DE1933040A1

DE1933040A1 - Scheibenbremse mit mehreren gleichartigen Bremsscheiben

Info

Publication number: DE1933040A1
Application number: DE19691933040
Authority: DE
Inventors: Byers Clifton A; Miller Hal E; Dernovshek Joseph F; Nelson John P
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1968-06-25
Filing date: 1969-06-24
Publication date: 1970-01-15
Also published as: CA936109A; DE1933040B2; DE1933040C3; FR2011636A1; SE357951B; GB1246158A; BE735071A; JPS5022171B1; NL6909310A

Description

The Goodyear Tire & Rubber Company

Akron, Ohio (Vereinigte Staaten von Amerika)·

Scheibenbremse mit mehreren gleichartigen Brems scheiben·

Thermische Beanspruchung durch Temperaburunterschiede ist die häufigste Ursache von Störungen an Bremsen mit mehreren Bremsscheiben· Man hat viele Versuche gemacht, um das Reibmaterial und/oder die Kennzahlen der Wärmeableitung der Scheibenbremse zu verbessern. Hohe Wärmeentwicklung entsteht als Folge der geforderten hohen Flugzeugverzögerung bei großer Geschwindigkeit, führt bei größeren Lasten zu hohen thermischen Beanspruchungen und verursacht oft Störungen durch Wölbungen oder Brüche der Scheiben, die ein Versagen der Bremse und unsichere Betriebsverhältnisse zur Folge haben·

Die-allgemeine Aufgabe der Erfindung ist es, diese und andere Schwierigkeiten zu vermeiden, sowie die Bedenken gegen frühere Bauarten mit einer Reihe gleichartiger Scheiben zu einer Scheibenbremse zu beseitigen, wobei jede Scheibe ein niedriges Gewicht hat, eine hohe Wärmeableitung aufweist und hervorragende Reibungseigenschaften gegenüber den anliegenden Scheiben besitzt, so daß die Wärmeverteilung schnell eintritt und die Betriebssicherheit der Bremse außerordentlich hoch bleibt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Anordnung einer Reihe von Scheiben in einer Scheibenbremse, die aus einem

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Graphit/Kohlenstoff-Gemisch hergestellt sind, durch das ein leichtes Gewicht, eine hohe Wärmeableitung, eine niedrige thermische Ausdehnung und eine gute Reibungszahl erreicht wird.

Diese und andere Merkmale der Erfindung, die in der folgenden Beschreibung erläutert wird, werden dadurch erreicht, daß in einer Scheibenbremse eine Kombination eines umlaufenden Teiles, eine feste Achse, die diesen Teil drehbar trägt, eine Reihe von Scheiben, die abwechselnd mit Zwischenräumen auf der Achse und dem umlaufenden Teil angeordnet sind, sowie mit einer Einrichtung ausgerüstet sind, " durch die die Scheiben gegeneinander gedrückt werden können· Dabei ist ein Kennzeichen, daß die Scheiben gleichartig sind und aus einem auf Kohlenstoff basierendem Material hergestellt sind, das hohe spezifische Wärme, niedrige Dichte, niedrige thermische Ausdehnungseigenschaften und gute Reibungsstabilität zwischen den benachbarten Scheiben innerhalb weiter Belastungsgrenzen hat·

Zum besseren Verständnis sei die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung besehrieben· In dieser zeigt;

Fig. 1 einen Querschnitt eines Rades mit seiner Achse, wobei Teile weggebrochen und andere im Schnitt dargestellt sind,

" Fig. 2 einen Querschnitt eines Scheibenteiles in vergrößertem Maßstab an seiner Verbindungsstelle mit dem Rad,.

Fig. 3 einen Querschnitt eines Scheibenteiles in vergrößertem Maßstab an seiner Verbindungsstelle mit der Nabe bezw, der Achse,

Fig. 4- eine perspektivische Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform einer Scheibe, die einen antioxidierenden Überzug aufweist,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Scheibe, die einen Metallstreifen benutzt, der die das Drehmoment übertragenden Nuten verstärkt und einen segmentartigen Aufbau der Scheiben zeigt,

Fig. 6 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform, der Metallstreifen und den gleichen segmentartigen Aufbau ähnlich wie Fig. 5 und

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BAD

Fig· 7 eine Ansicht eines Bfletallstreifens an der Sehei- * "be, der mit einem Vorsprung das Drehmoment aufnimmt*

Fig· 8 einen Querschnitt durch Fig. 7 in Sichtung der Linie 8 -8 und

Fig· 9 eine perspektivische Ansicht des Streifens mit einem Vorsprung, der gegenüber der Darstellung nach Fig. 7 etwas abgeändert ist·

Fig. 1 zeigt die nicht umlaufende Achse 1, auf der das Bad drehbar in den Lagern 3 und 4 angeordnet ist. Die Achse hat einen Ringflansch 5» an dem eine Platte 8 zum Übertragen des Drehmoments und des Bremsdruckes befestigt ist· Zur Befestigung dienen mehrere Schraubenbolzen 6, die über ihren Umfang verteilt sind. Gegenüber der Druckplatte 8 liegt auf der anderen Seite der Scheibenreihe eine Gegenplatte 9·

Die Platten 8 und 9 sind mit mehreren axial ausgerichteten über ihren Umfang verteilten Löchern 10 und 11 versehen, in denen eine entsprechende Zahl von Bolzen 12 liegt, die den Abstand zwischen den Platten 8 und 9 überbrücken· Jeder Bolzen 12 erstreckt sich durch je ein Loch in einem nabenförmigen Rohr 13» das das Drehmoment der Bremse aufnimmt und etwas kurzer ist als der Abstand zwischen den Platten 8 und 9· Eine federnde oder glockenförmige Unterlegscheibe 14-ist auf jedem Bolzen zwischen einer der Druckplatten und dem Rohr 13 angeordnet, Diese hält die Druckplatten in Abstand voneinander und bringt sie nach dem Bremsvorgang wieder in diese Stellung zurück. Das nabenförmige Rohr 13 ist durch nicht dargestellte Bolzen mit der Platte 8 an mehreren Punkten verschraubt, die auf seinem Umfang zwischen den Bolzen 12 angeordnet sind·

Zwischen der Druckplatte 8 und der Gegenplatte 9 liegen mehrere Bremsscheiben 15» von denen jede auf ihrem äußeren Umfang mehrere, in Abstand voneinander verteilte Hüten 15a aufweist, die in eine entsprechende auf dem Rad 2 angeordnete Rippe 16 eingreifen· Die Bremsscheiben 15 sind mit

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Schiebesitz in Achsrichtung des Rades längs der Hippe 16 verschiebbar angeordnet. Zwischen den Platten 8 und 9 liegt eine zweite Gruppe von Bremsscheiben 17t und- zwar Je eine zwischen zwei Bremsscheiben 15· Die Bremsscheiben 17 sind auf ihrem inneren Umfang mit mehreren Nutren versehen· Xn jede dieser Nuten greift je eine Rippe ein, die auf dem nabenförmigen Rohr angeordnet sind, ein Drehen der Scheiben 17 verhindern, aber ihre axiale Verschiebung ermöglichen»

Die Sch/eiben 35 und 17 sind im wesentlichen auf Kohlenstoffbasis hergestellt und haben hohe wärmeableitende Eigenschäften, sowie einen ausreichend großen Koeffizienten, wenn sie aufeinander gedrückt werden. So entsteht eine Gruppe von Scheiben, die in ihrer Zusammensetzung homogen bezw. gleichartig sind, wenn man sie in ihrem Querschnitt betrachtet. Sie können sich aber in ihrer Dicke unterscheiden und weisen in ihrem Umriß ir· als Folge ihrer Stellung in der Scheibengruppe Unterschiede auf. Den Scheiben ist kein besonderes Reibungsmaterial zugesetzt. Dies besagt aber nicht, daß die Zusammensetzung der Scheibe über jeden Querschnitt einheitlich ist^ da die Zusammensetzung quer zur Scheibe variieren ksnni sie kann z.B. auch aus Einzelschichten oder dergl. bestehen. Die Basis des Scheibenaufbaues kann Kohlenstoff selbst sei, vorzugsweise in Form von Graphit oder amorphen Kohlenstoff· Sie kann, aber auch aus Kohlenstoff-Verbindungen bestehen, von denen Karbide typisch sind, ε·Β. Bor-Karbid, Silikon-Karbid und Titan-Karbid. Mischungen von Kohlenstoff in seinen verschiedeneoForaen können ebenfalls benutzt werden* Der Kohlenstoffbasis können ferner andere Stoffe zugesetzt werden, z#B» Antioxidentien, Bindemittel, Füllstoffe, Verfestigungsmittel und Verstärkungsfaaera· Die Kohlenstoffbasis kann durch und durch von einheitlicher Konsistenz sein, sie kann aber auch aus Lamellen bestehen, die mit Fasergewebe aufeinandergelegt sind. Sie kann aber auch bestimmte Abschnitte aufweisen, z.B. in der Nähe der Oberflächen, die das Drehmoment aufnehmen und die sich durch Unterschied© in der Dichte der Aufbereitung oder der Zusammensetzung unterscheiden» « 5 «

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Die Eigenschaften des Materials) aus dem die Scheiben aufgebaut sind, ist kennzeichnend für die homogene Natur der Scheibenreihe und für die einwandfreie Arbeitsweise der Bremse in der Gesamtanordnung· Insbesondere muß; die Biegefestigkeit des Materials mehr als 48 bis 50 kg/cm² (5000 psi), die Dichte größer als 1,45 g/cm* , die spezifische Wärme größer als 0,17 cal/gm/°C Innerhalb des normalen Temperaturspielraums der Scheiben und die Leitfähigkeit größer als 0,04 cal/sec/cmV°0 sein. Auch die Stoßfestigkeit muß ziemlich groß sein· Der Reibungskoeffizient muß größer als O₄IO unter normalen Arbeitsbedingungen sein« Um diese Werte zu erreichen wurde ermittelt, daß eine Kombination von Graphit und Kohlenstoff bis zu einem Minimum von etwa v?5% des getarnten Scheibenvolumens erforderlich ist· Das übrige Volumen der Scheibe besteht aus Zus^ätzen von Verstärkungsmitteln aus einer Gruppe, die zusammengesetzt ist aus Wolfram-Metall, Silikonkarbid und anderen Hochtemperaturzusätzen· Ferner ist es wünschenswert, antioxidierende Stoffβ beizumengen, die aus einer Gruppe bestehend aus Bor, Wolfram, Silikonkarbid, Zirkon, Titan usw. gewählt werden·

Antioxidierende Eigenschaften der Scheiben sind besonders in der Nähe der Nuten erforderlich, um Beschädigungen der Scheiben durch Verminderung der Festigkeit an diesen hochbelasteten Flächenteilen zu vermeiden. Eine andere Technik zum Verhindern von Oxidationsschaden ist ein Verkleiden der Nuten und aller nicht reibenden Teile der Scheibe mit.eines die Oxidation verhindernden Überzug· Diese Ausführungsform zeigt Pig· 4, in der die Scheibe 30 mit den vorstehend angegebenen Eigenschaften einen die Oxidation verhindernden überzug 32 zeigt, der die ganze nicht reibende Oberfläche der Scheibe bedeckt. Dieser Überzug kann in breiförmigem Zustand, durch Elektrolyse, durch Elektroplattierung, durch Besprühen mit plastischem Material und durch Ablagerung verdampften Materials aufgetragen werden« Typische Überzüge sehließen auch die Elektrolyse von Nickel und das Flattieren von Chrom ein. Ferner kommt daw thermische Überfangen von Nickel, Chrom,

*(35 in.lb.p·? In.) - 6 -

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Chromoxid, anderen Chromverbindungen, Silikonkarbid, Siliziummetall infrage· Auch das Elektroplattieren von Nickel auf einer Kupfergrundlage oder von Kadmium auf einer Nickelgrundlage ist brauchbar. Die Überzüge können jede erforderliche Dicke haben. Sie sollte zweckmäßig in den Grenzen zwischen 0,o5 bis 0,275 mn liegen.

Die Weite der Nuten in den Scheiben 15 und 17 ist wichtig, um die Leistungefähigkeit der Scheibenreihe zu erreichen, die erforderlich ist, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen« Versuche zu diesem Zweck ergaben,, daß die Seiten der Nuten für die Bippen in justierter Stellung innerhalb dieser nicht größer als 0,25 mm,vorteilhaft etwa 0,1 mm, sein sollten· Die Zahl der Nuten und der Hippen hängt von der Scheibendicke, dem geforderten Drehmoment usw. ab, sollte aber so bemessen sein, daß die Druckbelastung zwischen jeder Rippe und einer Nute nicht größer als 48 bis 50 kg/cm² (5000 psi) während des normalen Bremsvorganges und 145 bis 150 kg/cm (15·000 psi) während einer kurzfristigen Spitzenbelastung durch das Drehmoment ist. Die gegenüberliegenden Seiten jeder Nute sind parallel und liegen in Feinpassung fluchtrecht zu den parallelen Seiten der Hippe 16· Die Toleranz für den Luftraum zwischen den Seitenflächen der Bippe 16 und der Seitenfläche der Nute 15a sollte nicht größer sein als etwa 1,6 mm; vorzugsweise liegt sie zwischen 0,3 und 0,6 mm, wobei dies· Größenordnung abhängig von der besonderen Benutzung der Scheibe sein kann· Im Sinne der Erfindung sollten wenigstens 4 Nuten 15a auf dem Umfang der Scheibe 15 verteilt sein*

Ähnliche Merkmale gelten hinsichtlich der Scheibe 17 (fig. 3)· Die verschlebbarenBippen auf der rohrförmigen, das Drehmoment übertragexmi Nabe 13 sollten mit der gleichen Feinpassung versehen sein wie vorstehend hinsichtlich der Scheibe und dem Bad 2 angegeben ist. Die wirksamen Abmessungen der Nuten 17a werden jedoch kleiner sein, da sie an "der radial innen liegenden Oberfläche der Scheibe angeordnet sind· Sie verlaufen etwa über den gleichen Bogenabstand in Winkelgraden

wie die Nuten 15a. 90988 3/ 12 92 -7-

In manchen. Fällen erwies es sich als wünschenswert, die durch das Drehmoment belasteten Teile der Scheiben mit anderen Mitteln zu verstärken als mit Zusätzen zu dem Kohlenstoff material· Diesem Zweck dienen die in Fig· 5 bis 9 dargestellten Ausgestaltungen der Erfindung.

In der Ausführungsform nach Fig. 5 ist die Scheibe 30 in Segmente 30a, 3Qt> usw· zerlegt, die sich leichter formen lassen "und das Auftreten von Bruchstücken vermindern* Die Segmente sind miteinander durch gepreßte Metallstreifen 32 verbunden, die dur«h Niete 34· festgelegt sind und die Nuten 36 begrenzen. Die Streifen 32 sind aus einem einzigen Metal Is tück gepreßt, in dem der Nutenteil 36 nach innen gebogen ist. Er stimmt in seinem Umriß mit dem Umriß des Scheibensegments überein und hält dieses in seiner mit dem angrenzenden Segment aneinanderstoßenden Stellung ausgerichtet fest» Die Seitenflansche₉ durch die die Niete hindurchgehen, liegen in Feinpassung dicht auf der radialen Außenwand der Segmente auf. Es ist wichtig, daß die Segmente 30a, 30b usw. dicht aneinanderstoßen und in dieser Lage durch die Streifen 32 gehalten werden. Selbstverständlich können die Streifen 32 auch bei den Scheiben nach Fig_e 1 bis 4 benutzt werden-, um die Nuten zu verstärken* sie sind also nicht ausschließlich bei den in Segmente geteilten Scheiben nach Fig» 5 verwendbar« In jedem Fall vergrößern die Streifen das aufnehmbare Drehmoment merklich durch Verteilung der Belastung auf eine wesentlich größere Fläche.

Fig. 6 zeigt eine etwas abgeänderte Ausführungsform der Segment scheibe nach Fig. 5. Die Scheibe 4-0 besteht aus den Segmenten 40a, 40b usw« Zwischen den dicht aufeinanderliegenden Segmenten erstreckt sich eine Einlage 42 aus Metall und begrenzt eine durch Metall verstärkte Nute 44« Ein Streifen 46 ist durch Niete 48 zwischen den angrenzenden Enden der Einlage 42 mit dieser verbunden und bildet so ©ine durch Metall verstärkte Kante rund um die ganze äußere Peripkerieflache der Scheibe 40. Dies® Bauart ist vorteiliiaft, wenn die

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Soheibensegmente 40a, 4-Ob usw. kurzer sind und die Aufnahme eines größeren Drehmoments notwendig ist, das eine höhere Belastbarkeit und einen höheren Widerstand gegen Abnutzung erfordert·

Fig. 7 zeigt eine Scheibe 50, die einen nicht unterbrochenen inneren Umfang 50a und einen nicht unterbrochenen äußeren Umfang 5Ob hat. Die das Drehmoment übertragende Rippe wird durch einen Streifen 52 gebildet, der in seiner Lage an der äußeren Peripherie durch Niete 54 festgelegte ist. Zwei radial sich nach außen erstreckende Seitenflächen 56 wirken mit einer Metalleinlage 58 zusammen (s. Fig. 8), die durch Hartlötung, ,oder in anderer Weise zwischen den Seitenflächen 56 festgelegt ist und so eine kraftübertragende Rippe bildet,

Fig. 9 zeigt einen aus einem Stück gepreßten Streifen in #f perspektivischer Darstellung, der durch Niete oder dergl· an der äußeren Umfangskante der Scheibe, z.B. 50 in Fig· 7» festgelegt 1st und eine kraftübertragende Rippe bildet· Dies ist eine mögliche Abänderung der Ausführungsform nach Fig. 7 und 8«

Zum Auflegen des Bremsdruckes auf die Scheibenreihe dienen alle üblichen Einrichtungen, mit denen man die Platten 8 und 9 gegeneinander drücken kann· Dadurch kommen die Scheiben 15 und 17 zu einer als Reibungsbremsung wirkenden Auflage« Eine einfache Konstruktion für diesen Zweck zeigt die Preßeinrichtung nach dem amerikanischen Patent 3.o38.559» das die gleichen Bezeichnungen wie die Anmeldung benutzt. Xm wesentlichen benutzt diese Anordnung einen runden Zylinder 19 ait einem Boden 20 und einem ringförmigen Kolben 21, der gleitend um einen Bolzen herum angeordnet ist· Der Kolben 21 liegt auf der Druckplatte 8 auf, während der Zylinder 19 sich gegen den Kopf 18 des Bolzens abstützt* Als Dichtung des Zylinders 19 dient ein Dichtungsring 22 zwischen dem Zylinderboden 20 und der Unterseite des Bolsenkopfes 18· Ein Dichtungsring 23 dichtet den Kolben 21 gegen den Zylinder 19 ab· Zum Erzeugen

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eines Druckes im Zylinder 19 dient eine ringförmige Zweigleitung 24, die rund um die Achse 1 verläuft und über ein nicht gezeichnetes Steuerventil an eine Druckleitung ange-. schlossen ist. Einzelne biegsame !leitungen 25 verbinden die Bingleitung 24 mit den einzelnen Zylindern 19«

So wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Reihe gleichartiger homogener Bremsscheiben gelöst» die ein leichtes Gewicht« eine hohe Wärmeableitung und eine ausreichende Bremscharakteristik haben, wenn die Bremsscheiben reibend gegeneinander gedrückt werden. In der Praxis sseigt es sich, daß die Scheibenreihe nach der Erfindung mit den hier angegebenen kennzeichnenden Eigenschaften eine etwa doppelt so große Wärmekapazität als die bisher üblichen Stahlscheiben hat· Sie geringe Wärmeausdehnung beseitigt thermische Beanspruchungen und überwindet so die den Stahlschei'bea anhaftenden Schwierigkeiten«

Selbstverständlich soll die Erfindung nicht auf die hier im einzelnen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein«

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Claims

Patentansprüche.

fl^Scheiben5mTt einem umlaufenden Teil und einer diesen tragenden feststehenden Achse sowie mit einer Reihe von . Bremsscheiben, die abwechselnd auf dem umlaufenden !Teil und der feststehenden Achse angeordnet sind und zum Bremsen gegeneinander gedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß alle Scheiben (15,17,20,40,50) aus einem Material auf Kohlenstoffbasis in einer im Querschnitt im wesentlichen gleichartigen Zusammensetzung bestehen, das ein niedriges Gewicht, w eine hohe spezifische Wärme und eine niedrige thermische Ausdehnung hat und dabei einen Reibungskoeffizienten zwischen benachbarten Scheiben von wenigstens 0,10 innerhalb der normalen Spanne ihrer Arbeitetemperatur aufweist.

2· Bremse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheiben aus einer Graphit-Kohlenetoff-Mischung bestehen und einen Zusatz zum Verhindern ihrer Oxidation während des Betriebs enthalten·

3* Bremse nach Ansprach 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheiben ausätze zur Erhöhung der Temperaturfestigkeit aus einer Gruppe von Wolfram, Silikonkarbiden od.dergl· enthalten, die weniger als 25% des Volumens der Scheiben ausmachen, mit antioxidierenden Überzügen an allen nicht reibenden Teilen der Scheibe versehen sind, die aus einer Gruppe von Stoffen gewählt werden, die elektrolytisches Nickel, •iektropjilattiertes Chrom» elektroplattierte Nickel- und Ohromüberfangungen, Chromverbindungen« Chromoxide, Silikonkarbide, Siliziummetall, elektroplattiertes Nickel auf Miner Kupferunterlage und elektroplattiertes Kadmium auf einer Hickelunterlage enthalten·

4» Bremse nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben mit Nuten versehen sind, die über entsprechende Sippen auf der Achse bezw» der Badinnenfläche gleitend greifen,

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wobei der Spielraum der Nuten gegenüber den Rippen kleiner als 0,6 mm ist.

5. Bremse nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben wenigstens vier Schlitze haben und die Drehmomentbelastung in federn Schlitz gegenüber der zugeordneten Rippe weniger als 4-8 bis £>O kg/cm in normalem Betrieb und weniger

als 145 bis 150 kg/cm bei kurzzeitiger Spitzenbelastung beträgt.

6· Bremse nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten parallele Seitenflächen haben und bei hoher Belastung einen Spielraum zwischen 0,24 und 0,1 mm und eine Biege-

festigkeit des Scheibenmaterials von etwa 48 kg/cm haben·

7· Bremse nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Wärme des Scheibenmaterials wenigstens 0,17 cal/gm/ 8σ und seine Dichte größer als 1,45 g/cm , aber kleiner als 2,5 g/cm^ ist.

8· Bremse nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daßdie Scheiben Metallstreifen mit Einlagen in den Nuten zur Aufnahme der Rippen und zur Übertragung des Drehmoments aufweisen·

9o Bremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstreifen und Einlagen in entsprechender Form gepreßt sind und in ihrer Lage an der äußeren Peripherie der Scheiben angenietet sind, wobei der Abstand an (jeder Seite jeder Nute wenigstens gleich der Länge der Nute ist·

10, Bremse nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe in mehrere Segmente unterteilt ist, die mit ihren Kanten gegeneinander stoßen und in dieser Lage durqp die Streifen festgelegt sind«

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