EP-4737602-A1 - DISC BRAKE DISC FOR A VEHICLE, A METHOD FOR PRODUCING A DISC BRAKE DISC AND A METHOD FOR PRODUCING AN ALUMINIUM CAST ALLOY FOR A DISC BRAKE DISC

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremsscheibe 20 für ein Fahrzeug mit einem Reibring 21, wobei die Scheibenbremsscheibe 20 aus einer Aluminiumgusslegierung gebildet ist, und die Aluminiumgusslegierung umfasst: 7.0 bis 10.0 Gew.-% Silizium; 0.25 bis 5.0 Gew.-% Titan; 12.0 bis 30.0 Gew.-% Siliciumcarbid Partikelverstärkung und dem Restbetrag aus Aluminium, und wobei die Siliciumcarbid Partikelverstärkung eine mittlere Partikelgrösse von zumindest kleiner als 30 Mikrometer aufweist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Scheibenbremsscheibe sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumlegierung für eine Scheibenbremsscheibe.

Inventors

• Eichberger, Marco

Assignees

• Nepsos AG

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241104

Claims (15)

1. Scheibenbremsscheibe (20; 120; 220) für ein Fahrzeug mit einem Reibring (21; 121; 221), wobei die Scheibenbremsscheibe (20; 120; 220) aus einer Aluminiumgusslegierung gebildet ist, und die Aluminiumgusslegierung umfasst: 7.0 bis 10.0 Gew.-% Silizium; 0.25bis 5.0 Gew.-% Titan; 12.0 bis 30.0 Gew.-% Siliciumcarbid Partikelverstärkung und dem Restbetrag aus Aluminium, und wobei die Siliciumcarbid Partikelverstärkung eine mittlere Partikelgrösse von zumindest kleiner als 30 Mikrometer aufweist.
2. Scheibenbremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumgusslegierung zumindest eines der nachfolgenden Elemente umfasst: 0.5 bis 5.0 Gew.-% Kupfer; 0.5 bis 5.0 Gew.-% Nickel; 0.5 bis 5.0 Gew.-% Magnesium; 0.5 bis 5.0 Gew.-% Eisen; 0.1 bis 5.0 Gew.-% Zink, 0.1 bis 5 Gew.-% Bor.
3. Scheibenbremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliciumcarbid Partikelverstärkung eine mittlere Partikelgrösse von zumindest kleiner als 18 Mikrometer aufweist.
4. Scheibenbremsscheibe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremsscheibe (20; 120; 220) einen Topf (22; 122) umfasst, wobei der Reibring (21; 121) sich umlaufend von dem Topf (22; 122) erstreckt.
5. Scheibenbremsscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (22; 122) und der Reibring (21; 121) als monolithische Konstruktion einstückig ausgebildet sind.
6. Scheibenbremsscheibe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremsscheibe (120; 220) mehrere Öffnungen (125; 225) zur Innenbelüftung aufweist.
7. Scheibenbremsscheibe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest am Reibring (21; 121; 221) eine Oberflächenstruktur (23; 123; 223) vorhanden ist.
8. Scheibenbremsscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (23; 123; 223) durch ein Ätzverfahren erhältlich ist, und bevorzugt mithilfe einer Natronlaugen-Lösung erhältlich ist.
9. Scheibenbremsscheibe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremsscheibe (20; 120; 220) durch ein Kokillengießverfahren erhältlich ist und insbesondere durch ein Schwerkraft-Kokillengießverfahren erhältlich ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Scheibenbremsscheibe, insbesondere einer Scheibenbremsscheibe (20; 120; 220) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: a) Aufschmelzen einer Aluminiumlegierung, welche zumindest Aluminium, Silizium, und 12.0 bis 30.0 Gew.-% Siliciumcarbid Partikelverstärkung aufweist, wobei die Siliciumcarbid Partikelverstärkung eine mittlere Partikelgrösse von zumindest kleiner als 30 Mikrometer aufweist; b) Beimengen von Titan zur aufgeschmolzenen Aluminiumlegierung; c) Giessen der aufgeschmolzenen Komponenten in eine Form für eine Scheibenbremsscheibe in einem Kokillengießverfahren, insbesondere in einem Schwerkraft- Kokillengießverfahren. d) Abkühlen der gegossenen Scheibenbremsscheibe.
11. Verfahren zur Herstellung einer Scheibenbremsscheibe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremsscheibe geätzt wird.
12. Verfahren zur Herstellung einer Scheibenbremsscheibe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremsscheibe bei einer Temperatur von 20°C bis 90°C geätzt wird.
13. Verfahren zur Herstellung einer Scheibenbremsscheibe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremsscheibe bis zu 10 Minuten geätzt wird.
14. Verfahren zur Herstellung einer Scheibenbremsscheibe nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen mit einer Natronlaugen-Lösung erfolgt, wobei insbesondere die Natronlaugen-Lösung eine 10 bis 50 %, bevorzugt eine 20 bis 30% Natronlaugen-Lösung ist.
15. Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumgusslegierung für eine Scheibenbremsscheibe, insbesondere einer Scheibenbremsscheibe (20; 120; 220) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: a) Aufschmelzen einer Aluminiumlegierung, welche zumindest Aluminium, Silizium, und 12.0 bis 30.0 Gew.-% Siliciumcarbid Partikelverstärkung aufweist, wobei die Siliciumcarbid Partikelverstärkung eine mittlere Partikelgrösse von zumindest kleiner als 30 Mikrometer aufweist; b) Beimengen zumindest von Titan zur aufgeschmolzenen Aluminiumlegierung;

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibenbremsscheibe für ein Fahrzeug gemäss dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Scheibenbremsscheibe gemäss dem Patentanspruch 10, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumgusslegierung für eine Scheibenbremsscheibe gemäss dem Patentanspruch 15. Technologischer Hintergrund Um den steigenden Anforderungen an die Kraftstoffeffizienz in der Kraftfahrzeugtechnik gerecht zu werden, ist bekannt, dass durch die Reduzierung des Gesamtgewichts eines Automobils dessen Kraftstoffverbrauch verbessert wird. Beispielsweise kann, vergleichbar zur typischen Stahlbremsscheibe, eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts um 10 % zu einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs um etwa 6-8 % führen. Daher ist es wünschenswert, für den Rahmen, die Karosserieteile und die Komponenten eines Fahrzeugs leichtere Materialien zu verwenden. Zu solchen Materialien gehören hochfester Stahl, Magnesiumlegierungen, Aluminiumlegierungen, Kohlefasern und Polymerverbundstoffe. Gleichzeitig ist es wichtig, dass bei der Wahl von Leichtbaumaterialien als Ersatz für herkömmliche, schwerere Werkstoffe ein hohes Maß an Festigkeit, Leistung und Haltbarkeit der daraus gefertigten Teile erhalten bleibt. Im Falle der Bremsscheibe einer Fahrzeug-Scheibenbremse sollte eine Scheibenbremsscheibe aus leichtem Material gefertigt sein, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmediffusionsfähigkeit sowie eine gute Festigkeit und eine hohe Kriechfestigkeit (z. B. Beständigkeit gegen Verformungen im Laufe der Zeit) bei erhöhten Temperaturen aufweisen. Angesichts der bevorstehenden Einführung des Euro-7-Standards in Europa ab dem Jahr 2027 ist es notwendig innovative Bremsscheiben zu entwickeln, um für die Einhaltung der neuen Vorschriften und die Erfüllung der gestiegenen Anforderungen an Umweltfreundlichkeit und Leistungsfähigkeit gerüstet zu sein. Der Euro-7-Standard legt zukünftig erstmalig strenge Grenzwerte für Partikelemissionen aus Brems- und Reifenabrieb fest, um die Luftqualität zu verbessern und gesundheitliche Risiken durch Feinstaub zu minimieren. Für reine Elektrofahrzeuge wird der Grenzwert bei 3mg/km und für alle anderen Antriebsarten bei 7mg/km PM10-Emissionen liegen. Daher ist es notwendig eine Scheibenbremsscheibe zu entwickeln, die dem Euro-7-Standard genügen. Aus dem Stand der Technik ist die WO2024/182060 A1 bekannt. Es wird eine Scheibenbremsscheibe für ein Fahrzeug bereitgestellt. Der Scheibenbremsrotor umfasst eine Kappe und einen Reibring, der sich in Umfangsrichtung von der Kappe aus erstreckt. Die Bremsscheibe besteht aus einer gegossenen hypereutektischen Aluminiumlegierung. Die hypereutektische Aluminiumlegierung enthält: 14,00 bis 25,00 Gew.-% Silizium; 4,90 bis 8,00 Gew.-% Kupfer; 0,05 bis 0,90 Gew.-% Nickel; 0,50 bis 1,50 Gew.-% Magnesium; 0,05 bis 1,20 Gew.-% Eisen; 0,05 bis 1,00 Gew.-% Mangan; 0,05 bis 1,00 Gew.-% Zink; 0,05 bis 1,20 Gew.-% Titan; 0,05 bis 1,20 Gew.-% Zirkonium; 0,05 bis 1,20 Gew.-% Vanadium; 0,001 bis 0,10 Gew.-% Phosphor; und den Rest Aluminium. Die Legierung kann auch andere Spurenelemente wie Chrom, Blei und Zinn in einer Menge von höchstens 0,20 Gew-% enthalten. Die Bremsscheibenrotoren können durch ein Hochdruck-Halbfeststoff-Druckgussverfahren, einschließlich Rheocasting, hergestellt werden. Nachteilig an dieser bekannten Lösung ist, dass derartige Scheibenbremsscheiben lediglich für eine Reduktion des Gesamtgewichts eines Fahrzeuges erzeugt werden, um die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen bzw. den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Darstellung der Erfindung Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, mindestens einen der Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll eine verbesserte Scheibenbremsscheibe geschaffen werden, welche im Bremsprozess in einem Fahrzeug weniger Feinstaubemission entwickelt. Weiters soll ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Scheibenbremsscheibe sowie einer Aluminiumgusslegierung für eine Scheibenbremsscheibe geschaffen werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren und in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt. Eine erfindungsgemässe Scheibenbremsscheibe für ein Fahrzeug umfasst zumindest einen Reibring, wobei die Scheibenbremsscheibe aus einer Aluminiumgusslegierung gebildet ist, und wobei die Aluminiumgusslegierung zumindest 7.0 bis 10.0 Gew.-% Silizium; 0.25 bis 5.0 Gew.-% Titan; 12.0 bis 30.0 Gew.-% Siliciumcarbid Partikelverstärkung und dem Restbetrag aus Aluminium umfasst, und wobei die Siliciumcarbid Partikelverstärkung eine mittlere Partikelgrösse von zumindest kleiner als 30 Mikrometer aufweist. Insbesondere ist die mittlere Partikelgrösse von zumindest grösser als 15 Mikrometer, sodass eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Scheibenbremsscheibe realisierbar ist. Eine derartige Scheibenbremsscheibe weist im Betrieb in einem Bremsprozess an einem Fahrzeug eine deutlich reduziert