DE2220895A1

DE2220895A1 - Hochhitzebestaendige scheibe fuer bremsen oder kupplungen und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2220895A1
Application number: DE19722220895
Authority: DE
Inventors: Herman Freeder; Homer Edison Wilt
Original assignee: BF Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1971-05-12
Filing date: 1972-04-25
Publication date: 1973-10-25
Also published as: FR2136511A5; NL7206458A; BR7202916D0; CA943475A; GB1365444A; IT954709B; BE782197A; US3730320A

Description

Dr.-Ing. PoKo Holzhäuser
Dipl.- Met. W. Soldbach

Pat entanwalte
605 Offenbach a.M.
Herrnstro 37

The BoPο Goodrich Company
Akron, Ohio, Y₀St₀Ao

Hochhitzebeständige Scheibe für
Bremsen oder Kupplungen und Verfahren zu ihrer Herstellung»

Die Erfindung betrifft Scheibenbremsen oder -Kupplungen und insbesondere die runden Reibscheiben, die mit anderen Reibscheiben beim Betätigen der Bremse oder Kupplung in Singriff kommen₀ Diese Reibscheiben werden als
die "wärmeabführenden '!'eile" bei Hochleistungsbremsen
wie denen bezeichnet, welche beispielsweise an Plugzeugen verwendet werden, wo sie große Wärmemengen abführen und äußerst hohen Temperaturen beim Bremsen widerstehen müssen« Die Reibscheiben können Oberflächen haben, die
mit Reibungsflächen an anderen Scheiben beim Bremsen in Eingriff kommen.

Es wurde gefunden, daß Bremsscheiben aus durch Hitze zersetztem Tuch aund Harz, die zu einer.flachen Platte oder

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einem flachen Ring gesichtet sind,, sehr hohen Temperaturen widerstehen und gute Festigkeit zeigen« Es gibt andere Werkstoffe, wie Beryllium, welche mehr Hitze als die Hochtmemperatur- Kohle- oder Graphitscheiben absorbieren, doch widerstehen diese Werkstoffe nicht den hohen Temperaturen, die von den pyrolysierten Kohle-Graphit-Konstruktionen vertragen werden. Die geschichteten Kohle- und Graphit-Scheiben haben auch eine geringe -^ichte und können deshalb den Anforderungen an Gewicht und Raum für Flugzeugbremsen entsprechen.

Bei den flachen, plattenförmigen, geschichteten Scheiben aus Kohle oder Graphit konzentrierte sich der Verschleiß infolge des Eeibungseingriffs mit anderen Scheiben oben an der äußersten Scheibe und hatte einen ungleichmäßigen Verschleiß dieser Flächen zur Folge. Wenn die- obere Schicht abgenutzt war, wurde das Bindemittel freigelegt, und das verschlimmerte die Unebenheit der Reibungsfläche noch mehr. Bs wurde außerdem gefunden, daß bei der Herstellung der Scheiben die flüchtigen Gase, die sich bei der Formung und Zersetzung durch Hitze bildeten, nicht immer beseitigt wurden, was Gasblasen in der Scheibe zur Folge hatte, die eine Schwäche in der Struktur und auch weiteren ungleichmäßigen Verschleiß und Betrieb der Scheiben bedingten, wenn diese bis zu dem Bereich abgenutzt waren, in dem sich die Gasblasen gebildet hatten. Auch die Kosten waren ein Faktor, welcher der Benutzung dieser Scheiben entgegenwirkte, das das durch Hitze zersetzte Tuch, aus dem die lagen geschnitten werden, teuer ist

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und es einen erheblichen Abfall in der Mitte und an den Kanten der Ringe gab, die aus dem Tuch geschnitten-wurden, um die bisher benutzten flachen, geschichteten Graphit- und Kohlescheiben zu fertigen,,

Gemäß der Erfindung wird die Bremsscheibe so aufgebaut, daß sich der Verschleiß gleichmäßig über die Scheibenfläche verteilt, wobei die finden eines jeden Streifen aus pyrolysiertem Material in Reibungseingriff mit einem anderen Bremsteil sind. Außerdem nutzen sich bei einem Verschleiß der Scheiben die Enden der Streifen ab, indem sie neue Enden freilegen, die weiterhin eine gleichmäßige Verteilung von Belastung und Reibungseingriff über die Scheibe erhalten. Das Bindemittel, das auch durch Hitze zersetzt wird, wird zusammen mit den -^nden der Streifen freigelegt, welche die Bremse bilden, und schafft ein Materialgemisch, das.zu benutzen ist, um die gewünschten Reibungseigenschaften für eine Anwendung zu erhalten« Die Schwierigkeit mit den Gaseinschlussen wird ebenfalls verringert, weil die Gasauslässe aus dem Schichtaufbau vergrößert und verkürzt werden«

Bei der erfindungsgemäßen -tier st ellung der Streifen aus durch Hitze zersetztem Material können diese zu kurzen Segmenten anstatt zu einer Ringform geschnitten werden, und bei dieser Form kann viel mehr von dem durch. Hitze zersetzten Tuch bei sehr geringem Abfall verwendet werden, so daß die Kosten der Scheiben verringert werden»

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Die Zeichnung gibt ein "bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder und zeigt, wie die Erfindung praktisch auszuführen ist* In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine runde Scheibe, bei der einige geschichtete Streifen fortgebrochen sind, um den Aufbau zu zeigen, und am innendurchmesser Nuten für einen Eingriff mit einem Drehrotor mit Keilen haben, dessen Seiten strichpunktiert wiedergegeben sind,

2 ein Schnitt durch die Scheibe in der -^bene der Linie 2-2 in Fig. 1,

3 eine Aufsicht auf eine Lage aus durch Hitze zersetztem Tuch, die zeigt, wie die Streifen aus der Lage geschnitten werden,

4 ein vergrößerter Schnitt durch einen Teil der Scheibe bei der Herstellung, der zeigt, wie die Streifen in teilweiser Überlappung aufgebaut werden, und

Fig. 5 ein vergrößerter Teilschnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 1.

In Fig. 1 und 2 ist eine Hochtemperatur-Scheibe 10 vervollständigt gezeigt, die Nuten 11 für einen Eingriff mit Keilen 12 eines Drehrohrs 13 hat, welches Teil einer nicht gezeigten Bremsanlage sein kann. Die zusammengesetzte Scheibe ist hier als Stator gezeigt, doch versteht sich, daß sie auch als Rotor verwendet werden kann, wobei die Nuten am Außendurchmesser für einen Eingriff mit einem sich drehenden Teil dienen können» Die zusam-

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mengesetzte Scheibe 10 ist ein runder Körper mit flachen parallelen Seiten 14 und 15 einander gegenüber für einen Reibungseingriff mit anderen, nicht gezeigten Scheiben oder Bremsenteilen. Fertiggestellt ist die Scheibe ein einheitlicher, ringförmiger Körper aus pyrolisiertem Kohle-, oder Graphitmaterial, der aus einer Anzahl segmentförmiger Streifen 16 aufgebaut ist, die dursh ein Verkohlungsbindemittel 1) zusammengehalten werden, das deutlicher in -^ig« 5 gezeigt ist.

Um den Aufbau besser verstehen zu können, wird die bevorzugte Herstellungsweise der zusammengesetzten Scheibe 10 erläutert. Wie in ^£ ig. 3 gezeigt ist, ist ein Stück 18 aus pyrolisiertem Tuch wiedergegeben, das für die gewünschten Endeigenschaften gewählt wird, und die sind gewöhnlich eine Funktion des Kohlenstoffgehalts des Tuches ο Obwohl verschiedene unterschiedliche Materialien verwendet werden können, wurde doch gefunden, daß Reyon für diese Verwendung geeignet ist. Das Stück 18 kann entweder aus G-raphittuch oder aus Kohlenstoff tuch, je nach dem Grad der Zersetzung durch Hitze, bestehen. Das Verfahren zum Herstellen dieses Materials ist den Fachleuten bekannt und dird deshalb hier nicht beschrieben» Das G-ewebe des Stücks 18 ist mit einem bei hoher Temperatur wärmehärtbaren Harz 19 oder sonstigem Bindemittel, wie Phenolharz, imprägniert, wie deutlicher in Figo 4 gezeigt ist. Dieses Harzmaterial 19 wird wegen seiner Fä- -higkeit gewählt, sich in Kohlenstoff oder Graphit bei ' Zersetzung durch Hitze in einem späteren Stadium der Herstellung der zusammengesetzten Scheibe 1o zu verwandeln»

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Die Streifen 16 haben die Form von Segmentgliedern mit gekrümmten Seiten 22 und 23 am Außendurchmesser. Der Streifen 16 kann einen Umfangsbogen vorzugsweise von 45 bis 180° haben, und in diesem besonderen Fall ist der Winkel a, der in ^xig. 1 und 3 gezeigt ist, 90 , was einen Streifen mit einer Umfangslänge bedeutet, die einen Bogen von 90° einschließt. Bs versteht sich, daß auch andere Längen von 0 bis 45° und über 180° für bestimmte Anwendungen benutzt werden können. Bei der gezeigten Ausführung können die Streifen 16a, 16b, 16c und 16d aus dem Stück 18 bei einer Mindestmenge von Abfall ausgeschnitten werden, indem die Streifen mit den gekrümmten Seiten 22 am Außendurchmesser mit den gekrümmten Seiten 23 am Innendurchmesser ineinander gelegt werden»

Nachdem die Streifen 16 aus dem Stück 18 geschnitten sind, werden sie, sich teilweise überlappend,aufeinander gelegt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Jeder Streifen 16 hat Enden 24 und 25» welche in die Flächen 14 und 15 der zusammengesetzten Scheibe ragen, und, wie i'ig« 1 zeigt, wird durch Fortführen der überlappenden Auflage der Streifen eine Ringform erhalten»

Wie in ^ig« 3 gezeigt ist, kann das Stüci: 18 aus durch Hitze zersetztem Tuch Fäden 26 haben, welche die Kette des G-ewebew darstellen und in einer tangentialen dichtung zur gekrümmten Seite 22 der Streifen 16 an einer Mittelstelle M verlaufen. Das bewirkt eine größere Festigkeit in Umfangsrichtung der Scheibe 10, die in die-

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ser Ausführung gezeigt ist,, Es versteht sich, daß bei anderen Festigkeitsbedingungen die Fäden 26 unter anderen Winkeln liegen und die Streifen 16 mit sich, unter einem

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Winkel kreuzenden Fäden zusammengesetzt werden können, um ausgeglichene Festigkeitseigenschaften für besondere Anwendungen zu erhalten, bei denen die Beanspruchungen^ der Scheibe in anderen Richtungen stärker sind«

Hachdem die Streifen 16 in der in Fig. .1 und 4 gezeigten Ringform zusammengesetzt worden sind,wird die Scheibe hohen Drücken und hohen Temperaturen in einem Autoklaven oder einer hydraulischen Presse unterworfen,'in dem oder der das in der Wärme erhärtende Harz 19 erhitzt wirdo Die zusammengesetzte Scheibe 10 wird dann entfernt, und jede Glätte auf den Flächen wird durch einen Dampf- oder Sandstrahl beseitigt, um die mikroskopischen Löcher in der Oberfläche zu öffnen, die einen Austritt'des Gases aus der Scheibe gestatten, welche dann in eine andere Heizvorrichtung oder anderen Ofen bei einer Temperatur gebracht werden kann, die etwas über der für das Erheitzen liegt, um das Harz 19 weiter zu erhitzen und die restlichen G-asmengen aus der Scheibe auszutreiben. Bei der überlappenden Zusammensetzung gemäß der Erfindung gibt es kürzere Auslässe zu den Flächen 14 und 15 als auch zu dem Innen- und Außendurchmesser, durch welche due Gase entweichen können« Nach dieser Nachbehandlung wird die Scheibe 10 pyrolisiert, und dabei wird das Harz 19 in ein verkohltes Bindemittel 17 aus Graphit bei einer höheren Temperatur, wie etwa 2800° G oder Kohlenstoff bei ei-

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ner niedrigeren Temperatur, wie etwa 1400° 0, umgewandelt. Dieser Verfahrensschritt erfolgt in einer kontrollierten Atmosphäre und auf eine dem Fachmann bekannte» Weise.

Die zusammengesetzte Scheibe 10 kann dann einem Füllprozeß unterworfen werden, bei dem Gas oder Harz in die Scheibe durch die mikroskopischen Öffnungen und Gaswege gepreßt wird, um in der Scheibe Ablagerungen aufzubauen, die in Kohlenstoff oder Graphit umgewandelt werden können. Die zusammengesetzte Scheibe 10 wird dann langsam unter Kontrolle abgekühlt, um irgendeinen Temperaturstoß auf das Scheibenmaterial zu verhindern. Danach kann die Scheibe 10 bearbeitet werden und ihr die endgültige glatte Form, wie sie Fig. 1 zeigt, mit Nuten 11 an den gewünschten ^teilen gegeben werden.

Wie Fig. 1 und 5 zeigen, bildet das Harzmaterial 19, das durch Hitze zersetzt worden ist, das verkohlte Bindemittel 17 zwischen den Streifen 16, das aus Kohlenstoff oder Graphit bestehen kann, wie vorstehend erläutert wurde. Die Flächen 14 und 15 werden von den freigelegten Enden 24 und 25 der Streifen 16 und von den freigelegten Flächen 27 und 28 des verkohlten Bindemittels 17 gebildet. Das schafft eine verbesserte und gleichbleibende Reibungsfläche während der ganzen Abnutzungsdauer mit ausgeglichenen physikalischen Eigenschaften. Diese Art Fläche an den Seiten 14 und 15 kann für die Betriebsbeanspruchungen der Bremse oder Kupplung hergestellt werden. Beispielsweise können die freiliegenden "^nden 24 und 25 der Streifen 16 entweder aus Kohlenstoff oder Graphit bestehen, je nach-

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dem das Stück pyrolysierten Tuchs 18, aus dem sie geschnitten sind, G-raphit- oder Kohlenstoff-Tuch ist. Ausserdem können die Flächen verkohlten Bindemittels 27 und 28 entweder aus G-raphit oder Kohlenstoff sein, je nachdem, "bei welcher Temperatur die Scheibe 10 pyrolysiert worden ist.

Beim Betrieb der Scheibe stehen die Flächen 14 und 15 im/Emgriff mit anderen Bremsenteilen, und die Flächen 24 und 25 der Streifen 16 sowie die Flächen 27 und 28 . des verkohlten Bindemittels 17 nutzen sich ab; jedoch werden dabei die ^lachen der benachbarten Teile der Streifen 16 und des verkohlten Bindemittels 17 freigelegt und bieten zu jeder Zeit eine gleichmäßige Reibungsfläche für eine Bremsanordnung, die für einen Betrieb bei Temperaturen zwischen 1093° C und 1928° ö geeignet ist. Das erfolgt mit einer Konstruktion, die im Aufbau richtig und in der Herstellung verhältnismäßig wirtschaftlich ist·

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Claims

Ansprüche :

1.Verfahren zum Herstellen einer hochtemperaturbeständigen Scheibe mit parallelen Flächen für Bremsen oder Kupplungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl mit Harz imprägnierter Streifen (16a, 16b, 16c, I6d) aus hochtemperaturbeständigem Material in teilweiser Überlappung in Ringform zusammengelegt wird, wobei ein Ende jedes Streifens einen Teil einer der beiden parallelen Flächen (24, 25) und das andere Ende jedes Streifens einen Teil der anderen Fläche bildet, und daß die Streifen bei hoher Temperatur und hohem Druck zu einem einheitlichen Ringkörper (10) geformt werden, so daß bei einer Abnutzung der Flächen die ^nden der Streifen verschleißen und benachbarte Teile der überlappten Streifen fortschreitend freigelegt für einen Reibungseingriff mit der Scheibe eines anderen Bremsenteils werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (16a, 16b, 16c, 16d) aus durch Hitze zersetztem Stoff bestehen* und das Harz (19) nach Bildung der Streifen zu einem einheitlichen Ringkörper durch Hitze zersetzt wird, so daß es ein Bindemittel großer Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen beim Arbeitender Scheibe (10) bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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die parallelen Flächen (24» 25) der Scheibe (10) nach dem Formen behandelt werden, um eine Glätte zu beseitigen und in den ^lachen mikroskopische Öffnungen zu bilden,, durch die bei der Pyrolyse des Harzes (19) Grase aus der Scheibe austreten können.

4« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Streifen zu einer Segmentform (16a, 16b, 16c, 16d) aus einem Stück harz imprägniert en Materials von hoher Temperaturbeständigkeit geschnitten wird, wobei jeder Streifen sich dicht an einen benachbarten Streifen legt, so daß der Schnittabfall auf das Mindestmaß beschränkt ist.

5. "Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß das hochhitzebeständige Material ein durch Hitze zersetztes Tuch mit Kettfaden (26) in einer ttichtung ist und jeder Streifen ($6) mit bogenförmigen Rändern um denselben Mittelpunkt geschnitten wird, wobei,die Kettfäden Tangenten zu den Bögen an Stellen in der Mitte der Ränder zwischen dem einen und dem andern Ende der Streifen bilden.

6· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Streifen (16a, 16b, 16c,-16d) auf eine Länge geschnitten wird, die im wesentlichen einem Bogen von 90° entspricht, um Streifen genügender Länge für die Festigkeit und den Reibungseingriff der Scheibe (10) zu schaffen, welche mit einer Mindestmenge an Abfall geschnitten werden können«

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7. Hochhitzebeständige Scheibe für eine Bremse oder Kupplung, gekennzeichnet durch einen runden Körper mit parallelen Flächen (14» 15) und einer Anzahl sich teilweise überlappender Streifen (16) aus hochhitζebeständigem Material, die miteinander verbunden sind, wobei jeder Streifen sich über den Umfang der Scheibe (10) von der einen (24) zur anderen ^£ lache (25) erstrickt und einen Teil der -^läche bildet und das andere Ende des Streifens einen Teil der anderen Fläche bildet, so daß bei einem Verschleiß der parallelen Flächen die Streifen sich abnutzen und benachbarte Teile der sich überlappenden Streifen nacheinander für einen Reibungseingriff mit einem anderen Bremsenteil freigelegt werden.

8· Scheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (16) flache Flächen (14, 15) für einen dichten Eingriff der sich überlappenden Streifen bilden, so daß ein einheitlicher geschichteter Aufbau entsteht.

9. Scheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (16) Segmentform haben und sich mit den bogenförmigen Rändern (22, 23) überlappen, die den Innen- und den Außendurchmesser des Ringkörpers bilden·

10· Scheibe nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (16) längs des Ringkörpers über einen Bogen von 45° bis 180° verlaufen, um die gewünschte Länge der von den Enden gebildeten Teile und den Winkel zu bilden, bei dem sich die Streifen überlappen, wodurch die Reibungseigenschaften und die Festigkeit der Scheibe (10) kontrolliert werden können.

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11. Scheibe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet-_r daß Fa den (26) in jedem Streifen (16) in einer Richtung im wesentlichen tangential zu dem Bogen an. dem Umfangsmittel— punkt (M) verlaufen und eine verstärkte Festigkeit des Körpers in der Umfangsrichtung bewirken«

12* Scheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (16) aus durch Hitze zersetztem aJuch bestehen, das durch ein pyrolysiertes Bindemittel (19) mit eimern hohen Kohlenstoff gehalt verbünden ist·

15. Scheibe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das (Euch Reyon aiii einem höhen Kohlenstoffgehalt ist*

14· Scheibe nach Anspruch 13, dadurch gekennzei&hiiet, daß das pyrolysierte Material (17) ein Jhenölharz ist.

15. Scheibe nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (16) aus Eöhlenstofftueh bestehen und durch ein pyrolysiertes Harz verbunden sind , wodurch' die Gresamtstruktur des Riiigkörpeais pyrolysiert ist, um ungewöhnlich hohen Temperaturen beim Betrieb der Scheibe (10) widerstehen zu können.

16. Scheibe nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das pyrolysierte Harz (17) zwischen den sich tiberlappeiiden. Streifen (16a, 16b , 16c, 16d) sitzt und eine dei Flachen (24) an dem einen Ende jedes Streifens sowie einen Teil der anderen flache (25) an dem andern Ende jedes Streifens bildet, wodureh der beste Anteil an Köb> lenstofftuch und pyrolysiertem Harz für die gewünschten Reibungseigenschaften der Flächen geschaffen werden können*

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