DE102021104237A1 - Friction brake body for a friction brake of a motor vehicle, friction brake and method for producing a friction brake body - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Reibbremskörper (1) für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe (2), mit einem aus Grauguss gefertigten Basiskörper (3) und mit zumindest einer mittels Laserauftragsschweißen auf eine Reibkontaktoberfläche (4) des Basiskörpers (3) aufgebrachten Verschleißschutzschicht (5), wobei die Verschleißschutzschicht (5) eine Matrixphase (6) mit darin eingelagerten extrinsisch zugeführten Hartstoffpartikeln (7) aufweist. Es ist vorgesehen, dass eine Mikrohärte der Matrixphase (6) mindestens 15%, bevorzugt zwischen 20 und 40%, einer Mikrohärte der extrinsisch zugeführten Hartstoffpartikel (7) entspricht.
Description
Die Erfindung betrifft Reibbremskörper für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Bremsscheibe, mit einem aus Grauguss gefertigten Basiskörper und mit zumindest einer mittels Laserauftragsschweißen auf eine Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers aufgebrachten Verschleißschutzschicht, wobei die Verschleißschutzschicht eine Matrixphase mit darin eingelagerten extrinsisch zugeführten Hartstoffpartikeln aufweist.The invention relates to friction brake bodies for a friction brake of a motor vehicle, in particular a brake disc, with a base body made of gray cast iron and with at least one wear protection layer applied to a friction contact surface of the base body by means of laser deposition welding, the wear protection layer having a matrix phase with extrinsically added hard material particles embedded therein.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Reibbremse für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Bremsscheibe und mit wenigstens einem der Bremsscheibe zugeordneten verlagerbaren Bremsklotz. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des oben genannten Reibbremskörpers.Furthermore, the invention relates to a friction brake for a motor vehicle, with at least one brake disc and with at least one displaceable brake pad assigned to the brake disc. The invention also relates to a method for producing the above-mentioned friction brake body.
Stand der TechnikState of the art
Reibbremskörper für Kraftfahrzeuge, insbesondere Bremsscheiben, werden häufig mit einem Basiskörper aus Grauguss gefertigt. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Reibbremskörpers für eine Reibbremse, beispielsweise eine Betriebsbremse eines Kraftfahrzeugs, entsteht während eines Bremsvorgangs, bei welchem ein Bremsklotz gegen die Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers gepresst wird, Abrieb an der Reibkontaktoberfläche und damit ein Verschleiß des Reibbremskörpers. Zur Reduzierung des im Betrieb auftretenden Verschleißes ist es bekannt, auf der Reibkontaktoberfläche des Basiskörpers eine Verschleißschutzschicht aufzubringen, durch welche der Abrieb beziehungsweise Verschleiß reduziert wird. Durch die Verschleißschutzschicht wird somit die Haltbarkeit und Verschleißbeständigkeit des Reibbremskörpers erhöht.Friction brake bodies for motor vehicles, in particular brake disks, are often manufactured with a base body made of gray cast iron. When the friction brake body is used as intended for a friction brake, for example a service brake of a motor vehicle, abrasion occurs on the friction contact surface and thus wear of the friction brake body during a braking process in which a brake pad is pressed against the friction contact surface of the base body. In order to reduce the wear that occurs during operation, it is known to apply a wear protection layer to the frictional contact surface of the base body, through which the abrasion or wear is reduced. The wear protection layer thus increases the durability and wear resistance of the friction brake body.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Verschleißschutzschichten insbesondere mittels Laserauftragsschweißen auf den Reibbremskörper beziehungsweise dessen Reibkontaktoberfläche aufzubringen. Die Verschleißschutzschicht ist dabei zum Beispiel aus einem Metall/Keramik Verbundwerkstoff gebildet, welcher eine metallische Matrixphase mit darin eingelagerten insbesondere keramischen Hartstoffpartikeln aufweist. Hierbei dienen die Hartstoffpartikel dazu die Härte und Verschleißbeständigkeit der Verschleißschutzschicht zu erhöhen.It is known from the prior art to apply wear protection layers to the friction brake body or its friction contact surface, in particular by means of laser deposition welding. The wear protection layer is formed, for example, from a metal/ceramic composite material, which has a metallic matrix phase with, in particular, ceramic hard material particles embedded therein. Here, the hard material particles serve to increase the hardness and wear resistance of the wear protection layer.
Bekannte, durch Laserauftragsschweißen aufgebrachte Verschleißschutzschichten können sich dabei insbesondere dahingehend voneinander unterscheiden, wie die Hartstoffpartikel in die Matrixphase eingebracht beziehungsweise hergestellt sind, also auf welche Weise die Verschleißschutzschicht erzeugt worden ist.Known wear protection layers applied by laser build-up welding can differ from one another in particular in terms of how the hard material particles are introduced or produced in the matrix phase, ie how the wear protection layer was produced.
Zum einen sind gattungsgemäße Verschleißschutzschichten bekannt, bei welchen die Hartstoffpartikel gleichzeitig mit der Matrixphase auf die zu beschichtende Oberfläche des Basiskörpers aufgebracht werden, die Verschleißschutzschicht also extrinsisch gehärtet ist. Eine solche Verschleißschutzschicht ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift
Zum anderen sind gattungsgemäße Verschleißschutzschichten bekannt, bei welchen die Hartstoffpartikel durch Ausscheidungen aus der Matrixphase gebildet sind, die Verschleißschutzschicht also intrinsisch gehärtet ist. Eine derartige Verschleißschutzschicht ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Der erfindungsgemäße Reibbremskörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Unterschied zwischen der Matrixphase und den extrinsisch zugeführten Hartstoffpartikeln reduziert wird, sodass die Verschleißschutzschicht insgesamt einen gleichmäßigeren, insbesondere homogenen Verschleiß gewährleistet. Dadurch wird die abrasive Wirkung der Hartstoffpartikel verringert, insbesondere vermieden, sodass die Haltbarkeit des Reibbremskörpers beziehungsweise einer den Reibbremskörper aufweisenden Reibbremse gesteigert und gleichzeitig die Bremsstaubemission reduziert wird. Zudem ist auf vorteilhafte Weise eine stabile Reibwertentwicklung unter verschiedenen Bremsbedingungen erzielbar. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass eine Mikrohärte der Matrixphase mindestens 15 % einer Mikrohärte der extrinsisch zugeführten Hartstoffpartikel entspricht. Besonders bevorzugt entspricht die Mikrohärte der Matrixphase zwischen 20 und 40 % der Mikrohärte der Hartstoffpartikel. Insbesondere ist das erfindungsgemäß vorgesehene Verhältnis der Mikrohärten durch eine geeignete Wahl der entsprechenden Werkstoffe für die Matrixphase und die Hartstoffpartikel und/oder ein zum Erreichen des vorgesehenen Verhältnisses konzipiertes Durchführen des Laserauftragsschweißens, insbesondere im Rahmen eines entsprechenden Herstellungsverfahrens für den Reibbremskörper, gebildet.The friction brake body according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the difference between the matrix phase and the extrinsically supplied hard material particles is reduced, so that the overall wear protection layer ensures more even, in particular homogeneous, wear. As a result, the abrasive effect of the hard material particles is reduced, in particular avoided, so that the durability of the friction brake body or of a friction brake having the friction brake body is increased and at the same time the brake dust emission is reduced. In addition, a stable development of the coefficient of friction under different braking conditions can be achieved in an advantageous manner. According to the invention, it is provided that a microhardness of the matrix phase corresponds to at least 15% of a microhardness of the extrinsically supplied hard material particles. The microhardness of the matrix phase particularly preferably corresponds to between 20 and 40% of the microhardness of the hard material particles. In particular, the microhardness ratio provided according to the invention is formed by a suitable choice of the corresponding materials for the matrix phase and the hard material particles and/or by carrying out the laser deposition welding designed to achieve the intended ratio, in particular as part of a corresponding manufacturing process for the friction brake body.
Extrinsisch zugeführte Hartstoffpartikel sind in der Verschleißschutzschicht eingelagerte Hartstoffpartikel, die nicht durch Hartstoff- Ausscheidungen aus der Matrixphase gebildet sind, sondern von außerhalb in die Verschleißschutzschicht beziehungsweise die Matrixphase eingebracht sind beziehungsweise wurden. Die Verschleißschutzschicht ist also extrinsisch gehärtet. Insofern sind im Folgenden die Hartstoffpartikel nicht als Hartstoff-Ausscheidungen der Matrixphase zu verstehen. Insbesondere sind die extrinsisch zugeführten Hartstoffpartikel, insbesondere bei mikroskopischer oder spektroskopischer Betrachtung der Verschleißschutzschicht, von den Hartstoff-Ausscheidungen unterscheidbar. Beispielsweise sind zumindest bei lichtmikroskopischer Betrachtung eines Schliffbildes der Verschleißschutzschicht, also eines Längs- oder Querschnitts durch die Verschleißschutzschicht, die extrinsisch zugeführten Hartstoffpartikel als deutlich von der Matrixphase separierte Bereiche mit einem jeweiligen Durchmesser von mindestens 1 µm zu erkennen, während die Hartstoff-Ausscheidungen optisch nicht wahrnehmbar sind. Insbesondere sind bei der lichtmikroskopischen Betrachtung auch angeschmolzene Randbereiche der Hartstoffpartikel zu erkennen, die aus dem Laserauftragsschweißprozess resultieren.Extrinsically supplied hard material particles are hard material particles embedded in the wear protection layer, which are not formed by hard material precipitations from the matrix phase, but are or were introduced from outside into the wear protection layer or the matrix phase. The wear protection layer is therefore extrinsically hardened. In this respect, the hard material particles are not to be understood as hard material precipitations of the matrix phase in the following. In particular, the extrinsically supplied hard material particles can be distinguished from the hard material precipitations, in particular when the wear protection layer is examined microscopically or spectroscopically. For example, at least when examining a micrograph of the wear protection layer using a light microscope, i.e. a longitudinal or cross section through the wear protection layer, the extrinsically added hard material particles can be seen as areas that are clearly separated from the matrix phase and each have a diameter of at least 1 µm, while the hard material precipitations cannot be seen optically are perceptible. In particular, melted edge areas of the hard material particles, which result from the laser deposition welding process, can also be seen when viewed under the light microscope.
Besonders bevorzugt beträgt die Mikrohärte der Matrixphase mindestens 300 HV0,3. Bei einer derartigen Mikrohärte wird eine vorteilhafte Verschleißbeständigkeit sowie eine stabile Reibwertentwicklung und gleichzeitig eine ausreichende Bruchzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit gewährleistet. Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass im Rahmen des Herstellungsverfahrens die Matrixphase mit einer Mikrohärte von mindestens 300 HV0,3 hergestellt wird.The microhardness of the matrix phase is particularly preferably at least 300 HV0.3. With such a microhardness, an advantageous resistance to wear and a stable development of the coefficient of friction and, at the same time, sufficient fracture toughness and corrosion resistance are ensured. Provision is therefore preferably made for the matrix phase to be produced with a microhardness of at least 300 HV0.3 as part of the production process.
Vorzugsweise beträgt der Anteil der zugeführten Hartstoffpartikel in der Verschleißschutzschicht weniger als 20 Volumenprozent (Vol-.%). Durch einen derartigen Anteil an Hartstoffpartikeln wird der Verschleiß des verwendeten Bremsbelags deutlich verringert und die Bremsstaubemission dementsprechend reduziert. Bevorzugt beträgt der Anteil der Hartstoffpartikel in der Verschleißschutzschicht zwischen 5 Vol-.% und 15 Vol-.%. Bei derart geringen Anteilen werden die zuvor erwähnten Vorteile weiter gesteigert. Somit sind die Eigenschaften des Reibbremskörpers durch eine entsprechende Auswahl des Hartstoffpartikelanteils auf vorteilhafte Weise beeinflussbar. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass im Rahmen des Herstellungsverfahrens die Verschleißschutzschicht mit einem Hartstoffpartikelanteil von weniger als 20 Vol.%, bevorzugt zwischen 5 Vol-.% und 15 Vol-.%, hergestellt wird.The proportion of the added hard material particles in the wear protection layer is preferably less than 20 percent by volume (vol.%). Such a proportion of hard material particles significantly reduces the wear of the brake pad used and reduces the brake dust emission accordingly. The proportion of hard material particles in the wear protection layer is preferably between 5% by volume and 15% by volume. At such low levels, the aforementioned benefits are further enhanced. The properties of the friction brake body can thus be influenced in an advantageous manner by a corresponding selection of the proportion of hard material particles. Provision is therefore preferably made for the wear protection layer to be produced with a hard material particle proportion of less than 20% by volume, preferably between 5% by volume and 15% by volume, as part of the production process.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zugeführten Hartstoffpartikel aus einem Werkstoff gewählt aus der Gruppe von Wolframcarbid, Titancarbid, Siliziumcarbid oder Chromcarbid gebildet sind. Derartige Werkstoffe weisen eine hohe Verschleißbeständigkeit und gleichzeitig eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, sodass bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Reibbremskörpers eine besonders gute Wärmeableitung von der Reibfläche gewährleistet ist. Dadurch werden auf vorteilhafte Weise die Haltbarkeit des Reibbremskörpers gesteigert und gleichzeitig stabile Reibwerte beibehalten. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass bei dem Herstellungsverfahrens als Werkstoff für die Hartstoffpartikel ein Werkstoff gewählt aus der Gruppe von Wolframcarbid, Titancarbid, Siliziumcarbid oder Chromcarbid verwendet wird.According to a preferred development, it is provided that the supplied hard material particles are formed from a material selected from the group consisting of tungsten carbide, titanium carbide, silicon carbide or chromium carbide. Such materials have high wear resistance and at the same time high thermal conductivity, so that when the friction brake body is used as intended, particularly good heat dissipation from the friction surface is ensured. As a result, the durability of the friction brake body is increased in an advantageous manner and at the same time stable coefficients of friction are maintained. It is therefore preferably provided that a material selected from the group consisting of tungsten carbide, titanium carbide, silicon carbide or chromium carbide is used as the material for the hard material particles in the production method.
Insbesondere weisen die zugeführten Hartstoffpartikel eine mittlere Partikelgröße zwischen 5 µm und 35 µm auf. Aufgrund der geringen Größe ist eine feine und gleichmäßige Verteilung der Hartstoffpartikel in der Matrixphase gewährleistet, wodurch der Verschleiß des verwendeten Bremsbelags weiter verlangsamt und stabile Reibwerte gewährleistet werden. Bevorzugt werden daher bei dem Herstellungsverfahren Hartstoffpartikel mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 5 µm und 35 µm verwendet.In particular, the supplied hard material particles have an average particle size of between 5 μm and 35 μm. Due to the small size, a fine and even distribution of the hard material particles in the matrix phase is guaranteed, which further slows down the wear of the brake pad used and ensures stable friction values. Therefore, preference is given to the manufacturer processing process uses hard material particles with an average particle size between 5 µm and 35 µm.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die zugeführten Hartstoffpartikel in der Beschichtung eine abgerundete Form aufweisen. Die Hartstoffpartikel weisen somit zumindest im Wesentlichen keine scharfen Kanten mehr auf und wirken daher weniger, insbesondere nur noch geringfügig oder gar nicht mehr, abrasiv. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Verschleiß des Reibbremskörpers beziehungsweise des bei bestimmungsgemäßem Gebrauch mit ihm zusammenwirkenden Bremsklotzes verringert und die Bremsstaubemission weiter reduziert wird. Insbesondere weisen die Hartstoffpartikel eine sphärisch Form auf. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Hartstoffpartikel beziehungsweise deren Ausgangswerkstoff zum Erreichen der abgerundeten, insbesondere sphärischen, Form vorbehandelt ist beziehungsweise im Rahmen des Herstellungsverfahrens vorbehandelt wird. Damit kann die gewünschte abgerundete Form der Hartstoffpartikel sicher gewährleistet werden. Alternativ wird die abgerundete Form der Hartstoffpartikel erst während des Herstellungsverfahrens, insbesondere während des Laserauftragsschweißens, erzeugt.Provision is preferably made for the supplied hard material particles to have a rounded shape in the coating. The hard material particles thus no longer have any sharp edges, at least essentially, and are therefore less abrasive, in particular only slightly or not at all. This results in the advantage that the wear of the friction brake body or of the brake pad interacting with it when used as intended is reduced and the brake dust emission is further reduced. In particular, the hard material particles have a spherical shape. It is preferably provided that the hard material particles or their starting material is pretreated to achieve the rounded, in particular spherical, shape or is pretreated as part of the manufacturing process. The desired rounded shape of the hard material particles can thus be reliably ensured. Alternatively, the rounded shape of the hard material particles is only created during the manufacturing process, in particular during the laser deposition welding.
Vorzugsweise ist die Matrixphase aus einer Eisenbasis-Hartlegierung mit intrinsisch gebildeten Hartstoffausscheidungen oder aus einem Edelstahl mit einem Grundgefüge aus Bainit und/oder Martinsit gebildet. Derartige Werkstoffe weisen eine hohe Härte und Verschleißbeständigkeit auf, sind kostengünstig sowie besonders gut zum Laserauftragsschweißen geeignet. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des Reibbremskörpers. Bevorzugt wird daher bei dem Herstellungsverfahren für die Matrixphase eine Eisenbasis-Hartlegierung mit intrinsisch gebildeten, fein verteilten Hartstoffausscheidungen oder ein Edelstahl mit einem Grundgefüge aus Bainit und/oder Martinsit verwendet. Insbesondere wird das Grundgefüge aus Bainit und/oder Martinsit bereits während des Laserauftragsschweißens beziehungsweise durch dieses oder alternativ nach dem Laserauftragsschweißen durch einen entsprechenden Erwärmungs- und/oder Abkühlprozess erzeugt.The matrix phase is preferably formed from an iron-based hard alloy with intrinsically formed hard material precipitations or from high-grade steel with a matrix of bainite and/or martinsite. Such materials have a high level of hardness and wear resistance, are inexpensive and particularly well suited for laser build-up welding. This enables the friction brake body to be manufactured simply and inexpensively. An iron-based hard alloy with intrinsically formed, finely distributed hard material precipitations or a stainless steel with a basic structure of bainite and/or martinsite is therefore preferably used in the production method for the matrix phase. In particular, the basic structure of bainite and/or martinsite is already produced during the laser deposition welding or by this or alternatively after the laser deposition welding by a corresponding heating and/or cooling process.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Schichtdicke der Verschleißschutzschicht maximal 200 µm beträgt. Dadurch ist eine optimale Wärmeleitung bei gleichzeitiger Verschleißbeständigkeit gewährleistet und die Verschleißschutzschicht überdies materialsparend und somit kostengünstig herstellbar. Höhere Schichtdicken führen zu einer deutlichen Verschlechterung der Wärmeleitung der Verschleißschutzschicht, sodass die bei einem Bremsvorgang entstehende Wärme nicht mehr effizient abgeleitet und daher die Haltbarkeit der Verschleißschutzschicht negativ beeinträchtigt wird. Insbesondere ist daher vorgesehen, dass bei dem Herstellungsverfahren die Verschleißschutzschicht mit einer Schichtdicke von maximal 200 µm hergestellt wird.Provision is preferably made for the layer thickness of the wear protection layer to be at most 200 μm. This ensures optimal heat conduction with simultaneous wear resistance and the wear protection layer can also be produced in a material-saving manner and thus cost-effectively. Greater layer thicknesses lead to a significant deterioration in the heat conduction of the wear protection layer, so that the heat generated during a braking process is no longer efficiently dissipated and the durability of the wear protection layer is therefore negatively affected. In particular, it is therefore provided that the wear protection layer is produced with a maximum layer thickness of 200 μm in the production process.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass der Reibbremskörper eine zwischen dem Basiskörper und der Verschleißschutzschicht angeordnete metallische Zwischenschicht mit einer Schichtdicke von maximal 150 µm und einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 15 W/(M × K) aufweist. Die Wärmeleitfähigkeit des Reibbremskörpers wird dadurch weiter verbessert und die Haltbarkeit weiter gesteigert. Insbesondere ist die Zwischenschicht als Haftvermittlerschicht und/oder Korrosionsschutzschicht ausgebildet. Dies gewährleistet eine sichere Haftung der Verschleißschutzschicht und einen zuverlässigen Korrosionsschutz des Basiskörpers. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass bei der Herstellung der Reibbremskörper mit einer solchen metallischen Zwischenschicht versehen wird, also vor dem Aufbringen der Verschleißschutzschicht die Zwischenschicht auf den Basiskörper und anschließend die Verschleißschutzschicht auf die Zwischenschicht aufgebracht wird, sodass die Zwischenschicht zwischen dem Basiskörper und der Verschleißschutzschicht angeordnet ist. Bevorzugt wird dabei als Werkstoff für die Zwischenschicht ein Werkstoff mit Haftvermittelnden und/oder korrosionsschützenden Eigenschaften verwendet.According to a preferred development, the friction brake body has a metallic intermediate layer between the base body and the wear protection layer with a maximum layer thickness of 150 μm and a thermal conductivity of at least 15 W/(M×K). This further improves the thermal conductivity of the friction brake body and further increases durability. In particular, the intermediate layer is designed as an adhesion promoter layer and/or anti-corrosion layer. This ensures secure adhesion of the wear protection layer and reliable corrosion protection of the base body. It is therefore preferably provided that the friction brake body is provided with such a metallic intermediate layer during production, i.e. before the application of the wear protection layer, the intermediate layer is applied to the base body and then the wear protection layer is applied to the intermediate layer, so that the intermediate layer is arranged between the base body and the wear protection layer is. A material with adhesion-promoting and/or anti-corrosion properties is preferably used as the material for the intermediate layer.
Die erfindungsgemäße Reibbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass der Reibbremskörper erfindungsgemäß ausgebildet ist. Es ergeben sich die bezüglich des Reibbremskörpers bereits genannten Vorteile.The friction brake according to the invention with the features of claim 10 is characterized in that the friction brake body is designed according to the invention. The advantages already mentioned with regard to the friction brake body result.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 zeichnet sich dadurch aus, dass die Verschleißschutzschicht derart hergestellt wird, dass eine Mikrohärte der Matrixphase mindestens 15 %, bevorzugt zwischen 20 und 40 %, einer Mikrohärte der extrinsisch zugeführten Hartstoffpartikel entspricht. Es ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Insbesondere dient das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Reibbremskörpers. Bevorzugte Materialzusammensetzungen und-Eigenschaften sowie bevorzugte Herstellungsschritte ergeben sich daher insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen.The method according to the invention with the features of claim 11 is characterized in that the wear protection layer is produced in such a way that a microhardness of the matrix phase corresponds to at least 15%, preferably between 20 and 40%, a microhardness of the extrinsically supplied hard material particles. The advantages already mentioned result. In particular, the method according to the invention serves to produce the friction brake body according to the invention described above. Preferred material compositions and properties as well as preferred production steps therefore result in particular from what has been described above.
Vorzugsweise wird während des Laserauftragsschweißens ein Ausgangswerkstoff für die Hartstoffpartikel gleichzeitig mit einem Ausgangswerkstoff der Matrixphase auf die Reibkontaktoberfläche aufgebracht. Die Verschleißschutzschicht wird also extrinsisch gehärtet beziehungsweise hergestellt. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des Reibbremskörpers. Insbesondere ist dadurch das gewünschte Verhältnis der jeweiligen Mikrohärten von Matrixphase und Hartstoffpartikel zueinander einstellbar, beispielsweise durch ein entsprechendes Einstellen der jeweils zugeführten Menge an Ausgangswerkstoffen. Weiterhin wird durch das gleichzeitige Aufbringen und die dabei auftretende Durchmischung eine gleichmäßige Verteilung der Hartstoffpartikel in der Matrixphase erreicht.A starting material for the hard material particles is preferably applied to the friction contact surface simultaneously with a starting material for the matrix phase during the laser deposition welding. The wear protection layer is thus hardened or produced extrinsically. This enables the friction brake body to be manufactured simply and inexpensively. In particular, this is the desired ratio of the respective Microhardening of the matrix phase and hard material particles can be adjusted in relation to one another, for example by appropriately adjusting the amount of starting materials supplied in each case. Furthermore, a uniform distribution of the hard material particles in the matrix phase is achieved through the simultaneous application and the resulting mixing.
Insbesondere wird als Ausgangswerkstoff für die Hartstoffpartikel ein scharfkantiges oder sphärisches Hartstoffpulver verwendet. Durch die Verwendung eines sphärischen Hartstoffpulvers wird die zuvor beschriebene vorteilhafte abgerundete Form der Hartstoffpartikel unabhängig von weiteren Faktoren sicher gewährleistet. In diesem Fall ist das Hartstoffpulver sphärisierend vorbehandelt. Die Verwendung eines scharfkantigen Hartstoffpulvers ermöglicht wiederum eine kostengünstigere Herstellung der Verschleißschutzschicht, da auf eine Vorbehandlung des Ausgangswerkstoffs verzichtet wird.In particular, a sharp-edged or spherical hard material powder is used as the starting material for the hard material particles. Through the use of a spherical hard material powder, the previously described advantageous rounded shape of the hard material particles is reliably ensured, independently of other factors. In this case, the hard material powder is pre-treated to make it spherical. The use of a sharp-edged hard material powder, in turn, enables the wear protection layer to be produced more cost-effectively, since the starting material does not need to be pretreated.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Hartstoffpulver während des Laserauftragsschweißens durch einen für das Laserauftragsschweißen verwendeten Laserstrahl derart aufgeschmolzen wird, dass die dadurch hergestellten Hartstoffpartikel eine abgerundete, insbesondere sphärische, Form erhalten. Somit wird stets die vorteilhafte abgerundete Form der Hartstoffpartikel gewährleistet. Es ergeben sich die diesbezüglich zuvor bereits beschriebenen Vorteile. Insofern ist bevorzugt vorgesehen, dass insbesondere bei der Verwendung eines scharfkantigen Hartstoffpulvers der Laserauftragsschweißprozess so geführt wird, dass das Hartstoffpulver einen hohen Wärmeeintrag und somit einen hohen Schmelzgrad erfährt. Dazu wird insbesondere eine Laserenergie des Laserstrahls entsprechend hoch eingestellt und/oder der Laserstrahl derart ausgerichtet, dass er in einem solchen Winkel auf das Hartstoffpulver trifft, bei welchem besonders viel Laserenergie von dem Hartstoffpulver absorbiert wird.Provision is particularly preferably made for the hard material powder to be melted during the laser deposition welding by a laser beam used for the laser deposition welding in such a way that the hard material particles produced in this way are given a rounded, in particular spherical, shape. The advantageous rounded shape of the hard material particles is thus always ensured. The advantages already described above in this regard result. In this respect, it is preferably provided that, in particular when using a sharp-edged hard material powder, the laser build-up welding process is conducted in such a way that the hard material powder experiences a high heat input and thus a high degree of melting. For this purpose, in particular, a laser energy of the laser beam is set correspondingly high and/or the laser beam is aligned in such a way that it strikes the hard material powder at such an angle that a particularly large amount of laser energy is absorbed by the hard material powder.
Optional wird der Basiskörper vor dem Aufbringen der Verschleißschutzschicht und/oder der Zwischenschicht mechanisch vorbearbeitet, insbesondere abgeschliffen oder aufgeraut.Optionally, the base body is mechanically pre-processed, in particular ground off or roughened, before the wear-resistant layer and/or the intermediate layer is applied.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 einen vorteilhaften Reibbremskörper in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung, -
2 eine Detailschnittdarstellung des Reibbremskörpers und -
3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zur Herstellung des Reibbremskörpers.
-
1 an advantageous friction brake body in a simplified perspective view, -
2 a detailed sectional view of the friction brake body and -
3 a flowchart to explain an advantageous method for producing the friction brake body.
Auf seinen beiden Stirnseiten weist der Basiskörper 3 jeweils eine ringförmige Reibkontaktoberfläche 4 auf, die durch eine mittels Laserauftragsschweißen aufgebrachte Verschleißschutzschicht 5 auf dem Basiskörper 3 ausgebildet ist. Die Verschleißschutzschicht 5 bildet bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Reibbremskörpers 1 den Kontaktpartner zumindest eines verlagerbaren Bremsbelags oder Bremsklotz der Reibbremse, welcher gegen die Bremsscheibe zur Erzielung einer Reibbremsung gepresst werden kann. Aufgrund der Relativbewegung zwischen Bremsscheibe und Bremsklotz während eines Bremsvorgangs entsteht an der Reibkontaktoberfläche 4 Abrieb.On each of its two end faces, the base body 3 has an annular
Die Verschleißschutzschicht 5 weist eine Matrixphase 6 mit darin eingelagerten, insbesondere fein beziehungsweise homogen verteilten Hartstoffpartikeln 7 auf, die in
Bei dem vorliegenden Reibbremskörper 1 ist vorgesehen, dass die Mikrohärte der Matrixphase 6 mindestens 15% der Mikrohärte der Hartstoffpartikel 7 entspricht. Dadurch verschleißen die Matrixphase 6 und die Hartstoffpartikel 7 gleichmäßig und die Verschleißschutzschicht 5 wirkt insgesamt wenig abrasiv. Das gewünschte Verhältnis der Mikrohärten von Matrixphase 6 und Hartstoffpartikeln 7 zueinander ist dabei durch eine bewusste Auswahl geeigneter Materialien mit entsprechend bevorzugten Eigenschaften gewährleistet. Entsprechend weist der Reibbremskörper 1 eine gezielt auf das gewünschte Mikrohärtenverhältnis abgestimmte Materialzusammensetzung auf.In the present friction brake body 1 it is provided that the microhardness of the
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Verschleißschutzschicht 5 unter 200 µm, sodass die Verschleißschutzschicht 5 beziehungsweise der Reibbremskörper 1 eine gute Verschleißbeständigkeit bei gleichzeitig optimaler Wärmeleitung aufweist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zwischen der Verschleißschutzschicht 5 und dem Basiskörper 3 weiterhin eine metallische Zwischenschicht 8 angeordnet. Die Zwischenschicht 8 ist vorliegend als Haftvermittler- und Korrosionsschutzschicht ausgebildet und weist eine Schichtdicke von maximal 150 µm sowie eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 15 W/(M × K) auf. Durch Zwischenschicht 8 wird die Haftung der Verschleißschutzschicht 5 sowie die Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit des Reibbremskörpers 1 deutlich verbessert.According to the present exemplary embodiment, the thickness of the wear-protection layer 5 is less than 200 μm, so that the wear-protection layer 5 or the friction brake body 1 has good wear resistance with optimum heat conduction at the same time. According to the present exemplary embodiment, a metallic
Anhand von
In dem darauffolgenden optionalen Schritt S3 wird die metallische Zwischenschicht 8 auf den Basiskörper 3 aufgebracht. Dabei wird die Zwischenschicht 8 bevorzugt durch Laserauftragsschweißen oder mittels thermischer Spritzverfahren auf den Basiskörper 3 aufgebracht.Based on
The metallic
Anschließend wird in einem Schritt S4 die Verschleißschutzschicht 5 mittels Laserauftragsschweißen auf den Basiskörper 3 oder auf die Zwischenschicht 8 aufgebracht, wobei ein Ausgangswerkstoff für die Hartstoffpartikel 7 gleichzeitig mit einem Ausgangswerkstoff der Matrixphase 6 auf den Basiskörper 3 oder auf die Zwischenschicht 8 aufgebracht wird. Als Ausgangswerkstoff für die Hartstoffpartikel wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein scharfkantiges, alternativ ein in einem vorgelagerten Prozess sphärisiertes, Hartstoffpulver verwendet. Das Laserauftragsschweißen wird dabei derart durchgeführt, dass das Hartstoffpulver durch einen für das Laserauftragsschweißen verwendeten Laserstrahl einen starken Wärmeeintrag und dadurch einen besonders hohen Schmelzgrad erfahren. Dazu wird insbesondere eine Laserenergie des Laserstrahls entsprechend hoch eingestellt und/oder der Laserstrahl derart ausgerichtet, dass er in einem solchen Winkel auf das Hartstoffpulver trifft, bei welchem besonders viel Laserenergie von dem Hartstoffpulver absorbiert wird. Dadurch wird das Hartstoffpulver derart aufgeschmolzen, dass die dadurch hergestellten Hartstoffpartikel 7 anschließend in der Beschichtung eine abgerundete, insbesondere sphärische, Form aufweisen.Then, in a step S4, the wear protection layer 5 is applied to the base body 3 or to the
Abschließend wird in einem Schritt S5 der fertige Reibbremskörper 1 erhalten, wobei optional die Oberfläche der Verschleißschutzschicht 5 mechanisch nachbearbeitet wird, insbesondere geschliffen wird, um eine gewünschte Geometrie und Rauigkeit für das Zusammenwirken mit dem zugeordneten Bremsbelag und/oder Bremsklotz der Reibbremse zu gewährleisten.Finally, in a step S5, the finished friction brake body 1 is obtained, with the surface of the wear protection layer 5 optionally being reworked mechanically, in particular being ground, in order to ensure a desired geometry and roughness for the interaction with the associated brake lining and/or brake pad of the friction brake.
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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