DE2151061A1

DE2151061A1 - Bremsscheibe

Info

Publication number: DE2151061A1
Application number: DE19712151061
Authority: DE
Inventors: Ruppe Jun Joseph Peter
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1970-10-26
Filing date: 1971-10-13
Publication date: 1972-04-27
Also published as: GB1336055A; US3692150A; CA945914A; DE2151061C3; DE2151061B2; FR2111313A5; JPS5414708B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Bremsscheiben, die aus einer ringförmigen Scheibe aus Kohlenstoff hergestellt wird, insbesondere für Bremsen mit mehreren Scheiben, die auf Rädern eines Flugzeugs aufgesetzt sind.

Man hat erkannt, daß Reibscheiben, die aus Kohlenstoff hergestellt sind, eine Wärmekapazität, thermische Leitfähigkeit und einen Reibungskoeffizienten besitzen, die einen gleichmäßigen Übergang von kinetischer zu thermischer Energie gewährleisten, wenn ein Reibeingriff einer rotierenden mit einer stationären Scheibe erfolgt. Kohlenstoff hat jedoch eine geringe Zug- und Scherfestigkeit, und es oxidiert bei hohen Temperaturen, wodurch die Reibscheibe zerstört wird. Reibscheiben aus Kohlenstoff sind gewöhnlich aus einer Zusammensetzung hergestellt, die aus Kohlensteffasern und einem Kohlenstoffbinder besteht. Bei erhöhten Temperaturen entsteht mit der Entfernung des Kohlenstoffbinders

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eine Oxidation, wodurch die Integrität der Zusammensetzung zerstört wird. Bei Brems scheiben konzentriert sich dieser .Qxida-: tionseffekt in den peripheren Bereichen außerhalb des Schä&i£-_: ■>.- oder Reibbereiches. . ·; :

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Oxidation außerhalb des Schleifbereichs einer Kohlenstoffscheibe dadurch zu verhindern, daß ein Stahlring auf den äußeren Rand aufgepreßt wird. Wenn die im Reibzustand erfolgte thermische Energie niedrig ist, dann arbeitet diese Einrichtung wirksam. Wenn die Temperatur ansteigt, dann ändert sich die Einheit aus Kohlenstoffscheibe und Stahlring in direktem Verhältnis zum thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Nach wiederholten Reibeingriffen werden hohe Temperaturen erzeugt, und es finden entlang der Peripheri der Kohlenstoffscheibe Defekte in der Struktur statt infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Reibscheibe aus Kohlenstoff zu schaffen, deren Aufbau radialen Kräften widersteht " und sich einer Oxidation bei hohen Betriebstemperaturen widersetzt.

Bei einer Bremsscheibe der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die innere oder äußere periphere Fläche der ringförmigen, aus Kohlenstoff bestehenden Scheibe mit einem mechanisch hochfesten Kohlenstoffring beschichtet ist, der einen ! Schutz bildet und eine Oxidation am Umfang der Scheibe während eines Betriebs mit hohen Temperaturen hemmt.

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Die ringförmige Kohlenstoffscheibe kann durch irgendein gewöhnliches Herstellungsverfahren einschließlich Lamellieren, dreidimensionales Weben oder durch Formen mit Zufalls- oder Vorzugsorientierten Fasern. Der Kohlenstoff-Schutzring ist vorzugsweise aus einem oder mehreren gewebten Kohlenstoffstreifen aus Fasern hoher Dichte hergestellt, die an der Peripher! der Reibscheibe gegenüber der Peripheri befestigt sind, über die das Iloment übertragen wird. Der Schutzring verhindert eine Oxidation bei hohen Betriebstemperaturen. Die Breite des Kohlenstoffschutzrings ist gleich der Dicke des Randes der Kohlenstoffscheibe und von solcher Dicke, daß ein Widerstand gegen an der Kante der ringförmigen Scheibe aufgenommene radiale Kräfte gewährleistet ist. Durch den Kohlenstoff^chutz liegt außerdem eine Reibscheibe vor, die einen wirksamen Bremsbereich besitzt, der gleich ist dem Abstand zwischen den Eingriffskeilen auf der Radnabe und der Anordnung. Bs ist somit möglich, den Durchmesser der Radnabe des Flugzeuges zu verringern, unveiter das Gesamtgewicht dos Flugzeuges zu verkleinern.

Ausführuiißsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 -ei !it einen Schnitt durch einen Teil einer symmetrischen P.ad- und Brems anordnung mit Brems scheiben gei.äß der ürfindung;

Fi... 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 der Anordnung nach Fig. 1, in dew gezeigt ist, wie ein Kohlenstoff-

schutzring an den inneren Rand der _._ 2 0 981 8/0-96 ö

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- 4 -Kohlenstoffscheibe befestigt ist;

Fig, 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Anordnung nach Fig. 1, in dem gezeigt ist, wie ein Kohlenstoffschutzring an dem äußeren Rand der Kohlenstoffscheibe befestigt ist;

Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie 4-4 der Anordnung nach Fig. 2, in dem gezeigt ist, wie die Reibscheibe an den Kohlenstoffschutzgürtel stößt;

Fig. 5 zeigt einen ähnlichen Querschnitt wie Fig. 4, jedoch mit einer lamellierten Kohlenstoffreibscheibe, wobei ein Kohlenstoffschutzgürtel am Umfang befestigt ist.

Die Rad- und Bremsanordnung nach Fig. 1 weist ein Rad 10 auf, das drehbar an einer stationären Achse 12 angebracht ist, die einen stationären Trägerteil 14 besitzt, der daran durch irgendwelche geeignete Mittel, wie eine Schraubverbindung (nicht gezeigt) befestigt ist. Die drehbare AnbringungUes Rades 14 auf der Achse 12 und die Befestigung des stationären Trägerteils an der Achse ist bekannt. Eine ins einzelne gehende Beschreibung davon erscheint nicht notwendig. Der Träger enthält mehrere Fluidmotoren 16, von denen jeder eine Schutzhülse 18 besitzt, die an dem Träger angeschraubt ist. Die Fluidmotoren 16 weisen

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einen Kolben auf, der gleitend in der Hülse angeordnet ist. An dem Kopfende des Kolbens ist mit Hilfe eines Schraubstiftes ein Block aus Isoliermaterial 22 befestigt, der das hydraulische Bremsfluid gegen die beim Bremsen erzeugte Wärme schützt. Das Rad 10, das aus zwei Abschnitten besteht, die mit mehreren Schrauben 25 aneinander befestigt sind, weist einen Nabenteil 26 und einen Felgenteil 28 auf, die durch mehrere Speichen 30 miteinander verbunden sind. Ein Drehmomentrohr 32, das eine Hülse 34 und einen ringförmigen Gegenflansch 36 aufweist, ist mit Hilfe von mehreren über den Umfang aufjkbstand gehaltenen Schrauben 38 am Träger 14 befestigt.

Die dargestellte Bremse ist eine Scheibenbremse und weist mehrere Rotoren 40 auf, die auf dem Flugzeugrad 10 aufgekeilt und durch dieses gedreht werden. Sie weist ferner Statoren 42 auf, die auf die Hülse 34 des Drehmomentrohrs 32 aufgekeilt sind. Die besondere neue Ausgestaltung der Rotoren soll nachfolgend beschrieben werden. Sowohl die Rotoren als auch die Statoren sind axial bewegbar und werden manchmal als "Bremsstapel" bezeichnet. Der Reibeingriff dieser drehbaren Rotoren und der Statoren erzeugt die gewünschte Bremswirkung auf das Flugzeugrad. Eine Druckplatte 44, die in geeigneter Weise an dem Fluidmotor 16 angebracht ist, drückt die Rotoren 40 und die Statoren 42 bei Betätigung der Motoren gegeneinander, indem auf eine Seite des Stapels ein Druck ausgeübt wird und der gesamte Stapel gegen die

I Gegenplatte 36 gedrückt wird. An der Druckplatte 44 und der Ge gen j-

platte 36 ist jeweils eine Bremsscheibe 46 aus Kohlenstoff angebracht. \

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Jeder der Rotoren 40 besteht aus einer ringförmigen Kohlenstoffscheibe, die eine Reihe von Teillochausschnitten 50 besitzt, die entlang dem äußeren Umfang, wie in Fig. 2 gezeigt ist, angeordnet sind, jeder dieser Ausschnitte steht in gleitendem Eingriff mit
axialen Keilen, die am inneren Umfang des Flugzeugrades 10 angeordnet sind. Falls gewünscht, kann die Keillochanordnung des Rotors auch umgekehrt werden.

Schutzmittel 52 aus Kohlenstoff, wie hochdichtes Graphit, ein
Gürtel oder Band aus Kohlenstoffasern sind am Umfang der Kohlenstoff scheibe 48 gegenüber den Keillöchern 5&~ angebracht. Der
Schutzgürtel aus Kohlenstoff wird während der Herstellung der
Scheibe angebracht, damit eine einstückige Einheit, wie sie in
Fig. 4 dargestellt ist, erhalten wird, in der eine Kohlenstoffscheibe 48 dichtend an einen Kohlenstoffschutz 52 stößt. Die Dicke des Kohlenstoffschutzes 52, dessen Breite gleich ist der Dicke
der Kohlenstoffscheibe an ihrem Umfang, ist so ausgebildet, daß
der einwärts gerichteten radialen Lastkomponente R, die aus der

Druckbelastung der Kohlenstoffscheibe 48 durch die Antriebskraft entsteht

D/ die entlang dem abnehmenden Querschnitt des Keiles vom rotierenden Rad 10 übertragen wird, ein Widerstand entgegengesetzt wird. Durch Vorspannen des Kohlenstoffschutzgürtels 52, der entlang
des inneren Randes der Kohlenstoffscheibe 48 angeordnet ist,
wird die bauliche Einheitlichkeit der Scheibe sogar aufrecht
erhalten, wenn die radiale Komponente R der Antriebskraft D größer wird.

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Jeder der Statoren 42 besteht aus einer ringförmigen Kohlenstoff scheibe 54, die eine Reihe von Keillochausschnitten 56 aufweist, die entlang des inneren Umfangs angeordnet sind, wie in Fig. 3 gezeigt; jeder dieser Ausschnitte nimmt gleitend einen axialen Keil auf, der vorzugsweise als einstückiges Teil der das Drehmoment aufnehmenden Hülse 34 ausgebildet ist. Falls gewünscht, kann die Keilschlitzanordnung am Stator auch umgekehrt werden. Bin Kohlenstoffschutzgürtel 58, der von der gleichen Art wie der beim Rotor verwendete ist, ist an dem Umfang der Kohlenstoffscheibe gegenüber den Ausschnitten 56 angebracht. Die Dicke des KohlenstoffSchutzes 58 ist so ausgelegt, daß einer auswärts gerichteten radialen Lastkomponente O ein Widerstand entgegengesetzt wird, die zu einer Ringspannung entlang der läußeren Peripheri der Kohlenstoffscheibe 54 infolge der Antriebskraft D führt, die über die Verjüngung des Keils 56 übertragen wird.

Eine abgewandelte Reibscheibe 60, die entweder für einen Rotor aderfeinen Stator in einer Rad- und Bremsanordnung verwendet werden kann, ist in Fig. 5 dargestellt. Die Reibscheibe 60 besteht aus einer Reihe von waffeiförmigen Kohlenstoffabschnitten 62, die zusammengeschichtet sind, wobei ein Kohlenstoffschutz 64 dichtend am Umfang befestigt ist. Durch diese Ausbildung kann die Dicke, die Festigkeit und Gleichmäßigkeit der Reibscheibe 60 mit höherer Genauigkeit bestimmt werden. Die Kohlenstoffschichten 62, die aufeinander geschichtet sind, vermeiden Lücken oder Poren, die auftreten können, wenn die Scheiben als ganzes geformt werden. Die Festigkeit der Scheibe 60 kann außerdem da-

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durch gesteigert werden, daß ein die Reibung sicherstellendes Agens hinzugefügt wird, wenn die waffelartigen Teile 62 und der Schutzteil 64 zu einer einheitlichen Reibscheibe 60 vemnigt werden.

Die Bezeichnung "Kohlenstoff" soll soweit und im allgemeinen Sinne verstanden werden, daß nicht nur verschiedene im Handel erhältliche Güten gemeint sind, sondern auch verschiedene im Handel erhältliche Formen von teilweise oder vollständig graphitisierten Kohlenstoffen oder auch allgemein erhältliches Graphit. Kohlenstoff wurde häufig als amorph oder im wesentlichen nicht-kristallin bezeichnet, wohingegen Graphit als eine gewöhnliche kristalline Form von Kohlenstoff angesehen wird, wobei Diamant eine weniger gewöhnliche kristalline Abänderung des Kohlenstoffs ist. Man hat jedoch erkannt, daß eine scharfe Unterscheidungslinie, von der Kristallographie her betrachtet, zwischen den im Handel erhältlichen Arten von Kohlenstoff und Graphit nicht besteht. Es bestehen jedoch eine Reihe von Abstufungen von Graphitisierungen in Kohlenstoffkörpern, die abhängt von dem Herstellungsverfahren und insbesondere von der thermischen Behandlung. In bezug auf die Erfindung braucht ein Unterschied zwischen diesen beiden nicht gemacht zu werden, und dort, wo auf Kohlenstoff bezug genommen wird, ist'auch Graphit mit gemeint.

Im Betrieb wird die Druckplatte 44 in Abhängigkeit von einem Betriebssignal gegen die Gegenplatte 36 mit Hilfe des Fluidmotors 16 gedrückt. Da sowohl die Rotoren 30 als auch die Statoren

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in gleicher Weise aus einer Kohlenstoffscheibe und einem Kohlenstoffschutz mit aufeinander angepaßten Ausdehnungskoeffizienten aufgebaut sind, kann der Bereich zwischen den Haltekeilen am Rad 10 und der Hülse 34 als wirksame Bremsfläche verwendet werden.

Da Kohlenstoff seine Festigkeit bei Temperaturen, die durch den

entstehen Reibeingriff von Statoren und Rotoren/beibehalten, kann ein höherer Betriebsbereich gefahren werden. Dadurch, daß die Bereiche der Rotoren 40 und 42, die nicht gerieben werden, mit Kohlenstoffschutzrigen 52 und 58 versehen sind, wird die Oxidation der Kohlenstoffscheiben 58 und 54 bei diesen hohen Temperaturen verhindert. Somit wird eine Bremsanordnung erhalten, die leicht ist, lange hält und eine wirksame Bremsung sicherstellt.

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Claims

- ίο - PafenfanwäHe Dr. Ing. H. Negendar.k Dipl. Ing. H. Houck Dipl. Phys. VV.5dK-.itz eMUnchon i5,Hozc?fsir.23 UL 5380536 The Bendix Corporation Executive Offices Bendix Center 13. Oktober 1971 Southfield^lich. 48075,USA Anwaltsakte xM-1760 Patentansprüche

1.) Bremsscheibe, die im wesentlichen aus einerringförnigen Scheibe besteht und insbesondere für Bremsen verwendet wird, die aus einer Reihe von verschränkten Stator- und Rotorscheiben aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet,daß die innere oder äußere periphere Fläche der ringförmigen, aus Kohlenstoff bestehenden Scheibe (40,42) mit einem mechanisch hochfesten Kohlenstoffring (52,58) beschichtet ist, der einen Schutz bildet und eine Oxidation am Umfang der Scheibe während eines Be- * triebs bei hohen Temperaturen hemmt.

2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffring (52,58) mindestens einen gewebten Streifen aus Kohlenstoff hoher Dichte aufweist.

3. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Kohlenstoffrings etwa gleich der Dicke der

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ringförmigen Scheibe ist und daß der Kohlenstoffring eine Dicke aufweist, die einen Widerstand gegen an der Kante der ringförmigen Scheibe aufgenommene radiale Kräfte gewährleistet.

4. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kohlenstoff rings dem der ringförmigen Scheibe angepaßt ist.

5. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffring (52) dichtend an der ringförmigen Scheibe (40) befestigt ist.

6. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Scheibe (60) aus einer ftihe von
waffelartigen Teilen aus Kohlenstoffasern hergestellt ist, die mit dem Kohlenstoffring laminiert sind.

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