DE102019209424B3

DE102019209424B3 - Friction brake body for a wheel brake of a motor vehicle, friction brake and method for producing a friction brake body

Info

Publication number: DE102019209424B3
Application number: DE102019209424.4A
Authority: DE
Inventors: Ilja Potapenko; Christian Schnatterer; Kangjian Wu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Breyden De GmbH; Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2020-11-26
Anticipated expiration: 2039-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheibe (1), für eine Reibbremse (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper einen Basiskörper (3) mit zumindest einer Verschleißschutzschicht (5) auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht (5) eine intermetallische Titan-Aluminium-Legierung ist.The invention relates to a friction brake body, in particular a brake disc (1), for a friction brake (2) of a motor vehicle, the friction brake body having a base body (3) with at least one wear protection layer (5) on at least one friction contact surface (4) of the base body (3). It is provided that the wear protection layer (5) is an intermetallic titanium-aluminum alloy.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibbremskörper, insbesondere Bremsscheibe, für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, wobei der Reibbremskörper einen Basiskörper mit zumindest einer Verschleißschutzschicht auf zumindest einer Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers aufweist.The invention relates to a friction brake body, in particular a brake disk, for a friction brake of a motor vehicle, the friction brake body having a base body with at least one wear protection layer on at least one friction contact surface of the base body.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Reibbremse für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Reibbremskörper, insbesondere einer Bremsscheibe, und wenigstens einem dem Reibbremskörper zugeordneten verlagerbaren Bremsklotz.The invention further relates to a friction brake for a motor vehicle, with at least one friction brake body, in particular a brake disk, and at least one displaceable brake pad assigned to the friction brake body.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Reibbremskörpers.The invention also relates to a method for producing the friction brake body described above.

Stand der TechnikState of the art

Reibbremskörper für Kraftfahrzeuge, insbesondere Bremsscheiben, werden heutzutage in der Regel mit einem Basiskörper aus Grauguss gefertigt. Zur Reduzierung des im Betrieb auftretenden Verschleißes ist es außerdem bekannt, zumindest auf einer Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers eine Verschleißschutzschicht aufzubringen. Während eines Bremsvorgangs, bei welchem ein Bremsklotz gegen die Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers gepresst wird, entsteht Abrieb an der Reibkontaktoberfläche, der durch die genannte Verschleißschutzschicht reduziert wird. Durch die Verschleißschutzschicht wird somit die Haltbarkeit und Verschleißbeständigkeit der Bremsscheibe beziehungsweise des Reibbremskörpers erhöht. Aus der Offenlegungsschrift EP 3 034 902 A1 ist es bekannt, die Verschleißschutzschicht mittels Laserauftragsschweißen auf die Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers aufzubringen. Dabei wird die zu beschichtende Reibkontaktoberfläche mittels Laserstrahl aufgeschmolzen und gleichzeitig ein Beschichtungspulver zugeführt, das bevorzugt vor Erreichen der aufgeschmolzenen Oberfläche des Basiskörpers von dem Laserstrahl ebenfalls zumindest teilverflüssigt wird, sodass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen aufgeschmolzener Oberfläche und Beschichtung entsteht.Friction brake bodies for motor vehicles, in particular brake disks, are nowadays usually manufactured with a base body made of gray cast iron. In order to reduce the wear occurring during operation, it is also known to apply a wear protection layer at least on one frictional contact surface of the base body. During a braking process in which a brake pad is pressed against the frictional contact surface of the base body, abrasion occurs on the frictional contact surface, which is reduced by the aforementioned wear protection layer. The wear protection layer thus increases the durability and wear resistance of the brake disk or the friction brake body. From the publication EP 3 034 902 A1 it is known to apply the wear protection layer to the frictional contact surface of the base body by means of laser deposition welding. The friction contact surface to be coated is melted by means of a laser beam and a coating powder is supplied at the same time, which is preferably also at least partially liquefied by the laser beam before it reaches the melted surface of the base body, so that a material bond is created between the melted surface and the coating.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 222 989 A1 ist weiterhin ein vollständig aus Gamma-Titanaluminid gefertigter Formkörper bekannt, der als Bremsscheibe ausgebildet werden kann.From the publication DE 10 2014 222 989 A1 a molded body made entirely of gamma titanium aluminide is also known which can be designed as a brake disc.

Die Offenlegungsschriften DE 103 06 919 A1 und DE 10 2008 053 637 A1 zeigen jeweils Bremsscheiben mit Verschleißschutzschichten, die insbesondere aus Titanaluminiden gebildet sind.The disclosure documents DE 103 06 919 A1 and DE 10 2008 053 637 A1 each show brake disks with wear protection layers, which are formed in particular from titanium aluminides.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Reibbremskörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass aufgrund geringer Materialkosten ein besonders günstiger Verschleißschutz für den Reibbremskörper gewährleistet wird, wobei trotz der Verwendung kostengünstiger Materialien ausreichende Korrosions- und Verschleißbeständigkeit gewährleistet werden. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht eine intermetallische Titan-Aluminium-Legierung ist, und dass die Legierung Mangan aufweist. Eine intermetallische Titan-Aluminium-Legierung, auch als Titanaluminid bezeichnet, ist eine intermetallische Verbindung zwischen Titan und Aluminium, die sich durch hohe Korrosions- und Verschleißbeständigkeit auszeichnet. Zwar weist eine derartige Legierung eine verhältnismäßig geringe Duktilität und Zähigkeit bei Raumtemperatur auf, diese Eigenschaften sind jedoch bei der Verwendung als Verschleißschutzschicht aufgrund einer bevorzugt nur geringen Schichtdicke vernachlässigbar. Die vorliegende Erfindung verzichtet dadurch nahezu vollständig auf strategische Legierungselemente und teure Hartstoffe. Durch die deutlich geringere Dichte von Titanaluminiden im Vergleich zu Grauguss wird außerdem die ungefederte Masse am Fahrwerk des den erfindungsgemäßen Reibbremskörper aufweisenden Kraftfahrzeugs reduziert.The friction brake body according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that, due to the low material costs, a particularly favorable wear protection for the friction brake body is ensured, with sufficient corrosion and wear resistance being ensured despite the use of inexpensive materials. According to the invention it is provided for this purpose that the wear protection layer is an intermetallic titanium-aluminum alloy, and that the alloy contains manganese. An intermetallic titanium-aluminum alloy, also known as titanium aluminide, is an intermetallic compound between titanium and aluminum that is characterized by its high resistance to corrosion and wear. Although such an alloy has a relatively low ductility and toughness at room temperature, these properties are, however, negligible when used as a wear protection layer due to a preferably only small layer thickness. The present invention thus almost completely dispenses with strategic alloying elements and expensive hard materials. The significantly lower density of titanium aluminides compared to gray cast iron also reduces the unsprung mass on the chassis of the motor vehicle having the friction brake body according to the invention.

Vorzugsweise weist die Verschleißschutzschicht eine Schichtdicke von weniger als 500 µm, insbesondere weniger als 200 µm auf. Durch eine Verschleißschutzschicht mit einer Schichtdicke von weniger als 500 µm auf dem Reibbremskörper beziehungsweise dem Basiskörper wird der gewünschte Vorteil einer einfachen und kostengünstigen Prozessierbarkeit sowie einer hohen Verschleißbeständigkeit und Korrosionssicherheit geboten.The wear protection layer preferably has a layer thickness of less than 500 μm, in particular less than 200 μm. A wear protection layer with a layer thickness of less than 500 μm on the friction brake body or the base body offers the desired advantage of simple and inexpensive processability as well as high wear resistance and corrosion protection.

Besonders bevorzugt ist die Verschleißschutzschicht durch thermisches Spritzen oder Auftragsschweißen, besonders bevorzugt Laserauftragsschweißen, auf den Basiskörper aufgebracht. Hierdurch ist eine einfache und kostengünstige Herstellung gewährleistet.The wear protection layer is particularly preferably applied to the base body by thermal spraying or build-up welding, particularly preferably laser build-up welding. This ensures simple and inexpensive manufacture.

Vorzugsweise beträgt der Aluminiumgehalt der Verschleißschutzschicht beziehungsweise der Legierung 25 bis 35 Atom-% oder 50 bis 55 Atom-%. Insbesondere bei einem Aluminiumgehalt zwischen 50 bis 55 Atom-% ergibt sich ein Gamma-Titanaluminid, welches aufgrund des hohen Aluminiumgehaltes eine besonders geringe Dichte besitzt. Außerdem zeichnet sich Gamma-Titanaluminid aufgrund des hohen Aluminiumgehaltes durch eine weiter gesteigerte Oxidationsbeständigkeit aus.The aluminum content of the wear protection layer or of the alloy is preferably 25 to 35 atom% or 50 to 55 atom%. In particular, with an aluminum content between 50 and 55 atomic percent, a gamma titanium aluminide is obtained which has a particularly low density due to the high aluminum content. In addition, due to its high aluminum content, gamma titanium aluminide is characterized by a further increased resistance to oxidation.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Legierung zumindest ein Element aus der Gruppe von Chrom, Vanadium und Bor aufweist. Hierdurch wird eine besonders robuste, insbesondere rissfreie, Prozessierbarkeit der Legierung gewährleistet, die ebenfalls zur Erhöhung der Duktilität und Rissbeständigkeit der Beschichtung beiträgt.Furthermore, it is preferably provided that the alloy contains at least one element from the group of chromium, vanadium and boron. This ensures a particularly robust, in particular crack-free, processability of the alloy, which also contributes to increasing the ductility and crack resistance of the coating.

Optional ist zwischen der Verschleißschutzschicht und dem Basiskörper eine metallische Zwischenschicht ausgebildet, die beispielsweise die Anhaftung der Verschleißschutzschicht an dem Basiskörper verbessert und/oder verhindert, dass eine Rissbildung in der Verschleißschutzschicht in den Basiskörper übertragen wird.Optionally, a metallic intermediate layer is formed between the wear protection layer and the base body, which, for example, improves the adhesion of the wear protection layer to the base body and / or prevents cracking in the wear protection layer from being transferred to the base body.

Die erfindungsgemäße Reibbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zeichnet sich dadurch aus, dass der Reibbremskörper erfindungsgemäß ausgebildet ist. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.The friction brake according to the invention with the features of claim 7 is characterized in that the friction brake body is designed according to the invention. This results in the advantages already mentioned.

Das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere zur Herstellung des erfindungsgemäßen Reibbremskörpers, mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich dadurch aus, dass die Verschleißschutzschicht durch eine intermetallische Titan-Aluminium-Legierung ausgebildet wird, wobei die Legierung mit Mangan versehen wird. Insbesondere wird diese Legierung auf dem Basiskörper durch thermisches Spritzen oder Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, aufgebracht. Dabei wird die Verschleißschutzschicht nur dünn auf den Basiskörper aufgetragen, so dass die Verschleißschutzschicht weniger als 500 µm, insbesondere weniger als 200 µm in Schichtdicke aufweist. Bevorzugt wird der Aluminiumgehalt der Verschleißschutzschicht derart gewählt, dass er zwischen 25 bis 35 Atom-% oder zwischen 50 bis 55 Atom-% liegt. Zur weiteren Verbesserung der Rissbeständigkeit der Beschichtung wird die Legierung zusätzlich zu Mangan außerdem bevorzugt mit einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe von Chrom, Vanadium und Bor versehen. Optional wird zwischen Verschleißschutzschicht und Basiskörper eine metallische Zwischenschicht ausgebildet, die insbesondere vor dem Aufbringen der Verschleißschutzschicht auf dem Basiskörper hergestellt wird, und beispielsweise dazu ausgebildet ist, eine vorteilhafte Haftung der Verschleißschutzschicht an dem Basiskörper zu gewährleisten und/oder eine Rissbildung durch die Verschleißschutzschicht in den Basiskörper hinein zu verhindern.The method according to the invention, in particular for producing the friction brake body according to the invention, with the features of claim 8 is characterized in that the wear protection layer is formed by an intermetallic titanium-aluminum alloy, the alloy being provided with manganese. In particular, this alloy is applied to the base body by thermal spraying or build-up welding, in particular laser build-up welding. The wear protection layer is only applied thinly to the base body so that the wear protection layer has a layer thickness of less than 500 μm, in particular less than 200 μm. The aluminum content of the wear protection layer is preferably chosen such that it is between 25 to 35 atom% or between 50 to 55 atom%. To further improve the crack resistance of the coating, in addition to manganese, the alloy is also preferably provided with one or more elements from the group of chromium, vanadium and boron. Optionally, a metallic intermediate layer is formed between the wear protection layer and the base body, which is produced in particular before the wear protection layer is applied to the base body, and is designed, for example, to ensure advantageous adhesion of the wear protection layer to the base body and / or crack formation through the wear protection layer in the To prevent base body into it.

Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.Further advantages and preferred features and combinations of features emerge in particular from what has been described above and from the claims.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen:

1 einen vorteilhaften Reibbremskörper in einer perspektivischen Darstellung und
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zum Herstellen des Reibbremskörpers.

The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. To show:

1 an advantageous friction brake body in a perspective view and
2 a flow chart to explain an advantageous method for producing the friction brake body.

1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung einen als Bremsscheibe 1 ausgebildeten Reibbremskörper einer hier nicht näher dargestellten Reibbremse 2 eines Kraftfahrzeugs. Die Bremsscheibe 1 ist kreisringförmig ausgebildet und dient dazu, mit einem verlagerbaren Bremsklotz der Reibbremse, der gegen zumindest eine der Stirnseiten der Scheibenbremse pressbar ist, zusammenzuwirken. Ein optional vorhandener Bremsscheibentopf ist in 1 nicht dargestellt. 1 shows a simplified perspective view of a brake disk 1 trained friction brake body of a friction brake not shown here 2 of a motor vehicle. The brake disc 1 is circular and serves to interact with a displaceable brake pad of the friction brake that can be pressed against at least one of the end faces of the disc brake. An optionally available brake disc chamber is in 1 not shown.

Die Bremsscheibe 1 weist einen Basiskörper 3 auf, der kreisringförmig ausgebildet ist, und auf seinen Stirnseiten jeweils eine Reibkontaktoberfläche 4 aufweist, die zum Zusammenwirken mit dem Bremsklotz der Reibbremse 2 dienen. Der Basiskörper 3 ist vorzugsweise aus Grauguss gefertigt. Zumindest auf den Reibkontaktoberflächen 4 weist der Basiskörper 3 jeweils eine Verschleißschutzschicht 5 auf, wobei zwischen der Verschleißschutzschicht 5 und dem Basiskörper 3 optional eine Zwischenschicht 6 vorhanden ist.The brake disc 1 has a base body 3 on, which is circular, and on each of its end faces a friction contact surface 4th has, which to interact with the brake pad of the friction brake 2 serve. The base body 3 is preferably made of gray cast iron. At least on the frictional contact surfaces 4th exhibits the base body 3 one wear protection layer each 5 on, being between the wear protection layer 5 and the base body 3 optionally an intermediate layer 6th is available.

Die Verschleißschutzschicht 5 ist vorliegend eine intermetallische Titan-Aluminium-Legierung, die vorzugsweise weniger als 500 µm dick ist. Insbesondere ist die Verschleißschutzschicht 5 durch thermisches Spritzen oder Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, auf die Reibkontaktoberfläche 4 aufgebracht. Der Aluminiumgehalt der Verschleißschutzschicht beträgt vorzugsweise 50 bis 55 Atom-% oder 25 bis 35 Atom-%, wobei die Verschleißschutzschicht beziehungsweise Legierung außerdem bevorzugt ein oder mehrere Elemente, aus der Gruppe von Chrom, Mangan, Vanadium und Bor aufweist.The wear protection layer 5 is in the present case an intermetallic titanium-aluminum alloy, which is preferably less than 500 μm thick. In particular, the wear protection layer 5 by thermal spraying or build-up welding, in particular laser build-up welding, onto the friction contact surface 4th upset. The aluminum content of the wear protection layer is preferably 50 to 55 atom% or 25 to 35 atom%, the wear protection layer or alloy also preferably having one or more elements from the group of chromium, manganese, vanadium and boron.

Die vorteilhafte Verschleißschutzschicht ist aus kostengünstigen Materialien gefertigt und gewährleistet eine hohe Rissbeständigkeit und Duktilität der Beschichtung sowie eine einfache Prozessierbarkeit bei der Herstellung. Durch die optionale Zwischenschicht 6 ist eine sichere Haftung an den Basiskörper 3 gewährleistet.The advantageous wear protection layer is made from inexpensive materials and ensures high crack resistance and ductility of the coating as well as easy processing during manufacture. With the optional intermediate layer 6th is a secure adhesion to the base body 3 guaranteed.

2 zeigt vereinfacht anhand eines Flussdiagramms ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen des Reibbremskörpers beziehungsweise der Bremsscheibe 1. 2 shows in simplified form an advantageous method for producing the friction brake body or the brake disk using a flow chart 1 .

In einem ersten Schritt S1 wird der Basiskörper 3 vorzugsweise aus Grauguss gefertigt und bereitgestellt. Optional werden die Reibkontaktoberflächen 4 bereits mechanisch vorbearbeitet, um beispielsweise eine vorbestimmte Rauigkeit zu gewährleisten. In einem darauffolgenden Schritt S2 werden die Reibkontaktoberflächen 4 optional mit der metallischen Zwischenschicht 6 versehen, wobei die Zwischenschicht beispielsweise durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen, auf den Basiskörper 3 aufgetragen wird. In einem darauffolgenden Schritt S3 wird auf die Zwischenschicht 6 oder, falls die Zwischenschicht 6 nicht vorhanden ist, direkt auf dem Basiskörper 3 die beschriebene Verschleißschutzschicht 5 durch Auftragsschweißen oder thermisches Spritzen, wie vorstehend bereits beschrieben, aufgetragen. Anschließend wird in einem Schritt S4 optional die Verschleißschutzschicht 5 mechanisch bearbeitet, um eine gewünschte Rauigkeit für das Zusammenwirken mit einem Bremsklotz der Reibbremse 2 zu gewährleisten.In a first step S1 becomes the base body 3 preferably made of gray cast iron and provided. The friction contact surfaces are optional 4th already mechanically pre-machined, for example to ensure a predetermined roughness. In a subsequent step S2 become the frictional contact surfaces 4th optionally with the metallic intermediate layer 6th provided, the intermediate layer for example by build-up welding, in particular laser build-up welding, on the base body 3 is applied. In a subsequent step S3 is applied to the intermediate layer 6th or, if the intermediate layer 6th is not present, directly on the base body 3 the described wear protection layer 5 by build-up welding or thermal spraying, as already described above, applied. Then in one step S4 optionally the wear protection layer 5 mechanically processed to achieve a desired roughness for interaction with a brake pad of the friction brake 2 to ensure.

Im abschließenden Schritt S5 wird der fertige Reibbremskörper beziehungsweise die Bremsscheibe 1 erhalten.In the final step S5 becomes the finished friction brake body or the brake disc 1 receive.

Claims

Friction brake body, in particular brake disk (1), for a friction brake (2) of a motor vehicle, the friction brake body having a base body (3) with at least one wear protection layer (5) on at least one friction contact surface (4) of the base body (3), characterized in that the wear protection layer (5) is an intermetallic titanium-aluminum alloy, and that the alloy contains manganese.

Friction brake body after Claim 1 , characterized in that the wear protection layer (5) has a layer thickness of less than 500 µm, in particular less than 200 µm.

Friction brake body according to one of the preceding claims, characterized in that the wear protection layer (5) is applied to the base body (3) by thermal spraying or build-up welding.

Friction brake body according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminum content of the wear protection layer is 25 to 35 atom% or 50 to 55 atom%.

Friction brake body according to one of the preceding claims, characterized in that the alloy has one or more elements from the group of chromium, vanadium and boron.

Friction brake body according to one of the preceding claims, characterized in that a metallic intermediate layer (6) is formed between the wear protection layer (5) and the base body (3).

Friction brake (2) for a motor vehicle, with at least one friction brake body and at least one displaceable brake pad assigned to the friction brake body, characterized by the design of the friction brake body according to one of the Claims 1 to 6th .

A method for producing a friction brake body, in particular a brake disc (1), for a friction brake (2) of a motor vehicle, a base body (3) with at least one friction contact surface (4) being provided, characterized in that at least on the friction contact surface (4) a wear protection layer (5) made of an intermetallic titanium-aluminum alloy is applied, the alloy being provided with manganese.