DE1475394B2

DE1475394B2 - Verfahren zum herstellen eines mit gesinterten bremsbelaegen versehenen bremstraegers

Info

Publication number: DE1475394B2
Application number: DE1965L0052485
Authority: DE
Inventors: Lester Frank St Joseph Mich Dasse (VStA)
Original assignee: Lambert Brake Corp, St Joseph, Mich (VStA)
Priority date: 1965-04-21
Filing date: 1965-12-28
Publication date: 1978-01-26
Also published as: DE1475394A1; GB1132346A; DE1475394C3; US3306401A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit gesinterten Bremsbelägen durch Anlöten versehenen Bremsträgers aus Beryllium durch Vorsintern von Beryllium-Pulver bei hohen Temperaturen und Drücken und anschließender spanabhebender Bearbeitung unter Verwendung von aus zwei vorgesinterten Schichten bei hohem Druck und hoher Temperatur gesinterten Bremsbelägen. Es wird allgemein angestrebt; das Gesamtgewicht von Bremsen und anderen Teilen, insbesondere für Flugzeuge, zu verringern, wobei gleichzeitig die Bremsen, insbesondere für Flugzeuge, so ausgebildet werden müssen, daß sie die während eines Bremsvorganges erzeugte Wärme aufnehmen und eine wirksame und andauernde Bremswirkung erbringen. Es sind bereits Versuche angestellt worden, Bremsen herzustellen, deren Reibscheiben aus einem leichten Werkstoff, wie Beryllium, hergestellt sind, das eine hohe spezifische Wärmezahl aufweist. Jedoch haben diese bekannten Versuche zu keinen serienmäßig herstellbaren Bremsen geführt. In der Druckschrift Machine Des/gn, 12. Mai 1960, insbesondere Seite 252 ist die Verwendung von Beryllium für Bremsen als neues Anwendungsgebiet angedeutet. Dieser Werkstoff kann nun nicht einfach an der Stelle von Stahl verwendet werden, um das Gewicht des herzustellenden Gegenstandes herabzusetzen. Bei Bremsen, deren Reibscheiben bzw. Bremsträger aus Stahl bestehen, besteht die Möglichkeit (US-PS 31 79 209), die Bremsbeläge mit dem aus Stahl bestehenden Bremsträger durch Löten zu verbinden, um eine besonders gute Wärmeverteilung zu erreichen. Dies ist jedoch bei Beryllium nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, nach dem es möglich ist, einen mit gesinterten Bremsbelägen durch Anlöten versehenen Bremsträger aus Beryllium herzustellen, wobei die Verbindung zwischen Träger und Belägen unter einem Druck und in einer Zeit, die wesentlich geringer als die Sinterdrücke und -zeiten sind, zuverlässig herstellbar ist und eine Bremse ergibt, die trotz ihres geringen Gewichtes eine relativ hohe Wärmeaufnahmefähigkeit besitzt und eine dauerhafte Bremswirkung erbringt.

Diese Aufgabe wird verfahrenstechnisch dadurch gelöst, daß die Oberflächen des Bremsträgers auf galvanischem Wege mit einer dünnen Silberschicht versehen werden und daß die Bremsbeläge an ihrer dem Bremsträger zugewandten inneren aus im wesentlichen nur-metallischen Partikeln vorgesinterten Schicht unter Zwischenschalten einer dünnen Schicht aus Lötwerkstoff verschmolzen werden.

Auf diese Weise wird die spanabhebend bearbeitete Oberfläche des Beryllium-Bremsträgers vor einem Oxidieren bewahrt. Da auf den so geschaffenen Bremsträger ein Aufsintern, wie es in der US-PS 24 51 264 bei Trommelbremsen beschrieben ist, deren Träger aus Stahl bestehen, nicht möglich ist, mußte die Aufbringung durch einen neuen Verfahrensschritt erfolgen. Bei einem mehrschichtigen Bremsbelag mußte bisher die dem Bremsträger zugewandte Schicht speziell im Hinblick auf eine gute Verbindung mit dem Bremsträger zusammengesetzt sein. Bei der Verwendung von Stahlbremsträgern konnte für diese spezielle Schicht (US-PS 23 59 361) eine Matrix aus Eisenpulver und Kupferpulver benutzt werden, auf die unter Zwischenschaltung von Silberpulver dann der mehrschichtige Bremsbelag aufgesintert wurde.

Um eine gute Verbindung zwischen den Bremsbelägen und dem Bremsträger und darüber hinaus eine gute Bremswirkung zu erzielen, ist, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, die dem Bremsträger abgewandte, äußere Schicht der Bremsbeläge aus metallischen und nichtmetallischen Partikeln als Belagwerkstoff vorgesintert.

Ferner kann zum Erreichen einer festen Bindung zwischen den Bremsbelägen und dem Bremsträger, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, als Lötwerkstoff-Schicht eine Folie aus Hochtemperatur-Silberlötmasse dienen, wobei die Anwendung von Silberlötfolien zur Verschmelzung zweier Sinterkörper aus der US-PS 23 59 361 an sich bekannt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt, der einen Teil einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bremse zeigt;

F i g. 2 einen Teilschnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1;

F i g. 3 einen vergrößerten Teilschnitt, aus dem der Aufbau der Bremse ersichtlich ist;

Fig.4 eine Perspektivansicht eines Bremselementes und

F i g. 5 bis 9 vereinfachte Darstellungen, aus denen die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ersichtlich sind.

Die als Ganzes mit 10 bezeichnete Bremse umfaßt eine Vielzahl von Bremsscheiben 12 und 14. Die übrigen Teile der Bremse können beliebiger Konstruktion sein und werden daher nicht ausführlich beschrieben.

Es genügt in dieser Beziehung der Hinweis, daß die Bremse 10 eine feststehende Endplatte 16 umfaßt, die auf geeignete Weise mit einer Achse 18 verbunden ist. Ein feststehendes rohrförmiges Distanzstück 20 ist an der Endplatte 16 angebracht und führt axial durch die ringförmigen Scheiben 12 und 14. Am Ende des rohrförmigen Distanzstücks 20, am gegenüberliegenden

Ende der Endplatte 16, ist eine weitere Endplatte 22 befestigt. Vorgesehen ist ferner eine Anzahl von ringförmig angeordneten keilförmigen Segmenten 24, die mit einem Reibungsbelag 25 abgedeckt sind; diese Segmente sind aus einem Werkstoff geringen Gewichts, z. B. Beryllium, hergestellt und an die Platte 22 angenietet oder auf andere Weise befestigt, um mit dem Reibungsscheibensatz zusammenzuwirken.

Die Scheiben oder Reibungselemente 12 sind als Statorscheiben vorgesehen, während die Scheiben oder Reibungselemente 14 als Rotorscheiben fungieren. Insbesondere ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das feststehende rohrförmige Distanzstück 20 mit axial vorspringenden Rippen 26 versehen, die in Aussparungen 28 an den inneren Rändern der Scheiben 12 eingreifen. Die Bremse ist zur Verwendung in Verbindung mit einem Rad 30 ausgebildet, das in an den peripherischen Rändern der Rotorscheiben oder Reibungselemente 14 vorgesehenen Aussparungen 34 eingreifbare, innenliegende und axial verlaufende Rippen oder Ansätze 32 aufweist.

Um die Bremse in Tätigkeit zu setzen, sind druckbeaufschlagte Kolben 36 in Kolbenkammern 38 gelagert, die in die Endplatte 16 eingearbeitet und auf dem Umfang verteilt sind. Passagen 40 sind vorgesehen, die mit den Kolbenkammern 38 in Verbindung stehen und die so ausgebildet sind, um mit einer geeigneten Druckmittelquelle verbunden werden zu können. Die Kolben können hydraulisch oder pneumatisch verstellt werden.

Zwischen den Kolben 36 und dem Satz Reibungsscheiben 12 und 14 kann eine Primärscheibe 42 angeordnet sein. Zusätzliche keilförmige Segmente 44, die mit einem Reibungs- oder Bremsbelag 45 abgedeckt sind, sind an der Scheibe 42 angenietet oder auf andere Weise befestigt, und diese Segmente bestehen ebenfalls aus einem Leichtmetall wie Beryllium.

Das jeweilige Reibungselement oder die betreffende Scheibe 12 umfaßt einen mittleren Bremsträger 46 aus einem Leichtmetall mit einer hohen spezifischen Wärmezahl, einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einem hohen Schmelzpunkt, das seine Festigkeit bei hohen Temperaturen behält, nämlich aus Beryllium. Dieser Träger 46 ist gegen Korrosion durch Aufgalvanisieren einer dünnen Schicht 47 aus Silber geschützt, wobei diese Schicht eine Stärke in der Größenordnung von 5 bis 10 μ aufweisen kann, die genannten Aussparungen 28 sind am inneren Rand des Trägers 46 eingeformt. Wie am deutlichsten aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht, haben die Segmente an gegenüberliegenden Seiten des Trägers 46 Beläge 48 und 50, die in einer noch zu beschreibenden Weise an sie gebunden sind.

Die Bremsbelagsegmente 48 und 50 sind gleich und sind jeweils geschichtet aufgebaut. Sie umfassen eine relativ dicke äußere Schicht 52, die aus einem gesinterten Gemisch der verschiedensten metallischen und nichtmetallischen Teilchen gebildet ist. Das Gemisch der Schicht 52 kann die verschiedensten bekannten Zusammensetzungen einnehmen und braucht an dieser Stelle nicht ausführlich beschrieben werden. Wie bekannt ist, können solche Gemische Eisen oder andere metallische Teile und Graphitteile enthalten, wenn das gewünscht wird. Das Gemisch wird unter Hitze- und Druckeinwirkung gesintert, bis die verschiedenen Pulver in einen relativ homogenen Werkstoff zusammengeschweißt sind, der eine ausreichende Festigkeit aufweist.

Jedes der Segmente des Belages umfaßt ferner eine innere Schicht 54, die nur aus Metall- oder Eisenteilen besteht, die gleichzeitig mit der Schicht 52 gesintert werden, so daß das fertige Segment ein Schichtkörper ist, in dem die Eisen- oder Metallschicht 54 wirksam zu einem Einstück mit der zusammengesetzten Schicht 52 verbunden ist. Die Belagsegmente 48 und 50 werden durch Silberlöten in der im nachfolgenden beschriebenen Weise mit dem Berylliumkörper verbunden, so daß eine dünne Schicht 56 des Lötwerkstoffes zwischen dem Berylliumträger 46 und der Metall- oder Eisenschicht 54 des geschichteten Belagelementes eingeordnet ist. Die Schicht 54 ist im Vergleich zur Dicke der Schicht 52 relativ dünn. Die Schicht 54 kann z. B. eine Stärke von ca. 0,5 mm haben und dient zur Schaffung einer leichter bindbaren Oberfläche, als sie von der Schicht 52 geboten wird, die Bestandteile enthalten kann, die eine vollständige und homogene Bindung mit dem Lötwerkstoff beeinträchtigen.

Die Rotorscheiben 14 entsprechen im wesentlichen den Statorscheiben 12, außer daß sie mit den genannten peripherischen Aussparungen versehen sind und so ausgebildet sind, daß sie zur Anlage an dem Rad und nicht an dem in der Mitte liegenden rohrförmigen Distanzstück gelangen. Es ist deshalb nicht erforderlich, die Rotorscheiben 14 ausführlich zu beschreiben. Es reicht an dieser Stelle, darauf hinzuweisen, daß alle diese Scheiben einen mittleren Bremsträger 58 umfassen, der aus Beryllium, also dem gleichen Metall wie der Träger 46 hergestellt ist und ebenfalls gegen Korrosion durch einen Schutzauftrag geschützt ist, ferner Segmente 60 und 62 aus einem Reibungs- oder Belagwerkstoff, die geschichtet und an gegenüberliegenden Seiten des Körpers 58 in der gleichen Weise wie die Belagsegmente 48 und 50 der Scheiben 12 am Träger 46 angelötet sind.

Die Folgen der Schritte in dem Verfahren zur Herstellung einer Reibungsscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den F i g. 5 bis 9 gezeigt. Die F i g. 5 bis 6 zeigen die ersten, bekannten Schritte in der Herstellung eines Reibungssegmentes, wobei eine Schicht 52 aus zusammengesetztem Reibungsmaterial und eine dünne Schicht 54 aus Metallteilchen getrennt in Formen 70 und 72 und damit zusammenwirkenden Stempeln 74 und 76 in spröde Kompaktpreßlinge kaltgepreßt werden. Diese Preßlinge werden dann zusammengesetzt und unter Hitze und Hochdruck zwischen der Form 78 und dem Stempel 80 gemäß der Darstellung in Fig.7 gesintert, bis die verschiedenen Teilchen in den Schichten 52 und 54 zusammengeschweißt sind und die Schichten zu einem Einstück verbunden sind. Dieser Sintervorgang wird unter Vakuum oder in Gegenwart einer inerten Atmosphäre und erheblichen Drücken, die wesentlich mehr als 10 kg/cm² erreichen können, und Hitze über einen erheblichen Zeitraum durchgeführt, der ca. 5 bis 6 Stunden betragen kann, um die gewünschte Verschweißung zu erzielen.

Die gegenüberliegenden Stirnseiten der vorgesinterten Belagsegmente werden geschliffen, um eine flache, parallele Lage zu gewährleisten. Dann werden die geschliffenen Segmente in zusammengesetzter Lage mit einem vorhergeformten Bremsträger aus Beryllium zusammengesetzt. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung des Trägers 46 bzw. 58 sieht die Verwendung von Berylliumpulver vor, das unter Hitze gepreßt und in eine Form gesintert ist, aus der der Körper maschinengearbeitet werden kann. Erfindungsgemäß sind die Oberflächen des Bremsträgers 46 bzw. 58 mit einer

Schutzauftragung gegen Korrosion geschützt und zwischen dem Berylliumträger und den Belagsegmenten wird Lötmaterial eingelegt, wie das durch die auseinandergezogene Darstellung der Fig.8 gezeigt ist. Die Seiten des Berylliumträgers sind ebenfalls geschliffen, um ein einwandfreies Zusammenpassen mit den flachen Seiten der Belagsegmente zu gewährleisten. Der Lötwerkstoff kann in den verschiedensten bekannten Formen vorgesehen sein, er wird jedoch vorzugsweise als dünne Folie einer Hochtemperatur-Silberlötmasse vorgesehen, die eine Dicke von 0,125 bis 0,175 mm aufweist. Die zusammengesetzten Formlinge werden dann einer Wärmebehandlung und einem geringen Druck in einer Presse 82 unterzogen, wie das in F i g. 9 dargestellt ist, so daß der Lötwerkstoff eine Kombination einer Dispersion und einer intermetallischen Legierung sowohl mit dem Berylliumkern als auch mit der metallischen Schicht 54 der Belagsegmente bildet,

wodurch eine einwandfreie metallurgische Bindung zwischen den Teilen geschaffen wird.

Die Drücke, Zeiten und Temperaturen für den Lötvorgang sind wesentlich geringer als die zum Sintern der Pulverwerkstoffe der Belagsegmente erforderlichen. Der Druck kann sich z. B. in der Größenordnung von 2,1 kp/cm², und die Wärmeeinwirkung kann nur kurzfristig erfolgen, z. B. nur einige Sekunden lang und gerade ausreichend, um die Temperatur der Lötmasse auf ihren Schmelzpunkt zu bringen. Der Schmelzpunkt der Lötmasse hängt von dem betreffenden Material ab, er liegt aber vorzugsweise hoch, nämlich in der Größenordnung von ca. 950° C. Es hat sich herausgestellt, daß die zum Hartlöten erforderlichen Drücke, Temperaturen und Zeiten, die sich auf wesentlich weniger belaufen als die für das Sintern, derart sind, daß im wesentlichen kein nachteiliger Einfluß auf die Berylliumkerne erfolgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines mit gesinterten Bremsbelägen durch Anlöten versehenen Bremsträgers aus Beryllium durch Vorsintern von Beryllium-Pulver bei hohen Temperaturen und Drücken und anschließender spanabhebender Bearbeitung unter Verwendung von aus zwei vorgesinterten Schichten bei hohem Druck und hoher Temperatur gesinterten to Bremsbelägen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des Bremsträgers (46) auf galvanischem Wege mit einer dünnen Silberschicht (47) versehen werden und daß dann die Bremsbeläge (48,50) mit ihrer dem Bremsträger (46) zugewandten inneren aus im wesentlichen nurmetallischen Partikeln vorgesinterten Schicht (54) unter Zwischenschaltung einer dünnen Schicht (56) aus Lötwerkstoff mit dem Bremsträger (46) verschmolzen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Bremsträger (46) abgewandte äußere Schicht (52) der Bremsbeläge aus metallischen und nichtmetallischen Partikeln als Belagwerkstoff vorgesintert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lötwerkstoff-Schicht (56) eine Folie aus Hochtemperatur-Silberlötmasse dient.