DE2100758A1

DE2100758A1 - Zusammengesetzter Gegenstand, insbesondere Reibelement fur Bremsen

Info

Publication number: DE2100758A1
Application number: DE19712100758
Authority: DE
Inventors: Frederick Sidney Coventry Fisher Ronald Hillmorton Rugby; Warwickshire(Großbritanmen). R Dowell
Original assignee: Dunlop Co Ltd
Current assignee: Dunlop Co Ltd
Priority date: 1970-01-10
Filing date: 1971-01-08
Publication date: 1971-07-22
Also published as: US3761231A; SE371871B; FR2075394A5; GB1332001A

Description

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DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 21007 58

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT MÖNCHEN HAMBURG

telefon: 395314 2000 HAMBURG 50, 6 . Januar 1971

TELEGRAMME: KARPATENT , KONIGSTRASSE 28

Vi. 24525/71 12/Ne

The Dunlop Company Limited, London (England).

Zusammengesetzter Gegenstand, insbesondere Reibelement für

Bremsen.

Die Erfindung bezieht sich auf zusammengesetzte Gegenstände und "insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Reibelemente für Luftfahrzeugbremsen.

In einer Anzahl von technischen Anwendungen ist es notvrendig, einen nicht metallischen Gegenstand an einem Tragteil zu befestigen, um einen zusammengesetzten Gegenstand zu bilden Bei gewissen Anwendungen, bei denen mechanische Kräfte, die das Bestreben haben, die zusammengesetzten Gegenstände aufzubrechen, groß sind und bei denen beispielsweise der nicht metallische Gegenstand strukturell verhältnismäßig schwach sein kann, ist es schwierig, zufriedenstellende Mittel zu schaffen, um die Gegenstände aneinander zu befestigen. Ein Beispiel einer Anwendung,bei der diese Schwierigst angetroffen wird, ist die Befestigung von aus Kohlenstoff oder Graphit bestehenden Reibelementen an Rotorplatten und Statorplatten in einer Luftfahrzeugradbremse.

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, ein Kohlenstoffreibelerrient zu schaffen^ welches Mittel aufweist, durch die es zufriedenstellend an einem Tragteil oder Abstützteil, bei-

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spielsweise an einer.: Eremsenrotor oder Bren-senstator, befestigt werden kann.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfaßt ein zusammengesetzter Gegenstand einen Elock aus nicht metallischer Naterial, in welchen, eine La^e oder Schicht aus poröser- Material in Forr eines dreidimensionalen IJetzwerks eingebettet ist, die so angeordnet ist, daß eine Mehrzahl von miteinander in Verbindung stehenden zellenförmigen Räumen gebildet ist, wobei die genannte Lage oder'Schicht sich nahe th* einer 0·■ ^rf laiche des Blocks, jedoch nicht vollständig durch dieser hindurch, erstreckt .

Das poröse Material kann metallisches Material sein in der Form einer Platte oder einer Bahn, die dadurch erzeugt ist, daß ein Metall durch Aufspritzen, Eintauchen oder Elektroniederschlagen auf ein Material aus Polyurethanschauia aufgebracht ist. Mach Niederschlagen des Metalls wird der Polyurethanschaum durch Erhitzen beseitigt, um das Polyurethan durch Veraschen zu beseitigen (ash-out). Der verwendete Polyurethanschaum ist von vernetzter Form bzw. Netzform, d.h. er ist ein Schaum, in welchem die organische Phase ein dreidimensionales Netzwerk ist ohne wesentliche Wandteile, welche die Zellen bestimmen.

Alternativ kann das poröse Material ein nicht metallisches Material, beispielsweise keramisches Material sein, oder es kann in Form eines dreidimensionalen feinen bzw. dünnen Maschendrahtes oder FilzfSder in Form eines perforierten Bleches od.dgl. vorhanden sein, das in Form eines dreidimensionalen Netzwerks angeordnet ist, beispielsweise ein Streckmetallblech.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Ansicht eines Teiles einer Bremsvorrichtung, gesehen in einer Richtung parallel zur Drehachse der Bremsvorrichtung. 2 ist ©ine Schnittansicht nach Linie A-A der

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Fi;.-. 1, wobei zwei Reib elemente der Bremsvorrichtung dargestellt sind.

y-l -. 3 ist eine der Pif;. 2 ähnliche Ansicht einer abgerer.delten Ausführungsform eines Reibelements der Trennvorrichtung.

Fi_;;. -'-! ist eine der Fi-;. 3 ähnliche Ansicht einer anderen abgewandelten Ausführungsform des Reibelenents.
Fig. 5 ist eine weitere der Fig. 3 ähnliche Ansicht

ei-ner noch anderen abgewandelten Ausführungsforr eines Reibelements. j*

Fi₀. 6 ist eine der Fic· 1 ähnliche Ansicht einer ^

Lremsvorrichtung, die eine noch andere Ausführuncsform eines Reibelei.ients aufweist.
Fig· 7 ist eine Schnittansicht nach Linie E-B der
Fi£. 6 und sie seiet ein Reibelenent der
ii-reir.s vorrichtung.

Genäß einer ersten Ausführungsform, die in den Fig. 1 und. 2 dargestellt ist, ist ein Reibelenent 1 für den Rotor oder Stator einer Luftfahrzeugbremse aus Kohlenstoff gebildet. Das Reibelenent 1 ist ein segmentfcrmiger Block, der ; mit einer Reihe ähnlicher Blöcke rund un die ringförmige
Fläche eines Bremsteils 2 zusammengefügt werden soll, der
als Träger für die Reibelemente 1 wirkt. m

Der Bremsteil 2 kann aus Kohlenstoff oder aus Metall, beispielsweise Stahl oder Beryllium, oder aus einem zusammengesetzten material bestehen, beispielsweise aus Graphit, der mit Kohlenstoffasern verstärkt ist.

Jedes Reibelement 1 umfaßt eine Schicht 3 aus porösem Fetallmaterial der oben genannten Art, die in einem Kohlenstoffblock '■! nahe der Oberfläche 5 des Blockes 4 eingebettet ist, die an dem Tragteil 2 angebracht werden soll. Der zusammengesetzte Gegenstand, der von dem Reibelement 1 dargestellt ist, wird dadurch gebildet, daß die poröse- metallische Schicht 3 mit einer roeigneten harzgebundenen Zusammensetzung, ein-

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schließlich pulverförmigem Kohlenstoff oder Graphit, imprägniert wird, die nachfolgend karbonisiert wird, um einen Block 4 zu bilden, in welchem die poröse metallische Schicht 3 eingebettet, ist, sich aber nicht vollständig durch den Block H erstreckt. Das Reibelementmaterial kann irgendwelche notwendigen Reibungs- und Verschleißmittel enthalten, wie Siliciumnitrit und Tonerde.

Für gute Reibungs- und Verschleißeigenschaften kann es notwendig sein, für den Arbeitsteil des Reibkissens Graphit anstelle von Kohlenstoff zu verwenden. Wenn das Material der porösen metallischen Schicht 3 nicht in der Lage ist, der verhältnismäßig hohen Graphitierungstemperatur zu widerstehen, kann der die poröse metallische Schicht enthaltende Teil des Reibelementes getrennt hergestellt und lediglich bis zur Karbonisationstemperatur erhitzt werden. Der Teil des Reibkissens über der porösen metallischen Schicht wird als Graphitformstück getrennt hergestellt, und die beiden Teile werden 'dann aneinandergebunden.

Die poröse Metallschicht 3 kann aus irgendeinem geeigneten Metall bestehen, welches die Festigkeit hat, die notwendig ist, um die Kräfte bei den Arbeitstemperaturen einer Luftfahrzeugbremse zu übertragen. Mögliche Metalle für diesen Zweck umfassen Nickel, Stahl, Kupfer und Molybdän.

Das Reibelement 1 wird vor der Karbonisation zu der geforderten Gestalt gepreßt, und bei dem Preßvorgang werden Spielraumlöcher 6 in dem Element 1 gebildet, um bei dem nachfolgenden Arbeitsvorgang des Befestigens des Reibelements 1 an dem Tragteil 2 nieten 7 durch den Kohlenstoffblock 4 hindurchzuführen und mit der porösen metallischen Schicht 3 des zusammengesetzten Gegenstands in Eingriff bringen zu können. Bei einer, typischen Beispiel können drei solcher Löcher 6 vorgesehen sein. Das Reibelement ijkann auf diese Weise an einem Rotorteil, einem Statorteil oder an einer metallenen Gegenhalteplatte befestigt werden, die geeignete Gestalt hat, ura an einen Rotorteil oder Statorteil angebracht zu werden. Die

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Befestigung erfolgt mittels Nieten 7j die durch die in dem Kohlenstoffblock 4 gebildeten Löcher 6 hindurchgehen und beispielsweise konische oder kegelförmige Köpfe 8 für Eingriff mit der porösen metallischen Schicht 3 haben. Reibungskräfte, die an dem Reibelement 1 während des Arbeitens der Bremse erzeugt werden, werden auf den Tragteil 2 durch erhöhte radiale Rippen 9 übertragen, die an dem Tragteil 2 gebildet sind und mit den radialen Kanten 10 der Reibelemente 1 im Eingriff stehen.

Die oben beschriebene Ausführung hat den Vorteil, daß das verhältnismäßig schwache Kohlenstoffmaterial 4 des Reibkissens 1 in seinem Bereich der Anbringung an dem Tragteil 2 durch die poröse metallene Schicht 3 verstärkt ist, die mechanisch mit dem Kohlenstoffblock 4 verkeilt ist und die eine sichere Verbindung mit diesem bildet, so daß der Kohlenstoffblock 4 an den Nieten 7 befestigt ist, mittels deren das zusammengesetzte Reibelement 1 an dem Tragteil 2 befestigt wird.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer porösen metallenen Schicht 3 zum Binden eines Reibkissens an seinem Träger besteht darin, daß im Gegensatz zu gewissen anderen Bindungsschichten diese Schicht 3 keine Schicht niedriger Wärmeleitfähigkeit darstellt, sondern im Gegenteil gute Wärmeübertragungseigenschaften schafft₃ durch welche der Fluß von Wärme, die während eines BremsVorganges von dem Reibkissenmaterial erzeugt ist, zu der von dem Bremstragteil 2 geschaffenen Wärmesenke verbessert wird. Ein anderes Problem, welches sich bei Verwendung anderer Befestigungsmittel ergeben kann, besteht darin, daß durch unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem Kohlenstoffblock und einer Metallkomponente, an der er angebracht ist, ein Aufbrechen oder Zerstören des zusammengesetzten Gegenstands hervorgerufen · werden kann. Durch Verwendung einer verhältnismäßig feinen porösen Struktur gemäß der Erfindung sind die Wirkungen unterschiedlicher Ausdehnung verringert.

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Ira Pall eines mit Kohlenstoffasern verstärkten Bremsteiles, der sehr teuer sein kann, hat das Verfahren der Anbringung von Kohlenstoffreibkissen gemäß vorstehender Beschreibung den Vorteil, daß abgenutzte Reibkissen abgenommen und durch neue Kissen ersetzt werden können, ohne daß der gesamte Bremsteil ersetzt werden muß, wie es bei einen Kohlenstoffbremsteil der Fall ist, der einheitliche oder einstückige Reibflächen hat.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 3 dargestellt ist, ist ein Reibelenent 50 gemäß vorstehender Beschreibung ausgeführt mit der Ausnahme, dai: die Dichte der porösen metallischen Schicht 31 in dem Bereich 32 rund um die IJietenlöcher 33 und entlang eier radialen Widerlagerflächen 36 erhöht ist. Zusätzlich kann die Kinterfläche 34 des Reibelements 30 in dem Bereich 32 rund um die Hietenlöcher 33 erhöht werden, um mit versenkten Eindrückungen 35 in dem Tragteil 2 für zusätzliche Festigkeit der Verbindung in Eingriff zu treten. Die örtliche Erhöhung der Dichte der porösen metallischen Schicht kann während der Herstellung einer Metallschaumschicht durch cas ober. beschriebene Verfahren erzielt werden oder durch nachfolgende Verdichtung oder durch örtliches Zusammendrücken nach der Herstellung.

Bei einer in Fig. 4 dargestellten dritten Ausfhrungsform umfaßt ein Reibelement 40 gemäß vorstehender Beschreibung eine poröse metallische Schicht 4l, in der die Dichte in dem Bereich 42, der am weitesten in dem Kohlenstoffmaterial liegt, verhältnismäßig niedrig und nahe der Hinterfläche 43 des Reibelements 40 verhältnismäßig hoch ist. Die Dichte kann über die Dicke der porösen metallischen Schicht 4l progressiv zunehmen, oder die Schicht 4l kann abgestufte Dichte haben.

Bei einer in Fig. 5 dargestellten vierten Ausführungsform ist ein Reibelement 50, welches dem Reibelement gemäß der dritten oben beschriebenen Ausführungsform ähnlich ist,

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zusätzlich mit einer Gegenplatte 51 aus Metallblech versehen, die durch geeignete Bindemittel, beispielsweise durch Löten oder Hartlöten,dauerhaft an den Reibelement 50 befestigt ist. Die Gegenplatte 51 ist an den Nietenlöchern 52 vertieft, und sie ist an diesen Stellen in versenkten konischen Vertiefungen 53 in den Tragteil 2 angeordnet. Das Reibeler.ent 50 ist weiterhin an dem Tragteil 2 mittels Nieten 7 befestigt, die sich durch die konischen Vertiefungen 53 in der Gegenplatte 51 erstrecken. Durch Verwendung dieser Ausführung ist die Nietverbindung selbst ausreichend stark bzw. fest, um die beim Arbeiten der Bremse angetroffenen Reibungskräfte zu übertragen, und die radialen Widerlagerrippen an aen Tragteil 2 können nicht erforderlich sein.

Eei einer in den Fig. 6 und 7 dargestellten fünften Ausführungsform der Erfindung ist ein Reibelement 60 vorgesehen, welches so ausgeführt ist, wie es oben in Verbindung mit der zweiten Ausführungsform beschrieben worden ist, mit der Ausnahme, daß die poröse metallische Schicht 61 sich über die Kanten 62 des Kohlenstoffblocks hinaus-erstreckt. Der ver längerte Teil 63 kann verdichtet sein, beispielsweise durch Imprägnieren r,it Lötmaterial oder mit anderem Met all, oder durch andere F'ittel, um die Kantenteile 63 mit genügender Festigkeit zu verse'hen, um es ihnen zu ermöglichen, als Gegenplatte für den Reibblock zu wirken. Die Gegenplattenteile 63 können dann mittels Nieten 65 oder mittels Schweißen, Löten usv,'· an einem Tragteil 64 befestigt werden.

Obwohl bei der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsform die beim Arbeiten der Bremse an dem Reibelement 60 erzeugten Reibungskräfte auf den Tragteil 64 einzig durch die nieten 65 übertragen v/erden, können zusätzliche Tragmittel vorgesehen sein mittels sich radial erstreckender Rippen, die in den Tragteil gebildet sind und sich gegen radial erstreckende Kanten 66 der porösen metallischen Schicht 6l legen.

vJenn wie bei der oben beschriebenen vierten Ausführungsforrr; die poröse metallische Schicht unter Verwendung einer

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Hart lot technik oder anderer» LÖttechnlk an einer metallenen Gegenplatte befestigt ist, wirö durch die poröse Struktur die Festigkeit der ereeugten Verbindung Vergrößert, da sie das Bestreben hat, das geschmolsene Bindematerial durch Kapillarwirkung aufeunehmeh. Diese Wirkung würde auch in dem Fall erzeugt, in welchem eine poröse ßchlbht mittels eines Klebstoffs, beispielsweise eines Epojcyharfckiebßtoffs, an einer Gegenplatte befestigt wird.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsforinen wird die Erfindung bei der Herstellung Von LuftfatiriseugbremBen, die Kohlenstoffreibkissen enthalten, angewendet, und sie ist besonders wirksam bil dieser Anwendung ils Hinblick auf die spröde Natur des Kohlenatoffmaterialö uni im Hinblick auf die Schwierigkeiten, die angetroffen werden, wenn solches Material durch übliche Techniken an andere Materialien gebunden werden soll. Die Erfindung ist jedoch auch bei anderen Bindungeproblemen anwendbar, beispielsweise beim Binden von Glas an Metall oder beim Binden von Schichten aus Materialien, wie Polytetrafluorethylen, an irägteile. Als weiteres Beispiel 1st dl* Erfindung auch auf die Herstellung eines elektrischen Kontafctgebtrs, Schalters oder Schützes anwendbar, bei welchen ein Graphitblock durch die oben beschriebenen Mittel an eitlen starren Träger befestigt ist, sowie allgemeiner bei der Herstellung von Gegenständen, wie Lagern, Kolbenringen, Gleitltangen für «ich hin- und herbewegende TelIe,und auf die Herstellung von Drehpumpenschaufeln, bei denen es notwendig sein kann, eine nicht geschmierte Fläche geringer Reibung tu schaffen* die geeignet ist, in Gleitber rührung mit einer anderen fläche eu treten·

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Claims

Patentansprüche

Γΐ.^Zusammengesetzter Gegenstand mit einem Block aus nicht-metallischem Material, in den eine Schicht aus porösem Material in Form eines dreidimensionalen Netzwerks eingebettet ist, derart, daß eine Mehrzahl von miteinander in Verbindung stehenden zellenartigen Räumen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (3i 31; 4lj 61) sich nahe der einen Oberfläche (5j 34 j 43) des Blockes (4), jedoch nicht vollständig durch ihn hindurch erstreckt.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, äk daß die Schicht aus porösem Material an einem Tragteil (2;

64) befestigt werden kann.

3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus porösem Material metallisch ist.

4. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Teil des portteen Materials, der sich nahe der Fläche des Blockes (4) aus nicht metallischem Material erstreckt, au einem Vorsprung (32) für Eingriff mit einer entsprechenden Vertiefung (35i 53) eines zugeordneten Tragteiles (2j $H) gebildet ist.

5. Gegenstand nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (32) konische Gestalt hat und konzentrisch! m mit einem Loch (33) gebildet ist» cas in dem Block. (H) gebildet ist, um den Block mittels eines Nietes (7; 65) an

dem Tragteil zu befestigen'*

6. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch*

gekennzeichnet, daß die Dichte des

porösen Materials sich

über die Dicke der Schicht (41) deif Materials progressiv ; ändert. ;

7. Gegenstand nach »inem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht ($1) aus porösem Material abgestufte Dichte hat. " ■

8. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch

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gekennzeichnet, daß die Schicht (61) aus porösem Material über wenigstens eine Kante (62) des Blocks vorragt.

9. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet j daß an der Schicht aus porösem Material eine Blechmetallgegenplatte (51) dauerhaft befestigt ist.

10. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Block aus Kohlenstoff besteht.

11. Gegenstand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet» daß die Schicht in Kohlenstoff eingebettet ist und daß der Block weiterhin eine an den Kohlenstoff gebundene Graphitschicht aufweist.

12. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er an einem Träger (2; 64) derart befestigt ist, daß die Schicht (3; 31; 41; 61) aus porösem Material dem Tragteil benachbart angeordnet ist.

13. Gegenstand nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Vorsprünge (32) in einer bzw. mehreren entsprechenden Vertiefungen (35; 53) des Tragteils (2; 64) befestigt sind.

14. Gegenstand nach einem der Ansprüche 8 bis 13* dadurch gekennzeichnet, daß die vorragende Kante oder die vorragenden Kanten (63) des porösen Materials an einem Tragteil (64) befestigt ist bzw. sind.

15. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß er als Reibelement verwendet .ist.

16. Gegenstand nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

daß er an einem Bremsteil oder ehern Kupplungsteil befestigt ist, der als Tragteil für das Reibelement dient.

17. Gegenstand nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibelement mittels Nieten an einem Tragttil befestigt

ist und daß die dem Tragteil benachbarte Fläche des Reißelementβ mit konischen Vorsprüngen gebildet ist, die mit entsprechenden Vertiefungen in dem Tragteil im Eingriff stehen.

18. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten

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Gegenstands nach einem der Ansprüche i bis 17, dadurch ge- " ^r-'if

kennzeichnet, daß Material mit einer harzgebundenen Eueam- ., „ \Ψ"

mensetzung imprägniert und karbonisiert wird, um einen Block '*",'

zu bilden, in welchem das poröse Metallmaterial eingebettet ~ ist. . '-■

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