DE102016202543A1

DE102016202543A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102016202543A1
Application number: DE102016202543.0A
Authority: DE
Inventors: Georg Eichner; Hans-Juergen Jahreiss; Dominik Rietzel; Hubert Scholz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2017-08-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels eines Fahrzeuges, welcher aus einem metallischen Werkstoff zumindest teilweise mittels eines Urformverfahrens, insbesondere eines Gießverfahrens hergestellt wird. Der Bremssattel wird dabei durch nachträgliches Aufbringen von Material mittels eines additiven Fertigungsverfahrens weiter aufgebaut.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 10 2013 219 250 A1 und insbesondere auf die DE 10 2008 038 035 A1 verwiesen.
Zur Verringerung von Kosten und Aufwand werden Bremssättel von Fahrzeugen, beispielsweise ein Bremssattel eines Scheibenbremssystems herkömmlicherweise in einem Urformverfahren, insbesondere einem Gießverfahren mit Grauguss oder Aluminium hergestellt. Dabei gibt es die Möglichkeit, den Bremssattel als Monoblock auszuführen oder zweiteilig, wobei die beiden Hälften nach dem Abkühlen und deren Nachbearbeitung über Verbindungselemente verbunden werden.
Durch derartige herkömmliche Gießverfahren ist zwar eine kostengünstige Herstellung der Bremssättel in großen Stückzahlen möglich, jedoch ist der Bremssattel dabei auf eine Ausführung mit einem einzigen Werkstoff beschränkt, welcher üblicherweise eine Aluminiumlegierung darstellt. Mit nur einem Werkstoff ist es jedoch nicht möglich, allen Belastungen während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges optimal Stand zu halten und den bestmöglichsten Steifigkeitsanforderungen zu entsprechen.
So ist aus der DE 10 2008 038 035 A1 ein Bremssattel bekannt, welcher aus zwei unterschiedlichen Materialien aufgebaut ist. Dabei wird eine Skelettstruktur des Sattelkörpers separat aus einem anderen Werkstoff als der diese umhüllende Sattelkörper hergestellt. Die genannte Skelettstruktur wird mittels eines Lasersinterverfahrens hergestellt und der Sattelkörper anschließend in einer Gussform mit der Skelettstruktur als Einleger gegossen.
Des Weiteren ist es aus der DE 10 2013 219 250 A1 bekannt, Bauelemente im Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges nach deren Herstellung an höher belasteten Stellen durch Auftragen von höher festen Werkstoffen zu verstärken. Das Auftragen dieser höher festen Werkstoffe erfolgt dabei mit einem additiven Fertigungsverfahren.
Nachteilig an dem bisherigen Stand der Technik ist es jedoch, dass die hergestellte Geometrie der Bremssättel durch eine Vielzahl an Gestaltungsrichtlinien, welche sich aus den Charakteristika des Fertigungsverfahrens in einem Gießprozess ergeben, beschränkt ist. So ist es besonders schwierig, während des Gießens der Sattelkörper Hohlräume oder komplexe Geometrien im Sattelinneren oder an der Satteloberfläche zu erreichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren eines Bremssattels eines Fahrzeuges aufzuzeigen, welches komplexe Geometrien im oder am Fahrzeugbremssattel zulässt und damit einen den Belastungen während dem Fahrbetrieb bestmöglich angepassten Bremssattel herzustellen.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Neben dem beanspruchten Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels wird ferner auch ein dabei hergestellte Bremssattel beansprucht. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
In einem ersten Schritt zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bremssattels eines Fahrzeuges wird dieser zumindest zum Teil mittels eines Urformverfahrens, insbesondere eines Gießverfahrens hergestellt. Dieser Teilkörper des Bremssattels ist vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung hergestellt.
Um eine komplexere Geometrie und/oder bessere Eigenschaften wie beispielsweise bessere Steifigkeitseigenschaften des fertig hergestellten Bremssattels zu erreichen, wird in einem zweiten Schritt weiteres Material auf den Teilkörper des Bremssattels aufgebracht und der Bremssattel damit fertiggestellt. Dieses Material wird mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, beispielsweise eines Lasersinter- oder eines Laserauftragsschweißverfahrens auf den Teilkörper des Bremssattels aufgetragen.
So ist es denkbar, dass ein hybrider, also aus mindestens zwei Materialen hergestellter Bremssattel gefertigt wird. Dabei wird der bereits gegossene Teilkörper in dem additiven Verfahren mit einem weiteren Werkstoff beispielsweise verschweißt. Hier ist beispielsweise die Auftragung von Stahl oder Titanelementen in und/oder auf einen beispielsweisen Aluminium-Teilkörper im Bereich der sogenannten Bremssattelbrücke denkbar. Durch das bei dem additiven Fertigungsverfahren mögliche Verschweißen von Werkstoffen kann somit ein hybrider Bremssattel hergestellt werden. Zudem ist es möglich, in dem additiven Fertigungsverfahren Außenleitungen direkt als ein Bauteil mit dem Bremssattel aufzubauen.
Des Weiteren ist es möglich, den genannten Teilkörper während der Herstellung im Urformverfahren, insbesondere im Gießverfahren, mit einer oder mehreren Aussparungen zu versehen. Diese Aussparungen können beispielsweise in einer T-Form, I-Form oder jeder anderen denkbaren Form auf beispielsweise der Bremssattelbrücke oder an einer anderen Stelle am Bremssattel vorgesehen sein. Anschließend wird weiteres Material mittels des additiven Fertigungsverfahrens in diese Aussparungen eingebracht. Die Aussparung kann dabei entweder Teile des Bremssattels, wie beispielsweise die Bremssattelbrücke durchdringen oder eine Art Nut an der Bremssatteloberfläche darstellen. Durchdringt die Aussparung einen Abschnitt vom Bremssattel, beispielsweise die Bremssattelbrücke, so kann das nachträglich aufgetragene Material die Begrenzungswände der Aussparung gegeneinander abstützen. Derartige Aussparungen sind bevorzugt an höher belasteten Stellen, wie beispielsweise auf der Bremssattelbrücke und/oder in den Seitenbereichen des Bremssattels anzubringen, um auf diese anschließend ein höher festes oder hochfestes Material innerhalb des additiven Fertigungsschritts aufzutragen. Dies kann dem Bremssattel, insbesondere der Bremssattelbrücke eine höhere Biegesteifigkeit verleihen, weshalb sich die Bremssattelbrücke unter Druckbeaufschlagung weniger aufweitet und dadurch ein besseres Pedalgefühl erzeugt wird. Das hochfeste Material kann dabei beispielsweise ein Stahl oder eine Titanlegierung sein.
Durch das Auftragen von höher festem oder hochfestem Material an hoch belasteten Stellen am Bremssattel kann der Bremssattel zum einen hinsichtlich seiner Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften verbessert werden. Zum anderen wird durch die bereits im Gießverfahren hergestellte Aussparung eine bauraumgünstige und platzsparende Lösung zur Versteifung des Fahrzeugbremssattels aufgezeigt. Denn besonders im Bereich des Bremssattels lassen es der vorhandene Bauraum und angrenzende Bauteile, wie beispielsweise eine Radfelge, innerhalb derer der Bremssattel üblicherweise vorgesehen ist, oder der Innendurchmesser des Rades nur schwer zu, am Bremssattel überstehende Werkstoffe anzubringen.
Als weitere Ausführung des Bremssattels ist es denkbar, anschließend an den im Gussverfahren hergestellten Teilkörper des Bremssattels den zweiten Teil des Bremssattels mittels des additiven Verfahrens mit Hohlräumen, welche entweder offen oder geschlossen sein können, auszuführen. Derartig eingebrachte Hohlräume können zum einen zum Sparen von Werkstoff und damit einer Gewichtsreduktion oder auch als Durchströmbereiche in Form von Tunneln oder Kanälen zu Durchlüftungs- und damit Kühlungszwecken dienen.
Daneben ist es außerdem vorstellbar, den Aufbau des Hohlraums im additiven Fertigungsprozess zu unterbrechen, den Hohlraum zumindest teilweise mit einem weiteren Material zu befüllen und anschließend daran den Fertigungsprozess weiter zu führen und dabei den Hohlraum weiter zu schließen. Dabei können die genannten weiteren Materialien mit einem weiteren Verfahrensschritt oder direkt mittels des additiven Fertigungsverfahrens in den Hohlraum eingebracht werden.
Gleichzeitig kann der Hohlraum jedoch auch nicht durchgehend geschlossen aufgebaut werden, sondern eine Öffnung zur Außenseite des Bremssattels hergestellt werden, durch welche anschließend an den Herstellungsprozess des Bremssattels weitere Materialen in den Hohlraum gefüllt werden können. Als Hohlraumstrukturen sind alle denkbaren Geometrien vorstellbar, wie beispielsweise Kanäle, Leitungen oder runde Hohlräume. Diese können sowohl im Bremssattelinneren als auch an der Bremssatteloberfläche in Form von Aussparungen zum Beispiel zur Aufnahme von außen liegenden Leitungen wie beispielsweise Bremsflüssigkeitsleitungen ausgeführt sein. So können auf eine einfache Art und Weise Bremsflüssigkeitsleitungen oder Luftkanäle durch das Bremssattelinnere hergestellt werden, ohne diesen in einem nachträglichen Verfahren aufwändig nachzubearbeiten.
Als Materialien zum Füllen der Hohlräume kommen beispielsweise dämpfende, wärmeleitende oder hochfeste, also versteifende Werkstoffe in Frage, welche sowohl als Granulat, als Kugeln oder Körner, als Fluid (wie beispielsweise als Bremsflüssigkeit oder als Öl) oder als Schaum ausgeführt sind. So ist es beispielsweise auch möglich, im Bremssattel Kupfer-Drähte oder Kupfer-Kanäle durch das Auftragen dieser auf den Teilkörper und den anschließenden Aufbau des Bremssattels mittels des additiven Fertigungsverfahrens einzubringen. Dadurch kann eine vorteilhafte Temperaturverteilung oder Wärmeleitung im Bremssattel erreicht werden. Die Möglichkeit, Aussparungen an der Bremssatteloberfläche zur Aufnahme von Leitungen vorzusehen, bietet sowohl eine bessere Kontrollierbarkeit hinsichtlich der Wärmeleitung, als auch eine Maßnahme platzsparend Leitungen unterzubringen. Durch zusätzliche Geometrien wird außerdem die Oberfläche des Bremssattels maximiert und eine günstige Luft-Umströmbarkeit und damit Kühlung gewährleistet.
Des Weiteren ist es denkbar, die genannten Hohlräume und Aussparungen während deren additiven Aufbaus mit einer Beschichtung zu versehen. Dies ist beispielsweise so vorzustellen, dass ein weiteres Material als Granulat auf die Wände des bereits zum Teil aufgebauten Hohlraums aufgetragen und mittels eines Lasersinterverfahrens mit einer dünnen Schicht auf die besagten Wände aufgetragen wird. So kann in vorteilhafter und einfacher Weise eine beispielsweise wärmeisolierende Beschichtung an einer Bremsflüssigkeitsleitung angebracht werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von fünf Ausführungsbeispielen weiter erläutert.
1 und 2 beschreiben dabei ein erstes Ausführungsbeispiel, 3 ein zweites, 4 ein drittes, 5 und 6 ein viertes.
Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
1 zeigt dabei einen beispielhaften Bremssattel eines Fahrzeuges in Monoblock-Bauweise und in dreidimensionaler Ansicht von oben, mit zwei erfindungsgemäßen Aussparungen in der Bremssattelbrücke.
2 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel aus 1, in einer Schnittdarstellung längs des Bremssattels.
In 3 wird beispielhaft eine Aussparung auf einer Seite der äußeren Verbindungselemente der Bremssattelwangen in einer dreidimensionalen Ansicht eines Bremssattels aufgezeigt.
In 4 ist eine weitere Aussparung an der Bremssattelseite, also an den Bremssattelwangen in einer dreidimensionalen Seitenansicht des Bremssattels aufgezeigt.
5 zeigt einen in einem Gussverfahren aufgebauten Teilkörper des Bremssattels und eine mögliche Ausgangslage für den nächsten Verfahrensschritt in dem additiven Fertigungsverfahren.
6 zeigt einen erfindungsgemäßen Hohlraum in der Bremssattelbrück, welche mittels des additiven Fertigungsverfahrens auf den Teilkörper aus 5 aufgebaut wurde, in einer Schnittdarstellung längs des Bremssattels.
Beginnend soll die Erfindung anhand des ersten Ausführungsbeispiels in 1 und in 2 erläutert werden. Dabei ist ein Bremssattel eines Fahrzeuges zu erkennen, welcher in einem Urformverfahren, insbesondere Gießverfahren hergestellt wurde und eine Bremssattelbrücke 1 sowie zwei Bremssattelwangen 2 umfasst. Die Bremssattelbrücke 1 besteht aus zwei die Bremssattelwangen 2 verbindenden Stegen. In den genannten Stegen der Bremssattelbrücke 1 sind Aussparungen 3, 4 vorgesehen, welche bereits während des Gießverfahrens hergestellt werden. Die erste Aussparung 3 ist dabei derart ausgebildet, dass sie den Steg der Bremssattelbrücke 1 in Radialrichtung betrachtet durchdringt und wie in 2 zu erkennen eine T-Form bildet. Beim erfindungsgemäßen nachträglichen Auftragen von in dieser Ansicht nicht dargestelltem hochfestem Material auf und in die Aussparung 3 kann eine hohe Biegesteifigkeit in diesem Bereich des Bremssattels erreicht werden.
Eine weitere mögliche Geometrie der genannten Aussparung zeigt die zweite Aussparung 4, welche die Bremssattelbrücke 1 bzw. deren Steg nicht durchdringt, sondern in Form von Nuten an die Bremssattelbrückeninnenseite 1a und Bremssattelbrückenaußenseite angebracht sind. Auch diese beschreiben eine Aufnahmeform für das nachträgliche Auftragen von hochfestem oder höher festen Material oder einem Material mit höherer Steifigkeit.
In 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der genannten Aussparungen in einer dreidimensionalen Draufsicht auf einen als Monoblock ausgeführten Bremssattel aufgezeigt. Dabei befindet sich eine Aussparung 5 auf den äußeren Verbindungselementen 9 der Bremssattelwangen 2 beispielhaft in Form eines Rechtecks. In 4 wird ebenfalls in einer dreidimensionalen Seitenansicht des Bremssattels eine Aussparung 6 in der Bremssattelwange 2 aufgezeigt. Ebenfalls ist es bei den Aussparungen 5, 6 vorgesehen, nachträglich hochfestes oder höher festes, dämpfendes, isolierendes oder wärmeleitendes Material mittels des additiven Fertigungsverfahrens aufzutragen.
5 zeigt eine beispielhafte Ausgangsform eines im Urformverfahren hergestellten Teilkörpers eines Bremssattels, welcher anschließend mittels des additiven Fertigungsverfahrens weiter und aufgebaut und damit fertiggestellt wird. Dabei ist auch in diesem konkreten Beispiel der Bremssattelkörper mit den Bremssattelwangen 2 bereits im Urformverfahren hergestellt. Eine in dieser Figur nicht abgebildete und beispielsweise in 1 mit Bezugsziffer 1 gekennzeichnete Bremssattelbrücke wird auf den gegossenen Teilkörper mittels des additiven Fertigungsverfahrens aufgebaut. Der Teilkörper aus 5 dient als Ausgangslage zur Fertigstellung des Bremssattels mittels des additiven Fertigungsverfahrens. Wie in der Schnittdarstellung in 6 zu erkennen, können somit Hohlräume 7, 8 mittels des additiven Fertigungsverfahrens in diesem Beispiel in die Bremssattelbrücke 1 eingebracht sein.
Bezugszeichenliste

1: Bremssattelbrücke
2: Bremssattelwange
3: Aussparung
4: Aussparung
5: Aussparung
6: Aussparung
7: Hohlraum
8: Hohlraum
9: Verbindungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013219250 A1 [0001, 0005]
DE 102008038035 A1 [0001, 0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bremssattels eines Fahrzeuges, welcher aus einem metallischen Werkstoff zumindest teilweise mittels eines Urformverfahrens, insbesondere eines Gießverfahrens hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremssattel durch nachträgliches Aufbringen von Material mittels eines additiven Fertigungsverfahrens weiter aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bremssattel im Uhrformverfahren mit mindestens einer Aussparung (3, 4, 5, 6) hergestellt wird und in und/oder auf diese nachträglich mittels des additiven Fertigungsverfahrens Material eingebracht oder aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Aussparung (3, 4, 5, 6) mindestens zwei Begrenzungswände umfasst, welche von dem nachträglich eingebrachten Material gegeneinander abgestützt sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei nach dem Urformen des Bremssattels durch das additive Fertigungsverfahren ein Teilkörper des Bremssattels aufgebaut wird, welcher einen offenen oder geschlossenen Hohlraum (7, 8) bildet.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Hohlraum (7, 8) und/oder die Aussparung (3, 4, 5, 6) während des additiven Fertigungsprozesses mit einem weiteren Material zumindest teilweise befüllt wird und/oder auf zumindest einen Teil des bereits vorhandenen Materials eine Beschichtung aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das additive Fertigungsverfahren ein Lasersinter-Verfahren und/oder ein Laserauftragsschweiß-Verfahren ist.
Fahrzeugbremssattel der durch das in Anspruch 1–6 genannte Verfahren hergestellt ist.
Fahrzeugbremssattel nach Anspruch 7, wobei der Hohlraum (7, 8) vorgesehen ist um eine vorgeformte Leitung aufzunehmen.
Fahrzeugbremssattel nach Anspruch 7–8, wobei das weitere Material zur Befüllung und/oder zur Beschichtung des Hohlraums (7, 8) und/oder der Aussparung (3, 4, 5, 6) ein dämpfendes und/oder ein wärmeleitendes und/oder ein Material mit höherer Festigkeit als das für das Urformen verwendete Material ist.