EP4165232A1 - Verfahren zum herstellen eines reibbremskörpers - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines reibbremskörpers

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Publication number
EP4165232A1
EP4165232A1 EP21732264.3A EP21732264A EP4165232A1 EP 4165232 A1 EP4165232 A1 EP 4165232A1 EP 21732264 A EP21732264 A EP 21732264A EP 4165232 A1 EP4165232 A1 EP 4165232A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser beam
additives
additive
nozzles
blown
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21732264.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Schnatterer
Kangjian WU
Ilja Potapenko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Breyden GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4165232A1 publication Critical patent/EP4165232A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing a friction brake body, in particular a brake disk, which has a base body with a friction contact area, a wear protection layer being produced on the friction contact area by laser build-up welding by means of a laser beam directed onto the friction contact area, the wear protection layer in laser build-up welding with at least one powdery additive is generated.
  • layers applied by laser deposition welding normally have a higher layer adhesion and better delamination resistance due to the material connection.
  • a corresponding one is, for example, from the laid-open specification EP 3 034902 A1 Manufacturing process that provides laser deposition welding is already known.
  • the method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that, when combining at least two different powdery additives, these are not fed to the laser cladding process as a mixture, but separately and are melted individually by the laser beam in order to achieve an optimal fit in the wear protection layer guarantee.
  • Each of the additives is preferably blown through at least one nozzle onto the base body in such a way that it enters the laser beam before it reaches the base body.
  • the fact that the additives are each blown through a nozzle onto the base body enables a targeted alignment of an additive beam, which enables the laser beam to be reached and used in a cost-effective manner.
  • the at least two additives are particularly preferably blown into the laser beam at different angles with respect to the laser beam.
  • the different injection angles mean that the additives remain in the laser beam for different lengths of time until they reach the base body. If the angle to the laser beam is selected to be larger, for example, the dwell time is shorter compared to a small angle. As a result, depending on the angle set, the dwell time in the laser beam can be optimally adapted to the particular additive in a simple manner.
  • the at least two additives are preferably blown in at the same or a different radial distance from the laser beam at the same or different axial height in relation to the laser beam.
  • the dwell time of the respective additive in the laser beam can also be advantageously adjusted by the radial or lateral distance between the nozzles and the laser beam and the axial distance from the base body (which corresponds to the axial height or a distance in the alignment of the laser beam).
  • the angles are selected in such a way that the respective additive is melted by the laser beam, in particular is melted as completely or as incompletely as possible.
  • the complete melting in particular the advantageous material connection of the respective additive with the melted area of the base body, in particular with a melted iron-based alloy on the base body, is guaranteed.
  • the incomplete melting makes it possible to avoid an undesirably high degree of melting or dissociation of the respective additive.
  • the respective additive is blown into the laser beam in two substance jets from at least two nozzles, so that the substance jets of the respective additive meet in the laser beam.
  • the material jets that meet in the laser beam advantageously mix with one another and / or are evenly distributed in the melted surface of the base body.
  • the lateral irradiation of an additive from two sides thus creates a meeting point, in particular within the laser beam, at which the two material jets meet and mix with one another.
  • the injection angle of the two material jets is then preferably chosen to be the same in order to ensure uniform distribution. If the material jets differ due to different material densities and / or volume flows, different injection angles can be advantageous.
  • the substance jets of the respective additive are preferably blown in from the at least two nozzles diametrically opposite to the laser beam or distributed uniformly over the circumference of the laser beam.
  • the material jets of the at least two additives meet at a point of impact in the laser beam.
  • all of the material beams that are used in the present laser deposition welding meet at one point in the laser beam and are advantageously mixed with one another. Due to the different angle of incidence or the different radial distance to the laser beam, the material beams remain in the laser beam for different lengths of time before they reach the point of impact and are therefore treated by the laser beam for different lengths of time.
  • the material beams of a first additive meet at a first point of impact in the laser beam and the material beams of a second additive meet at a second point of impact in the course of the laser beam, the two points of impact being spaced from one another in the beam direction of the laser beam.
  • This also further influences the dwell time of the additives in the laser beam.
  • the second meeting point is in particular in the laser beam before reaching the base body or, alternatively, in the base body, so that the second meeting point is only an imaginary meeting point.
  • two groups are added as additives, namely alloys, in particular iron-based alloys, and hard materials, which can be largely pure compounds such as carbides, nitrides or borides. This results in advantageous properties of the wear protection layer with regard to corrosion resistance and wear resistance.
  • the device according to the invention with the features of claim 11 has at least two nozzles for injecting substance flows with different additives into the laser beam of a laser beam source, the nozzles being aligned such that the substance flows can be blown into the laser beam at different angles.
  • Figure 1 shows an advantageous friction brake body in a simplified perspective illustration
  • Figures 2 and 3 advantageous embodiments of a device and a method for producing the friction brake body.
  • FIG. 1 shows, in a simplified perspective illustration, a friction brake body, embodied as a brake disk 1, of a friction brake 2 of a motor vehicle, not shown in detail here.
  • the brake disc 1 is designed in the shape of a circular ring and is used to interact with a displaceable brake pad of the friction brake 2, which can be pressed against at least one of the end faces of the brake disc 1.
  • An optionally available brake disk chamber is not shown in FIG.
  • the brake disc 1 has a base body 3 which is designed in the shape of a circular ring and has a friction contact surface 4 on each of its end faces, which serves to interact with the brake pad of the friction brake 2.
  • the base body 3 is preferably made of gray cast iron.
  • the frictional contact surfaces 4 are preferably formed by a wear protection layer 5 formed on the base body 3.
  • the wear protection layer 5 is produced by laser deposition welding.
  • FIG. 2 shows, in a simplified representation, an advantageous device 6 for carrying out the laser deposition welding method.
  • the device 6 has a working head 7 which carries a laser beam source 8 for generating a laser beam 9, as well as a device 10 for blowing out various powdery additives.
  • the device 10 has, for example, a plurality of nozzles 11, 12, 13 and 14 which are held on the working head 7.
  • the nozzle pairs 13 and 14 or 11 and 12 are arranged rotationally symmetrically around the laser beam and are only shown as a pair for the sake of reproducibility.
  • at least three nozzles are advantageous for each rotational symmetry. When using three nozzles, they are offset at an angle of 120 °; when using four nozzles, an angular offset of 90 ° is preferred.
  • the rotational symmetry along the laser beam 9 is to be maximized.
  • the nozzles When using 2 x 3 nozzles, the nozzles must be offset by 60 ° alternately.
  • annular gap nozzles can be used, which enable continuous delivery (analogous to the outer surface of a pyramid standing on top with a round base).
  • the nozzles 11 to 14 are aligned at a certain angle to the laser beam 9, so that a substance jet Sil to S14 leaving the respective nozzle 11 to 14 at a predetermined angle a1, a1 or a1 and a4 to the laser beam 9 or its central longitudinal axis 9 ' is aligned.
  • the nozzles 11, 12 serve to blow out a first additive.
  • the nozzles 13 and 14 are used to blow out a second additive.
  • the additives are blown into the laser beam 9 at the predetermined angles a 1 to a 4.
  • the nozzles 11 and 12 are arranged on different sides or diametrically opposite one another on the working head 7, as are the nozzles 13 and 14 to one another.
  • the material jets Sil, S12, S13, S14 of the nozzles 11, 12, 13, 14 meet in the laser beam 9 at a meeting point TP1.
  • the nozzles 11, 12 are arranged radially further apart from the laser beam or the laser beam source 8 on the working head 7 than the nozzles 13, 14
  • Substance beams Sil to S14 nevertheless strike at the point of impact TP1 within the laser beam 9, axially spaced from the base body 3.
  • the two additives remain in the laser beam 9 for different lengths of time. Due to the smaller angles a13, al4 and the lateral spacing from the laser beam source 8, the second additive blown out through the nozzles 13, 14 lingers longer on the laser beam 9 than the first additive blown out through the nozzles 11, 12.
  • the meeting point TP1 is selected in such a way that the substance beams Sil to S14 hit the base body 3 within the laser beam 9, so that the additives are melted and an advantageous material connection of the blown additives with the melted area of the base body 3 is ensured.
  • an additive is used as the first additive which requires a shorter dwell time in the laser beam in order to be melted, compared to the second additive.
  • the principle can also be used if, for example, an additive should not melt.
  • the iron-based alloy should melt completely, while for chromium carbide it is advantageous if the degree of melting is as low as possible.
  • chromium carbide is preferably injected in such a way that the interaction time (dwell time) with the laser beam 9 is as short as possible.
  • FIG. 3 shows a simplified illustration of a further exemplary embodiment, the same elements being provided with the same reference numerals and in this respect reference is made to the description above. In the following, only the differences will essentially be discussed.
  • the material jets S13 and S14 meet at the aforementioned meeting point TP1 at a distance from the base body 3.
  • the material jets Sil and S12 meet in one second meeting point TP2, which is axially or in the beam direction of the laser beam 9 at a distance from the meeting point TP1.
  • the point of impact TP2 is in the beam direction of the laser beam 9, but within the base body 3 the first additive that is blown out through the nozzles 11 and 12.
  • the wear protection layer has niobium carbide (NbC) and stainless steel (for example a Cr or CrNi steel). Due to the higher thermal stability of NbC compared to stainless steel, a longer interaction time with the laser is desirable for NbC. By adapting the dwell time of niobium carbide and stainless steel over the base body 3 in the laser beam 9, an effective melting of the two additives up to complete melting is ensured. The melted portion of the niobium carbide separates out finely distributed as NbC in the stainless steel matrix during solidification and thus has a homogeneous hardness distribution within the coating.
  • NbC niobium carbide
  • stainless steel for example a Cr or CrNi steel
  • niobium carbide is used as the second additive and is exposed to a longer dwell time at the laser beam 9 until it is completely melted.
  • the wear protection layer is formed from silicon carbide and stainless steel.
  • the high thermal conductivity of silicon carbide ensures advantageous heat conduction from the wear protection layer into the base body, which increases the thermal resistance of the friction brake body.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers, insbesondere Bremsscheibe (1), der einen Basiskörper (3) mit einem Reibkontaktbereich aufweist, wobei auf dem Reibkontaktbereich eine Verschleißschutzschicht (5) durch Laserauftragsschweißen mittels eines auf den Reibkontaktbereich gerichteten Laserstrahls (9) hergestellt wird, wobei die Verschleißschutzschicht (5) beim Laserauftragsschweißen mit zumindest einem pulverförmigen Zusatzstoff erzeugt wird. Es ist vorgesehen, dass zumindest zwei pulverförmige Zusatzstoffe gleichzeitig derart hinzugefügt werden, dass ihre Verweildauer in dem Laserstrahl (9) unterschiedlich lang ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Reibbremskörpers, insbesondere Bremsscheibe, der einen Basiskörper mit einem Reibkontaktbereich aufweist, wobei auf dem Reibkontaktbereich eine Verschleißschutzschicht durch Laserauftragsschweißen mittels eines auf den Reibkontaktbereich gerichteten Laserstrahls hergestellt wird, wobei die Verschleißschutzschicht beim Laserauftragsschweißen mit zumindest einem pulverförmigen Zusatzstoff erzeugt wird.
Stand der Technik
Verfahren zur Herstellung von Reibbremskörpern der oben genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Zur Reduzierung des durch die Reibung im Betrieb auftretenden Verschleiß ist es bekannt, den Reibbremskörper mit einer Verschleißschutzschicht zu versehen, die verschleißbeständig ist und dem Reibbremskörper eine hohe Lebensdauer gewährleistet. Zum Herstellen der Verschleißschutzschicht hat sich bereits das Laserauftragsschweißen als vorteilhaft erwiesen. Dabei wird die zu beschichtende Oberfläche des Basiskörpers mittels eines Laserstrahls lokal aufgeschmolzen und ein pulverförmiger Zusatzstoff hinzugefügt. Der Zusatzstoff wird vor Erreichen der schmelzflüssigen Oberfläche vom Laserstrahl zumindest teilverflüssigt oder vollständig aufgeschmolzen, sodass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der aufgeschmolzenen Oberfläche und dem Zusatzstoff entsteht. Im Vergleich zu thermisch gespritzten Schichten verfügen durch Laserauftragsschweißen aufgebrachte Schichten durch die stoffschlüssige Verbindung normalerweise eine höhere Schichthaftung und bessere Delaminationsbeständigkeit. Aus der Offenlegungsschrift EP 3 034902 Al ist beispielsweise ein entsprechendes Herstellungsverfahren, das ein Laserauftragsschweißen vorsieht, bereits bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei der Kombination von zumindest zwei unterschiedlichen pulverförmigen Zusatzstoffen diese nicht als Gemisch, sondern separat dem Laserauftragsschweißprozess zugeführt werden und individuell durch den Laserstrahl aufgeschmolzen werden, um eine optimale Fügung in der Verschleißschutzschicht zu gewährleisten. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass zumindest zwei pulverförmige Zusatzstoffe gleichzeitig derartig hinzugefügt werden, dass ihre Verweildauer in dem Laserstrahl unterschiedlich lang ist. Dadurch wird erreicht, dass die unterschiedlichen Zusatzstoffe durch den Laserstrahl unterschiedlich beeinflusst werden, um beispielsweise zu gewährleisten, dass beide Zusatzstoffe vollständig durch den Laserstrahl aufgeschmolzen oder gezielt unterschiedlich stark geschmolzen werden.
Vorzugsweise wird jeder der Zusatzstoffe durch jeweils zumindest eine Düse auf den Basiskörper derart geblasen, dass er vor Erreichen des Basiskörpers in den Laserstrahl gelangt. Dadurch, dass die Zusatzstoffe durch jeweils eine Düse auf den Basiskörper geblasen werden, ist eine gezielte Ausrichtung eines Zusatzstoff- Strahls möglich, der das gezielte Erreichen und Nutzen des Laserstrahls auf kostengünstige Art und Weise ermöglicht.
Besonders bevorzugt werden die zumindest zwei Zusatzstoffe in unterschiedlichen Winkeln bezogen auf den Laserstrahl in den Laserstrahl eingeblasen. Durch die unterschiedlichen Einblaswinkel wird erreicht, dass die Zusatzstoffe unterschiedlich lange in dem Laserstrahl verweilen, bis sie den Basiskörper erreichen. Ist der Winkel zum Laserstrahl beispielsweise größer gewählt, so ist die Verweildauer kürzer im Vergleich zu einem kleinen Winkel. Dadurch ist in Abhängigkeit von dem eingestellten Winkel auf einfache Art und Weise die Verweildauer in dem Laserstrahl an den jeweiligen Zusatzstoff optimal anpassbar. Vorzugsweise werden die zumindest zwei Zusatzstoffe in gleichen oder unterschiedlichen radialem Abstand zu dem Laserstrahl auf gleicher oder unterschiedlicher axialer Höhe bezogen auf den Laserstrahl eingeblasen. Auch durch den radialen beziehungsweise seitlichen Abstand der Düsen zu dem Laserstrahl sowie dem axialen Abstand zu dem Basiskörper (der der axialen Höhe beziehungsweise einem Abstand in Ausrichtung des Laserstrahls entspricht), ist die Verweildauer des jeweiligen Zusatzstoffs in dem Laserstrahl in vorteilhafter Weise anpassbar.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Winkel derart gewählt werden, dass der jeweilige Zusatzstoff durch den Laserstrahl aufgeschmolzen, insbesondere möglichst vollständig oder möglichst unvollständig aufgeschmolzen wird. Durch die vollständige Aufschmelzung ist insbesondere die vorteilhafte stoffschlüssige Verbindung des jeweiligen Zusatzstoffs mit dem aufgeschmolzenen Bereich des Basiskörpers, insbesondere mit einer aufgeschmolzenen Eisenbasislegierung auf dem Basiskörper, gewährleistet. Durch die unvollständige Aufschmelzung kann unerwünschter zu hoher Aufschmelzgrad beziehungsweise Dissoziation des jeweiligen Zusatzstoffs vermieden werden.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der jeweilige Zusatzstoff aus zumindest zwei Düsen in zwei Stoffstrahlen in den Laserstrahl eingeblasen wird, sodass sich die Stoffstrahlen des jeweiligen Zusatzstoffs in dem Laserstrahl treffen. Durch das Einblasen von zwei Seiten wird erreicht, dass sich die Stoffstrahlen, die sich in dem Laserstrahl treffen, vorteilhaft miteinander vermengen und/oder gleichmäßig in der aufgeschmolzenen Oberfläche des Basiskörpers verteilen. Es entsteht somit durch das seitliche Einstrahlen eines Zusatzstoffs von zwei Seiten ein Treffpunkt, insbesondere innerhalb des Laserstrahls, an welchem sich die beiden Stoffstrahlen treffen und miteinander vermengen. Der Einblaswinkel der beiden Stoffstrahlen ist dann vorzugsweise gleich gewählt, um eine gleichmäßige Verteilung zu gewährleisten. Falls sich die Stoffstrahlen aufgrund unterschiedlicher Materialdichten und/oder Volumenströme unterscheiden, können von einander abweichende Einblaswinkel vorteilhaft sein. Bevorzugt werden die Stoffstrahlen des jeweiligen Zusatzstoffs aus den zumindest zwei Düsen bezogen auf den Laserstrahl diametral gegenüberliegend oder gleichmäßig über den Umfang des Laserstrahls verteilt, eingeblasen.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass sich die Stoffstrahlen der zumindest zwei Zusatzstoffe in einem Treffpunkt in dem Laserstrahl treffen. Somit treffen sich alle Stoffstrahlen, die bei dem vorliegenden Laserauftragsschweißen eingesetzt werden, in einer Stelle in dem Laserstrahl und werden vorteilhaft miteinander vermengt. Aufgrund des unterschiedlichen Einstrahlwinkels beziehungsweise des unterschiedlichen radialen Abstands zum Laserstrahl verweilen die Stoffstrahlen dabei vor Erreichen des Treffpunkts bereits unterschiedlich lange in dem Laserstrahl und werden dadurch unterschiedlich lange durch den Laserstrahl behandelt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung treffen sich die Stoffstrahlen eines ersten Zusatzstoffs in einem ersten Treffpunkt im Laserstrahl und die Stoffstrahlen eines zweiten Zusatzstoffs in einem zweiten Treffpunkt im Verlauf des Laserstrahls, wobei die beiden Treffpunkte in Strahlrichtung des Laserstrahls beabstandet zueinander liegen. Auch hierdurch wird die Verweildauer der Zusatzstoffe im Laserstrahl weiter beeinflusst. Der zweite Treffpunkt liegt insbesondere in dem Laserstrahl vor Erreichen des Basiskörpers oder alternativ in dem Basiskörper, sodass der zweite Treffpunkt ein nur gedachter Treffpunkt ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden als Zusatzstoffe zwei Gruppen, nämlich Legierungen, insbesondere Eisen-Basislegierungen, und Hartstoffe, bei denen es sich um weitestgehend sortenreine Verbindungen wie Karbide, Nitride oder Boride handeln kann, hinzugefügt. Hierdurch ergeben sich vorteilhafte Eigenschaften der Verschleißschutzschicht in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 weist zumindest zwei Düsen zum Einblasen von Stoffströmen mit unterschiedlichen Zusatzstoffen in den Laserstrahl einer Laserstrahlquelle auf, wobei die Düsen derart ausgerichtet sind, dass die Stoffströme in unterschiedlichen Winkeln in den Laserstrahl einblasbar sind. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. 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 Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen
Figur 1 einen vorteilhaften Reibbremskörper in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung und
Figuren 2 und 3 vorteilhafte Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Herstellen des Reibbremskörpers.
Figur 1 zeigt in einer vereinfachen 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 2, der gegen zumindest einer der Stirnseiten der Bremsscheibe 1 pressbar ist, zusammenzuwirken. Ein optional vorhandener Bremsscheibentopf ist in Figur 1 nicht dargestellt.
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 dient. Der Basiskörper 3 ist vorzugsweise aus Grauguss gefertigt. Die Reibkontaktoberflächen 4 werden bevorzugt durch eine auf dem Basiskörper 3 ausgebildete Verschleißschutzschicht 5 gebildet.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Verschleißschutzschicht 5 durch Laserauftragsschweißen hergestellt. Figur 2 zeigt dazu in einer vereinfachten Darstellung eine vorteilhafte Vorrichtung 6 zur Durchführung des Laserauftragsschweißverfahrens. Die Vorrichtung 6 weist einen Arbeitskopf 7 auf, der eine Laserstrahlquelle 8 zur Erzeugung eines Laserstrahls 9 trägt, sowie eine Einrichtung 10 zum Ausblasen unterschiedlicher pulverförmiger Zusatzstoffe. Die Einrichtung 10 weist beispielhaft mehrere Düsen 11, 12, 13 und 14 auf, die an dem Arbeitskopf 7 gehalten sind. Dabei sind die Düsenpaare 13 und 14 beziehungsweise 11 und 12 rotationssymmetrisch um den Laserstrahl angeordnet und sind nur der Abbildbarkeit wegen als Paar dargestellt. Insbesondere sind je Rotationssymmetrie mindestens drei Düsen vorteilhaft. Bei der Verwendung von drei Düsen sind diese in einem Winkel von 120° versetzt angeordnet, bei Verwendung von vier Düsen ist ein Winkelversatz von 90° bevorzugt.
Bei der Aufteilung der Düsen 11 bis 14 ist die Rotationssymmetrie entlang des Laserstrahls 9 zu maximieren. Bei Verwendung von 2 x 3 Düsen sind die Düsen alternierend um je 60° zu versetzen.
Alternativ zu diskreten Düsen (Injektoren) können Ringspaltdüsen verwendet werden, die eine kontinuierliche Förderung (analog zur Mantelfläche einer auf der Spitze stehenden Pyramide mit runder Grundfläche) ermöglichen. Die Düsen 11 bis 14 sind dabei in einem bestimmten Winkel zu dem Laserstrahl 9 ausgerichtet, sodass ein die jeweilige Düse 11 bis 14 verlassender Stoffstrahl Sil bis S14 in einem vorbestimmten Winkel all, al2 beziehungsweise al3 und al4 zu dem Laserstrahl 9 beziehungsweise dessen Mittellängsachse 9‘ ausgerichtet ist.
Die Düsen 11, 12 dienen dabei dazu, einen ersten Zusatzstoff auszublasen. Die Düsen 13 und 14 dienen dazu, einen zweiten Zusatzstoff auszublasen. Wie in Figur 2 gezeigt, werden die Zusatzstoffe in den vorgegebenen Winkeln all bis al4 in den Laserstrahl 9 eingeblasen. Dabei entsprechen die Einblaswinkel der Düsen 11 und 12 einander und unterscheiden sich von den Einblaswinkeln al3 und al4 der Düsen 13 und 14, die ebenfalls gleich sind (all= a12 * a13= al4). Die Düsen 11 und 12 sind dabei auf unterschiedlichen Seiten beziehungsweise diametral einander gegenüberliegend an dem Arbeitskopf 7 angeordnet, ebenso wie die Düsen 13 und 14 zueinander. Dadurch treffen sich die Stoffstrahlen Sil, S12, S13, S14 der Düsen 11, 12, 13, 14 in dem Laserstrahl 9 in einem Treffpunkt TP1. Dabei sind die Düsen 11, 12 radial weiter von dem Laserstrahl beziehungsweise der Laserstrahlquelle 8 beabstandet an dem Arbeitskopf 7 angeordnet, als die Düsen 13, 14. Aufgrund der unterschiedlichen Einblaswinkel all, al2 einerseits und al3, al4 andererseits, wird gewährleistet, dass sich die Stoffstrahlen Sil bis S14 dennoch an dem Treffpunkt TP1 innerhalb des Laserstrahls 9 axial beabstandet zu dem Basiskörper 3 treffen.
Aufgrund der vorteilhaften Anordnung und Ausrichtung der Düsen 11 bis 14 wird erreicht, dass die beiden Zusatzstoffe unterschiedlich lang in dem Laserstrahl 9 verweilen. Aufgrund der kleineren Winkel a13, al4 sowie aufgrund der seitlichen Beabstandung zu der Laserstrahlquelle 8 wird erreicht, dass der durch die Düsen 13, 14 ausgeblasene zweite Zusatzstoff länger an dem Laserstrahl 9 verweilt, als der durch die Düsen 11, 12 ausgeblasene erste Zusatzstoff. Der Treffpunkt TP1 ist dabei derart gewählt, dass die Stoffstrahlen Sil bis S14 innerhalb des Laserstrahls 9 auf den Basisköper 3 treffen, sodass die Zusatzstoffe aufgeschmolzen werden und eine vorteilhafte stoffschlüssige Verbindung der eingeblasenen Zusatzstoffe mit dem aufgeschmolzenen Bereich des Basiskörpers 3 gewährleistet ist. Als erster Zusatzstoff wird vorliegend somit ein Zusatzstoff eingesetzt, der eine geringere Verweildauer im Laserstrahl benötigt, um aufgeschmolzen zu werden, im Vergleich zu dem zweiten Zusatzstoff. Umgekehrt kann das Prinzip auch verwendet werden, wenn beispielsweise ein Zusatzstoff nicht aufschmelzen soll. Beim Verarbeiten einer Eisenbasislegierung mit Chromcarbid beispielsweise soll die Eisenbasislegierung vollständig aufschmelzen, während es sich für Chromcarbid als vorteilhaft zeigt, wenn der Aufschmelzgrad möglichst gering ist. Für diesen Fall wird Chromcarbid bevorzugt derart eingedüst, dass die Interaktionszeit (Verweildauer) mit dem Laserstrahl 9 möglichst kurz ist.
Für den Fall, dass besonders hohe thermo-physikalische Unterschiede der Zusatzwerkstoffe bestehen, so wird für die beiden Zusatzstoffe jeweils ein eigener Treffpunkt durch den Einblaswinkel und die Einblasposition der Düsen 11 bis 14 eingestellt. Figur 3 zeigt hierzu in einer vereinfachten Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und insofern auf die obenstehende Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden soll im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen werden.
Wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel treffen sich die Stoffstrahlen S13 und S14 in dem zuvor genannten Treffpunkt TP1 beabstandet zu dem Basiskörper 3. Die Stoffstrahlen Sil und S12 treffen sich hingegen in einem zweiten Treffpunkt TP2, der axial beziehungsweise in Strahlrichtung des Laserstrahls 9 beabstandet zu dem Treffpunkt TP1 liegt. Vorliegend liegt der Treffpunkt TP2 zwar in Strahlrichtung des Laserstrahls 9, jedoch innerhalb des Basiskörpers 3. Hierzu sind die Einblaswinkel all und al2 kleiner gewählt als im vorhergehenden Ausführungsbeispiel Hierdurch wird erreicht, dass der zweite Zusatzstoff über eine deutlich längere Verweildauer in dem Laserstrahl 9 verfügt als der erste Zusatzstoff, der durch die Düsen 11 und 12 ausgeblasen wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Verschleißschutzschicht Niobcarbid (NbC) und Edelstahl (beispielsweise einen Cr- oder CrNi-Stahl) auf. Aufgrund der höheren thermischen Stabilität von NbC verglichen mit Edelstahl, ist für NbC eine längere Interaktionszeit mit dem Laser anzustreben. Durch die Anpassung der Verweilzeit von Niobcarbid und Edelstahl über dem Basiskörper 3 in dem Laserstrahl 9, wird eine effektive Aufschmelzung der beiden Zusatzstoffe bis hin zur vollständigen Aufschmelzung gewährleistet. Der aufgeschmolzene Anteil des Niobcarbids scheidet sich während der Erstarrung fein verteilt als NbC in der Edelstahlmatrix aus und wirkt somit eine homogene Härteverteilung innerhalb der Beschichtung. Außerdem ermöglicht die Aufschmelzung der Oberfläche des restlichen Anteils der Karbide eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Matrix und Hartstoffen, wodurch verhindert wird, dass die Hartstoffe oder Karbide bei einer thermomechanischen Beanspruchung des Reibbremskörpers herausgelöst werden können. Somit ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass als zweiter Zusatzstoff Niobcarbid verwendet wird und einer längeren Verweildauer an dem Laserstrahl 9 bis zur vollständigen Aufschmelzung ausgesetzt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Verschleißschutzschicht aus Siliziumcarbid und Edelstahl gebildet. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Siliziumcarbids wird eine vorteilhafte Wärmeleitung von der Verschleißschutzschicht in den Basiskörper gewährleistet, wodurch die thermische Beanspruchbarkeit des Reibbremskörpers erhöht wird. Durch die Anpassung des Treffpunkts TP2 für das als ersten Zusatzstoff verwendete Siliziumcarbid gemäß Figur 3 reduziert sich die in das Siliziumcarbid zugeführte thermische Energie beim Laserauftragsschweißen, wodurch Dissoziation von SiC reduziert und eine Bildung von unerwünschten Fe-Si-Verbindungen in der Verschleißschutzschicht 5 weitestgehend verhindert werden, sodass insbesondere eine Versprödung der Verschleißschutzschicht 5 unterbunden wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers, insbesondere Bremsscheibe (1), der einen Basiskörper (3) mit einem Reibkontaktbereich aufweist, wobei auf dem Reibkontaktbereich eine Verschleißschutzschicht (5) durch Laserauftragsschweißen mittels eines auf den Reibkontaktbereich gerichteten Laserstrahls (9) hergestellt wird, wobei die Verschleißschutzschicht (5) beim Laserauftragsschweißen mit zumindest einem pulverförmigen Zusatzstoff erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei pulverförmige Zusatzstoffe gleichzeitig derart hinzugefügt werden, dass ihre Verweildauer in dem Laserstrahl (9) unterschiedlich lang ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Zusatzstoffe durch jeweils zumindest eine Düse (11-14) auf den Basiskörper (3) derart geblasen wird, dass er vor Erreichen des Basiskörpers (3) in den Laserstrahl (9) gelangt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Zusatzstoffe in unterschiedlichen Winkeln (all-al4) bezogen auf den Laserstrahl (9) eingeblasen werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Zusatzstoffe in gleichen oder unterschiedlichen radialen Abstand zu dem Laserstrahl (9) auf gleicher oder unterschiedlicher axialer Höhe bezogen auf den Laserstrahl (9) eingeblasen werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (all-al4) derart gewählt werden, dass der jeweilige Zusatzstoff durch den Laserstrahl (9) aufgeschmolzen, insbesondere möglichst vollständig oder möglichst unvollständig aufgeschmolzen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Zusatzstoff aus zumindest zwei Düsen (11-14) in zumindest zwei Stoffstrahlen (S11-S14) in den Laserstrahl (9) eingeblasen wird, sodass sich die Stoffstrahlen (S11-S14) des jeweiligen Zusatzstoffs in dem Laserstrahl (9) treffen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Zusatzstoff aus den zumindest zwei Düsen (11-14) bezogen auf den Laserstrahl (9) diametral gegenüberliegend eingeblasen werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stoffstrahlen (S11-S14) der zumindest zwei Zusatzstoffe in einem Treffpunkt (TP1) in dem Laserstrahl (9) treffen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stoffstrahlen (S13,S14) eines zweiten Zusatzstoffs in einem ersten Treffpunkt (TP1) im Laserstrahl (9) und die Stoffstrahlen (S11,S12) eines ersten Zusatzstoffs in einem zweiten Treffpunkt (TP2) im Verlauf des Laserstrahls (9) treffen, wobei die beiden Treffpunkte (TP1,TP2) in Strahlrichtung des Laserstrahls (9) beabstandet zueinander liegen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzstoffe zwei Gruppen, nämlich Legierungen, insbesondere Eisen-Basislegierungen, und Hartstoffe, bei denen es sich um weitestgehend sortenreine Verbindungen wie Karbide, Nitride oder Boride handeln kann, verwendet werden.
11. Vorrichtung zum Herstellen eines Reibbremskörpers, insbesondere Bremsscheibe (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer Laserstrahlquelle (8) zur Erzeugung eines Laserstrahls und mit zumindest zwei Düsen (11-14) zum Ausblasen jeweils eines Stoffstroms in den Laserstrahl (9), wobei die Düsen (11-14) derart ausgerichtet sind, dass die Stoffströme in unterschiedlichen Winkeln (all-al4) zu dem Laserstrahl (9) in den Laserstrahl (9) einblasbar sind.
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