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Title:
BRAKE DISC AND METHOD FOR MANUFACTURING A BRAKE DISC
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/020390
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a brake disc comprising at least one friction surface consisting of a base body. The base body can be made from gray cast iron. At least one coating is applied on at least parts of the friction surface. The core of the invention is that the coating contains at least tungsten chromium carbide (W, Cr)2C and nickel-chromium NiCr. In a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the coating further contains tungsten carbide WC. The invention also relates to the production of the brake disc according to the invention. The coating according to the invention has excellent oxidation resistance and good wear resistance even at high temperatures of up to 800° C.

Inventors:
KUCKERT, Hagen (Mergenthaler Strasse 35, Bietigheim-Bissingen, 74321, DE)
POTAPENKO, Ilja (Feldbergstr. 15, Biedenkopf, 35216, DE)
PFEIFFER, Thomas (Quotshäuser Weg 24, Steffenberg, 35239, DE)
WU, Kangjian (Hasenberg 7, Marburg, 35041, DE)
Application Number:
EP2018/068912
Publication Date:
January 31, 2019
Filing Date:
July 12, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F16D65/12; C22C29/08; C23C4/10; C23C4/129; C23C4/18; F16D69/00
Foreign References:
AU547217B21985-10-10
US5964322A1999-10-12
DE102011087136A12013-05-29
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Claims:
ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart

Ansprüche

1. Bremsscheibe (1) mit

• wenigstens einer aus einem, insbesondere aus Grauguss gefertigten,

Grundkörper (201) bestehenden Reibfläche (4) und

• wenigstens einer auf wenigstens Teile des Reibfläche (4) aufgebrachten

Beschichtung (203),

dadurch gekennzeichnet, dass

• die Beschichtung (203) wenigstens Wolfram-Chromcarbid ((W, C 2C) und Nickel-Chrom (NiCr) enthält. 2. Bremsscheibe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die

Beschichtung (203) weiterhin Wolframcarbid (WC) enthält.

3. Bremsscheibe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der

Beschichtung (203) das Wolframcarbid (WC) in einer Matrixphase aus Wolfram- Chromcarbid ((W, Cr)2C) und Nickel-Chrom (NiCr) im Wesentlichen gleichmäßig eingelagert ist.

4. Bremsscheibe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die

Beschichtung (203) eine Oberflächenschicht aufweist, die Oxide enthält.

5. Bremsscheibe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die

Oberflächenschicht wenigstens Nickelwolframoxid (NiW0 ) und/oder

Chromwolframoxid (CrW0 ) und/oder Chromoxid (C^Os) und/oder Wolframoxid (WO3) enthält.

6. Bremsscheibe (1) nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht, ausgehend von einer Beschichtung gemäß Anspruch 1, erst nach Bremsvorgängen bestimmten Ausmaßes vorliegt.

7. Bremsscheibe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die

Beschichtung (203) direkt auf den Grundkörper (201) aufgebracht ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Beschichtung (203) auf eine modifizierte Oberfläche des Grundkörper aufgebracht ist.

8. Bremsscheibe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die

Beschichtung (203) mittels wenigstens einer Zwischenschicht (202) auf den

Grundkörper (201) aufgebracht ist. 9. Bremsscheibe (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die

Zwischenschicht (202) Nickel (Ni) enthält und/oder eine mittels einer Behandlung der Oberfläche des Grundkörpers (201) realisiert ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe (1) mit wenigstens einer aus einem, insbesondere aus Grauguss gefertigten, Grundkörper bestehenden Reibfläche und wenigstens einer auf wenigstens Teile des Reibfläche aufgebrachten Beschichtung (203),

gekennzeichnet durch den Schritt (804)

Beschichten von wenigstens einem Teil der Reibfläche mit wenigstens Wolfram- Chromcarbid ((W, Cr)2C) und Nickel-Chrom (NiCr).

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (203) weiterhin Wolframcarbid (WC) enthält. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beschichtung

(203) das Wolframcarbid (WC) in einer Matrixphase aus Wolfram-Chromcarbid ((W, Cr)2C) und Nickel-Chrom (NiCr) im Wesentlichen gleichmäßig eingelagert ist.

Description:
Bremsscheibe und Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsscheibe bzw. ein Verfahren zur

Herstellung einer Bremsscheibe mit den Merkmalen der unabhängig formulierten Ansprüche.

Bremsscheiben haben die Aufgabe, das Bremsmoment bei einer Verzögerung des Fahrzeugs auf die Achse zu übertragen sowie die bei der Bremsung auftretende kinetische Energie kurzzeitig in Form von Wärme zwischenzuspeichern und nachfolgend über Leitung, Strahlung und Konvektion wieder abzugeben.

Konventionelle Bremsscheiben werden häufig aus dem temperaturbeständigen Grauguss hergestellt. Verschleißfeste Bremsscheiben werden hergestellt, indem entweder sehr teure Vollkeramik-Bremsscheiben eingesetzt oder auf eine Grauguss (GG)-Scheibe mittels thermischer Spritzverfahren, wie beispielsweise HVOF

Verfahren, eine Verschleißschutzschicht aufgespritzt wird. Dafür wird häufig WC- basiertes Pulver verwendet, was zu hoher Verschleißfestigkeit führt. Solch eine Bremsscheibe ist in der DE 10 2011 087 136 AI gezeigt.

Wie bereits erwähnt wird beim Bremsen Wärme erzeugt, welche in der Bremsscheibe gespeichert wird. Die Temperatur steigt in extremen Fällen, d.h. beim Bremsen aus voller Fahrt, auf bis zu 800 °C. Deswegen müssen die Verschleißschutzschichten der Gusseisen-Bremsscheiben ausreichende Verschleißbeständigkeit bei hohen

Temperaturen bis 800°C aufweisen. Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Bremsscheibe mit wenigstens einer aus einem Grundkörper bestehenden Reibfläche. Der Grundkörper kann dabei aus Grauguss gefertigt sein. Auf wenigstens Teilen der Reibfläche ist wenigstens eine Beschichtung aufgebracht.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Beschichtung wenigstens Wolfram- Chromcarbid (W, Cr) 2 C und Nickel-Chrom NiCr enthält.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung weiterhin Wolframcarbid WC enthält. Beim Wolfram-Chromcarbid (W, C 2C handelt sich um Wolframdikarbid W2C, in das Chrom mit unterschiedlicher Menge eingebaut ist. Daher wird dieses Mischkarbid als (W, C 2C bezeichnet. Diese Phase verfügt über exzellente Oxidationsbeständigkeit und gute Verschleißbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen bis 800 °C. Darüber hinaus steigen die Hochtemperatur-Festigkeit und -Oxidationsbeständigkeit von Nickel durch die Legierung mit Chrom deutlich.

In der Beschichtung sind vorteilhafterweise Wolframcarbid WC in einer Matrixphase aus Wolfram-Chromcarbid (W, Cr)2C und Nickel-Chrom NiCr im Wesentlichen gleichmäßig eingelagert.

Ab einer Bremstemperatur von ca. 600 °C wird sich vorteilhafterweise an der

Schichtoberfläche eine sehr dünne und dichte Oxidschicht bilden, die insbesondere wenigstens Nickelwolframoxid NiW0 und/oder Chromwolframoxid CrW0 4 und/oder Chromoxid Cr203 und/oder Wolframoxid WO3 enthalten kann. Durch die Bildung der Oxidschicht wird der weitere Oxidationsprozess der Verschleißschutzschicht erheblich verlangsamt, was sehr wirksam eine Oxidation und einen Funktionalitätsverlust der Beschichtung bei hohen Temperaturen vermeidet. Die erfindungsgemäße Beschichtung kann direkt auf den Grundkörper aufgebracht sein. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die Beschichtung auf eine bearbeitet bzw. modifizierte Oberfläche des Grundkörper aufgebracht ist. Die erfindungsgemäße Beschichtung kann aber auch mittels wenigstens einer

Zwischenschicht auf den Grundkörper aufgebracht sein, wobei die Zwischenschicht eine metallische Zwischenschicht, die beispielsweise Nickel Ni enthält, sein kann. Die Zwischenschicht kann aber auch mittels einer Behandlung der Oberfläche des

Grundkörpers, zum Beispiel durch eine Umschmelzprozess, realisiert sein.

Die Erfindung betrifft auch die Herstellung einer Bremsscheibe mit wenigstens einer aus einem, insbesondere aus Grauguss gefertigten, Grundkörper bestehenden Reibfläche und wenigstens einer auf wenigstens Teile des Reibfläche aufgebrachten Beschichtung.

Der Kern der Erfindung betrifft den Schritt der Beschichtung wenigstens Teile der Reibfläche mit wenigstens Wolfram-Chromcarbid ((W, Cr)2C) und Nickel-Chrom (NiCr).

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen.

Zeichnungen

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Die Figur 1 zeigt eine gelochte und beschichtete Bremsscheibe gemäß Stand der Technik. Die Figur 2 zeigt einen Querschliff einer erfindungsgemäß beschichteten

Bremsscheibe nach einem starken Bremsvorgang.

Die Figur 3 zeigt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren. Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die in Figur 1 dargestellte Bremsscheibe 1 weist einen kreisringscheibenförmigen Bremsring 2 und eine mit dem Bremsring 2 einstückige und koaxiale, napfförmige Nabe 3 auf. Der Reibring 2 bildet die eigentliche Bremsscheibe. Die Bremsscheibe 1 ist innenbelüftet, ihr Bremsring 2 ist doppelwandig. Äußere Stirnflächen des Bremsrings 2 bilden kreisringscheibenförmige Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1. Die Reibflächen 4 sind die Oberflächen der Bremsscheibe 1, gegen die beim Bremsen nicht dargestellte Reibbremsbeläge gedrückt werden, um die Bremsscheibe 1 durch Reibung zu bremsen. Die Bremsscheibe 1 ist gelocht, d. h. sie weist Löcher 5 auf, die den

Bremsring 2 durchsetzen. Die Bremsscheibe 1 besteht aus Grauguss oder einer Stahllegierung.

Die Reibflächen 4 der Bremsscheibe 1 sind mit einer Oberflächenbeschichtung versehen, die eine Verschleißfestigkeit und eine Korrosionsbeständigkeit erhöht. Die Oberflächenbeschichtung kann eine thermische Pulverbeschichtung sein, die beispielsweise durch Flamm- oder Lichtbogenspritzen aufgetragen ist. Die

Oberflächenbeschichtung der Reibflächen 4 kann Carbide, insbesondere

Metallcarbide, beispielsweise Chrom- oder Wolframcarbide aufweisen, die in eine Matrix, insbesondere eine metallische Matrix, aus beispielsweise Nickel- oder Kobalt eingelagert sind. Die die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhöhende Oberflächenbeschichtung der Reibflächen 4 kann ein- oder mehrschichtig sein.

Der Kern der Erfindung gemäß der dargestellten Ausführungsform ist wie bereits erwähnt die Verwendung einer Verschleißschutzschicht auf Gusseisen-

Bremsscheiben, die aus Wolframcarbid WC, Wolfram-Chromcarbid (W, C 2C und Nickel-Chrom NiCr besteht. Bei (W, C 2C handelt sich um das an sich bekannte Wolframdikarbid W2C, in das Chrom mit unterschiedlicher Menge eingebaut ist. Daher wird dieses Mischkarbid als (W, C 2C bezeichnet. Diese Phase verfügt über exzellente Oxidationsbeständigkeit und gute Verschleißbeständigkeit auch bei hohen

Temperaturen bis 800 °C. Darüber hinaus steigen die Hochtemperatur- Festigkeit und - Oxidationsbeständigkeit von Nickel durch die Legierung mit Chrom deutlich.

In der Beschichtung ist WC in der Matrixphase aus (W, Cr)2C und NiCr gleichmäßig eingelagert. Ab einer Bremstemperatur von ca. 600 °C wird es sich an der Schichtoberfläche eine sehr dünne dichte Oxidschicht bilden, die N1WO4, CrW0 4 , O2O3 oder WO3 umfassen kann. Durch die Bildung dieser Oxidschicht wird der weitere Oxidationsprozess der Verschleißschutzschicht erheblich verlangsamt, was signifikant die Oxidation und den Funktionalitätsverlust der Beschichtung bei hohen Temperaturen vermeidet.

Die Figur 2 zeigt der Querschliff einer mit WC-(W, Cr) 2 C-NiCr beschichteten

Gusseisen-Bremsscheibe nach einem Bremsfadingtest über 800 °C. Mit dem Bezugszeichen 201 ist der Gusseisen-Grundkörper (geätzt, mit

Phasenumwandlung), mit dem Bezugszeichen 202 eine Nickel-Zwischenschicht und mit 203 die WC-(W, Cr) 2 C-NiCr-Schicht bezeichnet.

Die gebildete Oxidschicht an der Oberfläche der Verschleißschutzschicht 203 ist so dünn, dass es aus dem Schliffbild gar nicht beobachtet werden kann. Nach dem Fadingtest ist die Oberfläche der Verschleißschutzschicht 203 noch glatt und die Schichtdicke ist fast gleich wie im Neuzustand, was bedeutet, dass die Schicht nach dem Test über 800 °C fast nicht verschlissen wurde.

Eine Ausführungsform der mit WC-(W, Cr)2C-NiCr beschichteten Gusseisen- Bremsscheiben ist eine direkte Beschichtung der Verschleißschutzschicht mittels Hochgeschwindigkeitflammspritzen (HVOF) auf den Gusseisen-Grundkörper. Um eine gute Schichthaftung auf dem Gusseisen-Grundkörper sicherzustellen, kann die Oberfläche des Gusseisen-Grundkörpers vor der HVOF-Beschichtung durch z.B. Sandstrahlen aufgeraut werden.

Eine weitere Ausführungsform ist, eine metallische Zwischenschicht als Haftvermittler auf den Gusseisen-Grundkörper vor der HVOF-Beschichtung der

Verschleißschutzschicht aufzubringen. Hierzu wird bevorzugt Nickel oder

Nickelbasislegierungen als der metallischen Zwischenschicht verwendet.

Die bevorzugten Zusammensetzungen der WC-(W, Cr)2C-NiCr- Verschleißschutzschicht sind:

• 30-50 Gewichtsprozent WC, • 20-40 Gewichtsprozent (W, Cr) 2 C,

• 10-35 Gewichtsprozent NiCr,

• sowie Verunreinigungen Anhand der Figur soll nun das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bremsscheibe erläutert werden.

Im (optionalen) Schritt 801 wird der in dieser Ausführungsform als Grauguss ausgeführte Grundkörper bereitgestellt. Anschließend wird im Schritt 802 die Reibfläche des Grundkörpers wie oben erwähnt behandelt.

Im (optionalen) Schritt 803 wird der die Reibfläche des Grundkörpers mit der oben erwähnten Zwischenschicht belegt.

Schritt 804 wird dann die erfindungsgemäße Beschichtung aufgebracht.




 
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