AT527182A1 - Verfahren zum Härten eines Reibringes - Google Patents

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Abstract

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Härten eines Reibringes (2) vorgesehen, bei welchem in einem ersten Schritt ein Reibring (2) bereitgestellt wird, der eine Reibschicht aufweist, wobei in einem zweiten Schritt mithilfe eines Lasers (5) ein Laserstrahl (6) über die Oberfläche der Reibschicht (4) geführt wird, wodurch die Reibschicht (4) gehärtet wird.

Description

aufweist.
Die Erfindung betrifft weiters einen Reibring, hergestellt
nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.
Bremsscheiben sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden vor allem in Scheibenbremsen genutzt. Hierbei ist ein sich bewegendes, bspw. rotierendes Element wie ein Rad eines Fahrzuges fest mit der Bremsscheibe verbunden. Um die Bremsscheibe bzw. das sich bewegende Element zu bremsen, wird zumindest eine Oberfläche der Bremsscheibe durch Bremsbeläge berührt, sodass Reibung zwischen der Bremsscheibe und dem Bremsbelag entsteht. Diese Reibung bewirkt eine Umwandlung der Bewegungsenergie in thermische Energie und damit eine Abbremsung der Bremsscheibe und damit des sich bewegenden Elements. Die Bremsbeläge sind üblicherweise auf wahlweise an die Bremsscheibe
andrückbaren Bremsklötzen angeordnet.
Bremsscheiben weisen üblicherweise einen Reibring auf, der zumindest eine Reibschicht umfasst, die mit den Bremsbelägen im Falle einer Bremsung in Berührung kommt. Der Reibring wird in der Regel durch ein vom Reibring
umgebenes Halteelement gehalten.
Bekannte Reibringe sind aus Gusseisen gefertigt,
insbesondere aus Grauguss. Derartige Reibringe weisen eine
Härte im Bereich von ca. 190-230 HV (Härte Vickers) auf.
eingeschränkt ist.
Um den Verschleiß und den erzeugten Feinstaub von Reibringen zu verringern, können zusätzliche Schichten aus härterem Material auf den Reibring aufgebracht werden, wodurch die Härte der der Reibung ausgesetzten Reibschicht erhöht wird. Das Aufbringen von zusätzlichen Materialien auf einen Reibring ist allerdings aufwendig und kostspielig, sodass dieses Verfahren lediglich bei
Reibringen für gehobene Fahrzeugklassen eingesetzt wird.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum
Härten eines Reibringes bereitzustellen, welches eine
gleichmäßige Härtung der Reibschicht des Reibringes
kostengünstig sein.
Erfindungsgemäß ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, dass in einem zweiten Schritt mithilfe eines Lasers ein Laserstrahl über die Oberfläche der Reibschicht geführt wird, wodurch die Reibschicht gehärtet wird. Der Reibring bzw. die Reibschicht werden hierbei mithilfe eines Laserhärteverfahrens gehärtet. Dies ermöglicht einerseits eine homogene Härtung der Reibschicht bis in die gewünschte Tiefe und ist andererseits vergleichsweise kostengünstig. Zusätzlich hat sich herausgestellt, dass die Mikrostruktur des Materials des Reibringes, bspw. Gusseisen, durch das erfindungsgemäße
Härtungsverfahren nicht nachteilig beeinträchtigt wird.
Bevorzugt ist der im ersten Schritt bereitgestellte Reibring im Wesentlichen aus einem Gusseisen, besonders bevorzugt einem Grauguss, bspw. EN GJL 150, hergestellt. Gusseisen sowie insbesondere Grauguss sind bekannte und vergleichsweise günstige Materialien, die sich gut als Basismaterial eines Reibringes und für die erfindungsgemäße Härtung eignen. Der Reibring kann im ersten Schritt nach einem bekannten Verfahren hergestellt werden. Der Reibring
kann bspw. gegossen werden.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Lasergerät weist bevorzugt eine Härteoptik auf. Weiters wird bevorzugt während des zweiten Verfahrensschrittes, also während des Härtens, die Temperatur am Wirkort des Lasers, also der Oberfläche der Reibschicht, koaxial zum Laserstrahl mithilfe eines Sensors erfasst. Die derartig ermittelte Temperatur kann bevorzugt
als Basis für die Steuerung des Lasergeräts, bspw. die
für das Lasergerät vorliegen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Laserstrahl mit einer Geschwindigkeit von 0,2 bis 100 m/min, bevorzugt 0,5 bis 50 m/min, besonders bevorzugt 1 bis 30 m/min, besonders bevorzugt 1 bis 2 m/min, insbesondere ca. 1,5 m/min, über die Oberfläche der Reibschicht geführt wird. Die Lasergeschwindigkeit bzw. Scangeschwindigkeit wird hierbei auf der Oberfläche der Reibschicht ermittelt. Bei diesen Geschwindigkeiten ergibt sich ein besonders gutes Verhältnis zwischen der Produktionsgeschwindigkeit und der Qualität der Härtung, insbesondere wenn das Material des Reibringes aus Gusseisen, bspw. einem Grauguss besteht. Insbesondere gelingt es hierdurch, die Härtung im Wesentlichen homogen bis in eine ausreichende Tiefe von ca. 0,5 bis 1 mm sicherzustellen. Grundsätzlich gilt, dass bei höheren Geschwindigkeiten die erzielte Härte reduziert,
aber die Produktionsgeschwindigkeit erhöht wird.
Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Leistung des Lasers während der Bearbeitung der Oberfläche der Reibschicht 4000 bis 7000 Watt, bevorzugt 5000 bis 6000 Watt beträgt. Diese Leistung ermöglicht es, die Reibschicht bis in eine Tiefe von ca. 0,5 bis 1 mm bis auf einen Härtegrad von ca. 500 bis 600 HV oder darüber hinaus zu härten. Diese Laserleistung ist insbesondere bei den oben
genannten Geschwindigkeiten des Laserstrahls vorteilhaft.
Oberfläche der Reibschicht angeordnet.
Der Abstand zwischen der Oberfläche der Reibschicht und der Front des Lasergeräts (Arbeitsdistanz) beträgt bevorzugt zwischen ca. 100 mm und 400 mm, besonders bevorzugt
zwischen 200 und 300 mm, insbesondere ca. 250 mm.
Um auf einfache Art und Weise sicherzustellen, dass die gesamte Oberfläche der Reibschicht gehärtet wird, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Laserstrahl, in der Draufsicht gesehen, mäanderförmig über die Oberfläche der Reibschicht geführt wird. Dies ermöglicht es, dass einerseits die Oberfläche der Reibschicht systematisch abgefahren werden kann und andererseits kein Bereich der Oberfläche der Reibschicht mehr als einmal dem Laserstrahl (direkt) ausgesetzt wird, wodurch die Dauer des Laserhärtens verkürzt wird, ohne die Qualität der Härtung
negativ zu beinträchtigen.
Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass der Laserstrahl, in der Draufsicht gesehen, ringförmig über die Oberfläche der Reibschicht geführt wird. Dies ist insbesondere bevorzugt, wenn die Reibschicht des Reibringes ringförmig ausgebildet ist. Falls der Laserstrahl auf der Oberfläche der Reibschicht kleiner als die Breite der Reibschicht ist, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Laserstrahl
spiralförmig über die Oberfläche der Reibschicht geführt
werden.
Während der Bearbeitung kann entweder das Lasergerät (entweder als Ganzes oder teilweise) relativ zum Reibring oder der Reibring relativ zum Lasergerät bewegt werden.
Auch eine Mischung dieser beiden Bewegungen ist möglich.
Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Reibschicht in einem dritten Schritt gekühlt wird. Besonders bevorzugt wird die Reibschicht aktiv gekühlt. Hierdurch wird die Härtung weiter verbessert. Die Kühlung kann bspw. mithilfe von Druckluft erfolgen. In den meisten Fällen ist eine aktive Kühlung der Reibschicht allerdings nicht nötig, da aufgrund der lediglich lokalen Erhitzung die Wärmeabfuhr aus den erhitzten Bereichen ausreichend schnell erfolgen
kann.
Für die effiziente Härtung von Bremsscheiben üblicher Größe ist bevorzugt vorgesehen, dass die Breite des Laserstrahls, auf der Oberfläche der Reibschicht gemessen, 5 bis 50 mm,
besonders bevorzugt 20 bis 35 mm, beträgt.
Reduzierung der Bearbeitungsgeschwindigkeit.
Besonders einfach kann bei einer mäanderförmigen oder einer
spiralförmigen Bearbeitung eine Überlappung erfolgen.
Die Erfindung betrifft weiters einen Reibring, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. Der Reibring weist hierbei zumindest eine gehärtete Reibschicht auf. Bevorzugt
weist der Reibring zwei an gegenüberliegenden Flächen des
Die Erfindung betrifft weiters eine Bremsscheibe, umfassend einen nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Reibring. Der Reibring kann bspw. mit einem Halteelement verbunden sein, das bevorzugt in einer zentralen Öffnung
des Reibringes angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Bremselement, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Härtung eines Reibringes in einer Seitenansicht, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Reibringes während eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Draufsicht, Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Reibringes während eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Draufsicht, Fig. 5 ein erstes Diagramm der Härteverteilung in einem erfindungsgemäßen Reibring und Fig. 6 ein zweites Diagramm der Härteverteilung in einem erfindungsgemäßen
Reibring.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Bremsscheibe 1 dargestellt, umfassend einen Reibring 2 und ein Halteelement 3. Der Reibring 1 weist eine beidseitig ausgebildete Reibschicht 4 auf. Im Betrieb während eines Bremsvorganges wirkt die Reibschicht 4 mit einem Bremsbelag, bspw. Bremsklötzen zusammen, um die sich bewegende Bremsscheibe 1 abzubremsen. Bei dieser Ausbildung können Bremsbeläge an beiden Seiten des Reibringes 2 angeordnet sein, um beidseitig Druck auf die Bremsscheibe 1
auszuüben und dieses damit zu bremsen.
und daher eine längere Lebensdauer aufweist.
In Fig. 3 ist schematisch ein Reibring 2 mit einer Reibschicht 4 in einer Draufsicht dargestellt, wobei ein Laserstrahl 6 entlang einer mäanderförmigen Bahn 8 über einen Teil der Reibschicht 4 des Reibringes 2 geführt wird. Entsprechend diesem Muster kann der Laserstrahl 6 über die gesamte Reibschicht 4 geführt werden. Da der Laserstrahl 6 auf der Oberfläche der Reibschicht 4 breiter ist als die dargestellte Bahn 8, kann die gesamte Reibschicht 4 wie
dargestellt bearbeitet werden.
In Fig. 4 ist schematisch ein Reibring 2 mit einer Reibschicht 4 in einer Draufsicht dargestellt, wobei ein Laserstrahl 6 entlang einer spiralförmigen Bahn 8 über
einen Teil der Reibschicht 4 des Reibringes 2 geführt wird.
In Fig. 5 ist ein erstes Diagramm der Härte eines
erfindungsgemäßen Reibringes 2 im Bereich der Reibschicht 4
dargestellt. Auf der x-Achse 9 ist der Abstand von der
Oberfläche der Reibschicht 4, also die Tiefe, aufgetragen, die von 0 bis 0,7 mm reicht. Auf der v-Achse 10 ist die Mikrohärte (HV0O0,05) in einem Bereich von 200 bis 1000 HV aufgetragen. Es ist ersichtlich, dass die Härte bis zu einer Tiefe 7 von ca. 0,56 mm konstant (weit) über 600 HV liegt, wobei Härtegrade von bis zu ca. 1.000 HV erreicht werden. Der Härteverlauf beginnt bei ca. 900 HV, die knapp unterhalb der Oberfläche gemessen sind. Anschließend steigt die Härte im Verlauf etwas an, um bei einer Tiefe von ca. 0,12 mm ein Minimum von ca. 700 HV zu erreichen. Daran anschließend steigt die Härte wieder in einen Bereich von ca. 900 HV bis 1.000 HV an, bis sie bei einer Tiefe von mehr als 0,5 mm wieder weniger wird. Auf bzw. nahe der Oberfläche beträgt die Härte 910 HV, in einer Tiefe von 0,2 mm 920 HV und in einer Tiefe von 0,5 mm 960 HV. Bei diesem Beispiel wurde eine Reibschicht eines Reibringes aus Grauguss (EN GJL 150) mit einer Laserleistung von 6000 W und einer Scangeschwindigkeit des Lasers von 1,5 m/min
gehärtet.
In Fig. 6 ist ein zweiter Härteverlauf eines erfindungsgemäßen Reibringes 2 im Bereich der Reibschicht 4 dargestellt. Der Härteverlauf startet bei knapp unterhalb der Oberfläche der Reibschicht ermittelten 600 HV, steigt bis auf ca. 1.000 HV an und fällt in einer Tiefe von ca. 0,43 wieder ab. Auch bei diesem Beispiel wird eine konstante Mikrohärte von mehr als 600 HV bis zu einer Tiefe von mehr als 0,5 mm erreicht. Auf bzw. nahe der Oberfläche beträgt die Härte 620 HV, in einer Tiefe von 0,2 mm 980 HV und in einer Tiefe von 0,5 mm 850 HV. Bei diesem Beispiel wurde eine Reibschicht eines Reibringes aus Grauguss (EN GIL 150) mit einer Laserleistung von 6000 W und einer
Scangeschwindigkeit des Lasers von 1,5 m/min gehärtet.
Der Abstand zwischen der Front des Lasergerätes und der Oberfläche der Reibschicht 4 des Reibringes 2 betrug in den in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten Beispielen Jeweils ca. 250 mm. Bei der Härtung gemäß Fig. 5 wurde lediglich eine Laserbahn genutzt, während bei der Härtung gemäß Fig. 6
eine Überlappung hergestellt wurde.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Härten eines Reibringes (2), bei welchem in einem ersten Schritt ein Reibring (2) bereitgestellt wird, der eine Reibschicht (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Schritt mithilfe eines Lasers (5) ein Laserstrahl (6) über die Oberfläche der Reibschicht (4) geführt wird, wodurch die Reibschicht
(4) gehärtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der der Laserstrahl (6) mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 100 m/min über die Oberfläche der Reibschicht (4) geführt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Lasers (5) während der Bearbeitung der Oberfläche der Reibschicht (4) 4000 bis 7000 Watt beträgt.
4, Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (6) mäanderförmig über
die Oberfläche der Reibschicht (4) geführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschicht (4) in einem dritten
Schritt gekühlt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Laserstrahls (6), auf der Oberfläche der Reibschicht (4) gemessen, 5 bis 50 mm beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bereits in einem ersten Arbeitsgang mit dem Laserstrahl (8) bearbeitete Bereiche der Oberfläche der Reibschicht (4) in einem zweiten Arbeitsgang erneut von
dem Laserstrahl (8) bearbeitet werden.
8. Reibring, hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem
der Ansprüche 1 bis 7.
9. Bremsscheibe, umfassend einen Reibring nach Anspruch 8.
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