DE10142768A1 - Verfahren zur Herstellung von Keramikbremsscheiben mit einem Einleger im Grünling vor der Pyrolyse - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Keramikbremsscheiben mit einem Einleger im Grünling vor der PyrolyseInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Keramikbremsscheiben aus einem Grünling, bestehend aus SMC mit Verstärkungsfasern und anschließender Pyrolisierung und Schmelzinfiltration. DOLLAR A Zur Schaffung eines einteiligen Grünlings, der nach der Pyrolyse sehr komplizierte innere Hohlräume aufweist, umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte: DOLLAR A - Herstellen des Grünlings (1) aus einem Sandwich aus SMC (2), thermoplastischem Einleger (4), SMC (2) in einem Arbeitsschritt in einem Werkzeug (5a, 5b) unter Druck- und Temperaturbeaufschlagung, DOLLAR A - wobei der Einleger (4) den Grünling (1) in seiner gesamten Fläche ausfüllt und dabei durch Durchbrüche (6) so gestaltet ist, dass die obere und untere SMC-Lage (2) zumindest stellenweise miteinander verbunden werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Keramikbremsscheiben.
Ein solches Verfahren ist aus der PCT/EP00/00253 bekannt. Bei diesem
Verfahren wird aus SMC mit einer Matrix aus Kunstharz und mit
Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff in einem Werkzeug unter Druck- und
Temperaturbeaufschlagung ein Grünling geformt. Anschließend wird dieser
Grünling pyrolysiert zur Herstellung eines porösen Formkörpers. Als weiterer
Verfahrensschritt erfolgt eine Schmelzinfiltration des porösen Formkörpers mit
einer Schmelze, vorzugsweise mit einer Siliziumschmelze, zur Herstellung eines
Formkörpers mit reaktionsgebundenen Fasern.
Der Grünling besteht bei diesem Verfahren aus zwei Einzelteilen, die durch die
Schmelzinfiltration zu einem Teil verbunden werden.
Aus der DE 44 38 455 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung von
Keramikbremsscheiben bekannt, bei dem der Grünling einteilig hergestellt wird
und zur Schaffung von definierten Hohlräumen in den Grünling vor der Pyrolyse
einzelne Kerne eingelegt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von
Keramikbremsscheiben anzugeben, bei dem mit einfachen Mitteln kostengünstig
ein einteiliger Grünling herstellbar ist, der nach der Pyrolyse sehr komplizierte
innere Hohlräume aufweist und dadurch die nach der Schmelzinfiltration
geschaffenen Keramikbremsscheiben eine Leichtbaukonstruktion aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, dass SMC mit einer Matrix aus
Phenolharz verwendet wird und Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff enthält. Die
Länge dieser Kohlenstofffasern liegt zwischen 6 mm und endlos. Aus diesem
speziellen SMC wird in einem Werkzeug (Presse) durch Druck- und
Temperaturbeaufschlagung ein Grünling hergestellt.
Zur Schaffung sehr komplizierter Hohlräume im Grünling wird ein Sandwich aus
SMC, thermoplastischem Einleger, und SMC in das Werkzeug gelegt und in
einem Arbeitsschritt bearbeitet. Sandwich bedeutet in diesem Zusammenhang
eine Schichtung mit einer unteren Lage SMC und einer oberen Lage SMC und
einem dazwischen angeordneten Einleger.
Dieser thermoplastische Einleger füllt erfindungsgemäß den Grünling in seiner
gesamten Fläche aus und ist dabei durch Durchbrüche so gestaltet, dass die
obere und untere SMC-Lage zumindest stellenweise miteinander verbunden
werden.
Bei der anschließenden Pyrolyse des Grünling fällt der Einleger in sich
zusammen, so dass ein einteiliges Teil mit sehr komplizierten Hohlräumen
geschaffen ist.
Anschließend erfolgt eine Schmelzinfiltration dieses porösen Formkörpers mit
einer Schmelze, vorzugsweise mit einer Siliziumschmelze, zur Herstellung eines
Formkörpers mit reaktionsgebundenen Fasern. Dieser Formkörper stellt die
eigentliche Keramikbremsscheibe dar.
In vorteilhafter Ausführungsform wird bei der Herstellung des Grünlings der
Einleger vollständig vom SMC umflossen und eingeschlossen. Hierbei ist es dann
erforderlich, dass vor der Pyrolyse der Einleger an den Seitenflächen durch
mechanische Bearbeitung freigelegt wird. Durch diese Freilegung kann bei der
Pyrolyse das freigesetzte Gas entweichen.
Wenn gewünscht können vor der Pyrolyse zusätzliche Durchbrüche zum Einleger
im Grünling eingebracht werden. Diese Durchbrüche können rund oder jede
andere Form aufweisen.
Zur Verbesserung einer Kühlwirkung kann die Oberfläche des Einlegers durch
abstehende Kühlrippen am Einleger vergrößert werden. Im Grünling ist nach der
Pyrolyse dadurch eine vergrößerte innere Oberfläche des bzw. der Hohlräume
geschaffen worden.
Vorteilhafterweise ist der Einleger aus einem hochtemperaturbeständigen
Thermoplast wie z. B. Polypropylen, Polycarbonat oder aus einem Polyamid
hergestellt.
Weiter Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend
beschrieben sind. Es zeigt:
Fig. 1 ein geöffnetes Werkzeug (Presse) zur Herstellung eines Grünlings mit
eingelegtem SMC und Einleger vor dem Pressvorgang,
Fig. 2 das gleiche Werkzeug nach Fig. 1 nach dem Pressvorgang,
Fig. 3a, b einen Einleger in zwei Schnitten,
Fig. 4a, b einen Grünling vor der Pyrolyse und vor der mechanischen
Bearbeitung,
Fig. 5a, b einen Grünling vor der Pyrolyse und nach der mechanischen
Bearbeitung,
Fig. 6a, b einen Grünling nach der Pyrolyse und
Fig. 7a, b verschiedenartige Ausgestaltungen des Einlegers als Schnitte B-B in
Fig. 3.
Fig. 7a, b verschiedenartige Ausgestaltungen des Einlegers als Schnitte B-B in
Fig. 3.
Die nachfolgenden Figuren beschreiben das erfindungsgemäße Verfahren in
einzelnen Schritten.
Fig. 1 zeigt ein geöffnetes Werkzeug 5a, 5b zur Herstellung eines Grünlings mit
einem Oberteil 5a und einem Unterteil 5b, welches als Presse funktioniert. In das
Unterteil 5b wird um einen Stempel 7 ein Sandwich aus SMC 2 und Einleger 4
gelegt, wobei zwischen zwei Lagen SMC 2 ein Einleger 4 eingelegt ist. Dieser
Einleger 4 wird weiter unten beschrieben.
Der Pressvorgang geschieht unter Druck- und Temperaturbeaufschlagung durch
Pressen des Oberteils 5a auf das Unterteil 5b.
Fig. 2 zeigt das Werkzeug 5a, 5b nach dem Pressvorgang. Das SMC 2 hat sich
unter der Druck- und Temperaturbeaufschlagung verflüssigt und umschließt den
Einleger 4 vollständig. Nach dem Aushärtevorgang ist der Grünling fertiggestellt
und muss nur noch aus dem Werkzeug 5a, 5b genommen werden.
Die Fig. 3a, 3b zeigen in zwei Schnitten den Einleger 4. Der Einleger 4 ist
vorteilhaft aus einem Polyamid hergestellt, d. h. besteht aus einem Thermoplast.
Er ist so gestaltet, dass er den Grünling in seiner gesamten Fläche ausfüllt und
dabei Durchbrüche 6 aufweist, wodurch die untere und obere SMC-Lage (siehe
Fig. 1, 2) zumindest stellenweise verbunden sind.
In der hier gezeigten Ausführungsform enthält der Einleger 4 auf zwei zueinander
angeordneten konzentrischen Kreisen um den Mittelpunkt des Einlegers
gleichmäßig verteilte Bohrungen als Durchbrüche 6. Der innere Kreis enthält
hierbei 12 Durchbrüche 6 und der äußere Kreis 24 Durchbrüche 6. Fig. 3b zeigt
einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3a.
Fig. 4a, b zeigt einen fertigen Grünling 1 vor der Pyrolyse, d. h. nach dem
Pressvorgang, wie er in den Fig. 1, 2 gezeigt ist. Fig. 4b zeigt wieder einen
Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 4a. Es ist gut zu erkennen, dass der
Einleger 4 vollständig vom SMC 2 umschlossen ist.
In diesem Stadium können Durchbrüche (nicht gezeigt) zum Einleger durch das
SMC 2 eingebracht werden.
Vorteilhafterweise wird der Grünling 1 vor der Pyrolyse jedoch an den
Seitenflächen 9a, 9b mechanisch bearbeitet und zwar so, dass der Einleger an
den Seitenflächen 9a, 9b freigelegt ist. Dies hat den Vorteil, dass bei der Pyrolyse
kein unerwünschter hoher Druck im Inneren des Grünlings 1 auftreten kann.
Die Fig. 5a, 5b zeigen den Grünling 1 nach dieser mechanischen
Bearbeitung. Gestrichelt ist der Zustand der Seitenflächen 9a, 9b vor der
mechanischen Bearbeitung angedeutet. Wesentlich ist hierbei, dass der Einleger
4 nach der Bearbeitung freiliegt. Fig. 5b zeigt wieder einen Schnitt entlang der
Linie A-A in Fig. 5a.
Fig. 6 zeigt den Grünling nach der Pyrolyse, d. h. es ist jetzt ein poröser
Formkörper 3 hergestellt. Fig. 6b zeigt wieder einen Schnitt nach der Linie A-A
in Fig. 6a. Der Einleger ist vollständig pyrolysiert und ist damit verschwunden.
Dort wo sich im Grünling der Einleger befand ist nun ein Hohlraum bzw. sind
Lüftungskanäle 8 entstanden. Die Durchbrüche im Einleger sind nun die
Verbindungsstellen zwischen der oberen und unteren Lage SMC.
Als letzten Arbeitsschritt wird der poröse Formkörper 3 einer Schmelzinfiltration
unterworfen mit einer Schmelze, vorzugsweise mit einer Siliziumschmelze zur
Herstellung eines Formkörpers mit reaktionsgebundenen Fasern. Dieser
Formkörper stellt dann die eigentliche Bremsscheibe dar. Das äußere
Erscheinungsbild ist identisch mit den Fig. 6a, 6b.
Zur Vergrößerung der Oberfläche der Lüftungskanäle 8 und damit zur
Verbesserung der Kühlwirkung weist der Einleger vorteilhafterweise im Bereich
der Durchbrüche eine Form auf, die später eine vergrößerte Oberfläche in der
fertigen Bremsscheibe bedingt.
Die Fig. 7a, 7c zeigen beide in einem Schnitt nach der Linie B1-B1 in Fig.
3a derartige Ausgestaltungen der Durchbrüche im Einleger 4. Fig. 7a zeigt die
Form eines Hundeknochens und Fig. 7c eine Form mit senkrecht abstehenden
Kühlrippen 10.
Die Fig. 7b, 7d zeigen in einem Schnitt nach der Linie B2-B2 in Fig. 6a das
Ergebnis dieser speziellen Ausgestaltungen des Einlegers 4, d. h. den Zustand
nach der Pyrolyse, wodurch die Lüftungskanäle 8 entstanden sind. Dort wo sich
vorher der Einleger 4 befand, ist jetzt der Lüftungskanal 8 im porösen Formkörper
3 angeordnet.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Keramikbremsscheiben aus einem Grünling
(1) bestehend aus SMC (2) mit einer Matrix aus Phenolharz und mit
Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff, wobei die Länge der Kohlenstofffasern
zwischen 6 mm und endlos liegt, und Pyrolysieren des Grünlings (1) zur
Herstellung eines porösen Formkörpers (3) und anschließender
Schmelzinfiltration des porösen Formkörpers (3) mit einer Schmelze,
vorzugsweise mit einer Siliziumschmelze, zur Herstellung eines
Formkörpers mit reaktionsgebundenen Fasern, umfassend folgende
Verfahrensschritte:
- - Herstellen des Grünlings (1) aus einem Sandwich aus SMC (2), thermoplastischem Einleger (4), SMC (2) in einem Arbeitsschritt in einem Werkzeug (5a, 5b) unter Druck- und Temperaturbeaufschlagung,
- - wobei der Einleger (4) den Grünling (1) in seiner gesamten Fläche ausfüllt und dabei durch Durchbrüche (6) so gestaltet ist, dass die obere und untere SMC-Lage (2) zumindest stellenweise miteinander verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der
Herstellung des Grünlings (1) der Einleger (4) vollständig vom SMC (2)
umflossen und eingeschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Pyrolyse
des Grünlings (1) der Einleger (4) an den Seitenflächen durch mechanische
Bearbeitung freigelegt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass vor der Pyrolyse im Grünling (1) zusätzliche Durchbrüche zum Einleger
eingebracht werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass am Einleger (4) abstehende Kühlrippen angeordnet sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der Einleger (4) aus einem hochtemperaturbeständigen Thermoplast
wie z. B. Polypropylen, Polycarbonat oder aus einem Polyamid hergestellt
wird.
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