DE2049292C3 - Bremsscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe mit von Einbuchtungen begrenzten Vorsprüngen am Innen- und/oder Außenumfang, vorzugsweise in Keilnutform, wobei das Bremsscheibenmaterial in dem die Vorsprünge aufweisenden Umfangsbereich durch eingebettete, der Kontur der Vorsprünge im wesentlichen folgende, langgestreckte Verstärkungselemente verstärkt ist.

Im Hinblick auf das erhöhte Fassungsvermögen und die vergrößerten Landegeschwindigkeiten moderner Luftfahrzeuge wurde viel Wert auf die Entwicklung überlegener Bremsen zum Abbremsen der Flugzeugbewegung am Boden gelegt. Bei Luftfahrzeugen werden gewöhnlich Scheibenbremsen verwendet, die aus mehreren abwechselnd hintereinander angeordneten Rotor- und Stator-Bremsscheiben bestehen. Die Bremsscheiben, welche mit Keilnuten versehene Umfangsbereiche aufweisen, sind mit dem Rad bzw. der Achse verbunden und werden zum Abbremsen der Flugzeugbewegung zusammengepreßt. Durch die dabei entstehende Reibung wird eine große Wärmemenge freigesetzt und außerdem werden beim Abbremsen die mit Keilnuten versehenen Umfangsbereiche der Bremsscheiben stark beansprucht. Die Keilnuten sind gewöhnlich entlang dem Außenumfang der Rotor-Bremsscheiben und dem Innenumfang der Stator-Bremsscheiben ausgebildet.

Allgemein ist es für die Luft- und Raumfahrttechnik bekannt, durch Korrosion und Temperatur stark beanspruchte Bauteile aus einem Verbundgefüge aus kohlenstoffhaltigem Matrixmaterial mit eingebetteten Kohlefasern herzustellen. Beispielsweise wird dabei ein Gerippe aus den verstärkenden Kohle- oder Graphitfasern ohne Zuhilfenahme eines Bindemittels geformt, das Formgebilde auf Unterdruck gehaken und ein carbonisierbares Bindemittel unter Druck zum Imprägnieren des Formgebildes eingebracht, das imprägnierte Formgebilde unter Druck ausgehärtet und dann in einer nicht oxydierenden Atmosphäre zum Karbonisieren des Bindemittels gebrannt (GB-PS 1157 874). Diese bekannte Verbundanordnung ist jedoch nicht speziell für Bremsscheiben vorgesehen und dazu, ebenso wie ein Verbundstoff aus geschichtetem Kohlenstoff- oder Graphitgewebe, nicht voll zufriedenstellend, weil die interlaminare Festigkeit insbesondere in den mit Keiinuten versehenen Bereichen solcher Bremsscheiben noch nicht ausreicht. Solche Scheiben sind noch stark bruchanfällig und neigen insbesondere in den Keilnutbereichen zur Delaminierung.

Für Bremsscheiben der eingangs erwähnten Art ist es bekannt (FR-PS 9 67 472) ein imprägniertes Gewebematerial oder ein gewöhnlich unverstärktes Gießrnaterial zu verwenden, wobei im Bereich der Keilnuten Verstärkungsfaden aus Metall oder Nylon eingelassen sind, welche der Keilnutkontur folgen. Wenn dabei mehrere Verstärkungselemente vorgesehen sind, sollen sie parallel verlaufend angeordnet sein. Aber auch bei diesem bekannten Vorschlag besteht die Gefahr, daß die eingelagerten Verstärkungsfäden oder Verstärkungsbänder sich unter hohen auftretenden Spannungen und Dehnungen vom Basismaterial ablösen.

Demgegenüber wird durch die Erfindung die Aufgabe gelöst, eine Bremsscheibe mit von Einbuchtungen begrenzten Vorsprüngen am Innen- und/oder Außenumfang derart zu verbessern, daß eine wesentlich größere Haltbarkeit und ein merklich verbessertes Wärmeverhalten erzielt sind.

Dies wird erfindungsgemäß bei einer Bremsscheibe der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß das Bremsscheibenmaterial in einem kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial eingebettete Kohlefasern aufweist und daß im wesentlichen endlose, einander kreuzende Kohlefasern die Verstärkungselemente bilden.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die im Umfangsbereich besonders verstärkte Bremsscheibe sehr viel haltbarer wird. Durch die als Verstärkung verwendeten im wesentlichen endlosen einander kreuzenden Kohiefasern wird speziell verhindert, daß eine Delaminierung unter den auftretenden Spannungen stattfindet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch im Axialschnitt ein typisches Luftfahrzeugbremssystem,

Fig.2 in Ansicht eine Rotor-Bremsscheibe aus Ganz-Kohlenstoff-Verbundmaterial,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Rotor-Bremsscheibe aus F i g. 2,

Fig.4 in Draufsicht eine Stator-Bremsscheibe mit einem Gefüge entsprr-hend einer anderen Ausführungsform.

Aus Fig. 1, welche einen vereinfachten Luftfahrzeugbremsaufbau erläutert, ist eine Horizontalachse 10 ersichtlich, aui welcher ein Rad 11 in geeigneter Weise mittels Rollenlagern (von denen lediglich eines gezeigt ist) gelagert ist. Der Bremsteil umfaßt eine Mehrzahl von Rotor-Bremsscheiben 13, welche über Keilnuten und das Teil 14 am Rad 11 festgelegt sind, und eine Mehrzahl von ringförmigen Stator-Bremsscheiben 15, welche über Keilnuten am Innenumfang an dem mit der Achse 10 verbundenen Teil 19 angreifen. Die Bremsscheiben können aber auch, wie unten in F i g. 1 gezeigt, mit Rotor-Reibungselementen 17 und Stator-Reibungselementen 18 beidseitig belegt sein.

F i g. 2 ist eine Ansicht einer Rotor-Bremsscheibe 20, die in der in F i g. 1 erläuterten Vorrichtung verwendet werden kann. Die Rotor-Bremsscheibe 20 ist eine Ringscheibe mit sechs Keilnuten 21 entlang des äußeren Umfangs.

Wenn die Bremsanordnung betätigt wird, wird die Bremsscheibe 20 dicht gegen eine benachbarte Stator-Bremsscheibe zur Erzeugung der P.eibungskraft gepreßt, die zur Herabsetzung der Rotationsgeschwindigkeit des Rades und dementsprechend der Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges erforderlich ist. Der Reibbereich 23 liegt innerhalb des Bereiches, der durch die Fußdurchmesser der Keilnuten 21 eingeschlossen wird. Dementsprechend werden, da die Antriebskraft (Pfeil 22) in einer tangentialen Richtung zur Bremsscheibe 20

und die Reibungskraft in der entgegengesetzten Richtung wirken, große Kräfte in derr Bereich der Keilnuten erzeugt.

Die Rotor-Bremsscheibe 20 besteht im wesentlichen aus einem Ganz-Kohlenstoff-Verbundmaterial, welches endlose Kohlenstoff- oder Graphitfasern {der B?griff »Kohlenstoff« wird in der Beschreibung als Sammelbezeichnung f "sr beides verwendet) in einer kohlenstoffhaltigen Matrix einschließt. Zur besseren Erläuterung der faserigen Natur der Scheibe 20 sind die Fasern darin mittels ausgezogene!, dicker Linien stark übertrieben gezeichnet. Die Kohlenstoff-Fasern, zumindestens in den den Keilnuten 21 benachbarten Bereichen, verlaufen geordnet entlang der Kontur des mit Keilnuten versehenen Umfangs der Bremsscheibe 20. Die im wesentlichen endlosen Fasern sind so gewickelt, daß sie einander kreuzen. Durch das Kreuzen der Fasern ist sichergestellt, daß unter Belastung keine Delaminierung wie in geschichteten Gefügen auftriti.

Zur besseren Erläuterung der gerichteten Ordnung der durchgehenden Kohlenstoff-Fasern ist eine Rotor-Bremsscheibe 20 in Fig. 3 in perspektivischer Ansicht gezeigt. Zur besseren Übersichtlichkeit sind die Kohlenstoff-Fasern in den Bereichen, die nicht in der Nähe des Umfanges der Bremsscheibe 20 liegen, nicht eingezeichnet. Es ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß die Kohlenstoff-Faser im wesentliciien der Kontur der Rotor-Bremsscheibe 20 folgt und außerdem an vielen Stellen Kreuzungspunkte bildet

K i g. 4 ist eine Darstellung einer Stator-Bremsscheibe 30. die ebenfalls in der Bremsanordnung aus F i g. 1 verwendet werden kann. Die Bremsscheibe 30 ist ringförmig und weist sechs Keilnuten 31 auf. welche an. ihrem Innenumfang angeordnet sind. Es kann auch eine andere Keilnutzahl gewählt werden. Anhand der Bremsscheibe 30 wird eine andere Ausführungsform erläutert, in welcher die endlosen Fasern lediglich in dem Bereich 32 der Keilnuten 31 verwendet werden. In den verbleibenden, von den Keilnuten 31 entfernt liegenden Bereichen sind andere Faseranordnungen vorgesehen, z. B. in Form eines statistisch orientierten Verbundmaterials aus kurzfaserigen Kohlenstoff-Stapelfasern. Wie oben erstrecken sich die endlosen Fasern um die Keilnuten 31 in gerichteter Ordnung so. daß sie im wesentlichen der Kontur des mit Keilnuten versehenen lnnenumfanges folgen und hierdurch diese Bereiche gegen Belastungen verstärken.

Die als Matrix verwendeten Materialien könne; aus irgendeinem kohlenstoffhaltigen Material oder aus einem Material sein, das einen kohlenstoffhaltigen Rückstand nach Hochtemperatur-Pyrolyse ergibt. Ein Beispiel für ein derartiges Matrix-Material ist ein Phenolharz mit einem Gehalt an darin dispergieren Kohlenstoff- oder Graphit-Teilchen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunccn

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Bremsscheibe mit von Einbuchtungen begrenzten Vorsprüngen am Innen- und/oder Außenumfang, vorzugsweise in Keilnutfcrm, wobei das Bremsscheibenmaterial in dem die Vorsprünge aufweisenden Umfangsbereich durch eingebettete, der Kontur der Vorsprünge im wesentlichen folgende, langgestreckte Verstärkungselemente verstärkt ist. dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsscheibenmaterial in einem kohlenstoffhaltigen Matrixmaterial eingebettete Kohlefasern aufweist, und daß im wesentlichen endlose einander kreuzende Kohlefasern die Verstärkungselemente bilden.

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