoxide entfernt, um verbesserte Bedingungen für die nachfolgende stoffschlüssige Verbindung mit des metallischen Grundkörpers mit einer ersten Lage eines Halbzeugs bereitzustellen.
Anschließend wird im Bereich der vorgesehen Reibflächen auf dem metallischen Grundkörper eine erste kreisrunde Lage eines Bandmaterials aus Eisenaluminid angeordnet und mittels Magnetimpulsschweißen stoffschlüssig mit dem metallischen Grundkörper verbunden. Nachfolgend wird auf der ersten Lage eine aus insgesamt 6 gleichen Segmenten bestehende kreisrunde zweite Lage eines Bandmaterials aus Eisenaluminid angeordnet. Die Segmente werden mit einer Spaltbreiter von 1 mm und voneinander beabstandet angeordnet und jeweils mittels Magnetimpulsschweißen stoffschlüssig mit der ersten kreisrunden Lage aus Edelstahl verbunden. Die kreisrunde erste Lage und die segmentierte zweite Lage haben jeweils eine Schichtdicke von 0,55mm, sodass eine Reibfläche mit einer Schichthöhe von 1 ,1 mm ausgebildet ist.
Claims
Patentansprüche Verfahren zur Herstellung eines Bremsköpers, der mindestens einen metallischen Grundkörper mit mindestens einem Oberflächenbereich zum Ausbilden einer Reibfläche aufweist, bei dem mindestens teilweise auf dem zum Ausbilden der Reibfläche vorgesehenen Oberflächenbereich mindestens eine Lage eines metallischen Halbzeugs angeordnet wird, die nachfolgend mittels Fügeverfahren mit dem metallischen Grundkörper stoffschlüssig verbunden wird. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Lage des metallischen Halbzeugs im Wesentlichen vollständig auf der als Reibfläche vorgesehenen Oberfläche des metallischen Grundkörpers angeordnet wird. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zwei oder mehrere Lagen des metallischen Halbzeugs angeordnet werden. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere Lagen des metallischen Halbzeugs mit gleicher oder unterschiedlicher Schichtdicke angeordnet werden. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zwei oder mehreren Lagen in einem oder mehreren Verfahrensschritten mittels Fügeverfahren mit dem metallischen Grundkörper und/oder untereinander stoffschlüssig verbunden werden. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine aus zwei oder mehreren Segmenten bestehende Lage des metallischen Halbzeugs angeordnet wird. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Lagen und/oder Segmente einer Lage aus unterschiedlichen Materialien, Formen und/oder Schichtdicken angeordnet werden. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Segmente als kreisrunde, ovale, mehreckige und/oder als freiformflächige Plättchen angeordnet werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem nach dem Anordnen der aus Segmenten gebildeten Lage mindestens auf dieser Lage eine Al-basierte Legierung angeordnet wird, anschließend eine thermische Behandlung des Bremskörpers durchgeführt wird, sodass eine Diffusionsstruktur mindestens aus der aus Segmenten gebildeten Lage und der Al-basierten Legierung gebildet wird. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Lage des metallischen Halbzeugs mit dem metallischen Grundkörper mittels Magnetimpulsschweißen, Lötschweißen, Walzplattieren, Ultraschallschweißen, Reibschweißen und/oder deren Modifizierungen stoffschlüssig verbunden wird. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem abschließend eine mechanische Bearbeitung der Oberfläche mindestens der Reibfläche des Bremskörpers realisiert wird. Bremskörper, der mindestens einen metallischen Grundkörper mit einer auf einem ausgebildeten Oberflächenbereich aufgebrachten Reibfläche aufweist, die eine vorgefertigte Lage eines metallischen Halbzeugs ist, die mit dem metallischen Grundkörper mittels Fügeverfahren stoffschlüssig verbunden ist. Bremskörper nach Anspruch 12, bei dem mindestens eine Lage aus Edelstahl, ein Metallmatrixverbundwerkstoff, Ceramic Matrix Composite, Cermet, Hartmetall, Glidcop und/oder ein Material der Werkstoffklasse der Aluminide ist. Bremskörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Reibfläche eine Schichtdicke von 0,1 mm bis 4,0 mm aufweist. Bremskörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Fügezone aus und/oder zwischen metallischem Grundkörper und Lage des metallischen Halbzeugs zwischen 1 pm und 50pm vorhanden ist. Bremskörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Reibfläche aus zwei oder mehreren Lagen gebildet ist.
14 Bremskörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lagen aus unterschiedlichen Materialien, Formen und/oder Schichtdicken vorhanden sind. Bremskörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine Lage des metallischen Halbzeugs aus Segmenten gebildet ist. Bremskörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Segmente kreisrunde, ovale, mehreckige und/oder freiformflächige Plättchen sind. Bremskörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens die Reibfläche Verschleißerkennungsmerkmale aufweist. Bremskörper nach Anspruch 20, bei dem die Verschleißerkennungsmerkmale Oberflächenvertiefungen und/oder Farbsubstanzen sind.
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