DE2634165A1

DE2634165A1 - Kohlenstoff-friktionsscheibe

Info

Publication number: DE2634165A1
Application number: DE19762634165
Authority: DE
Inventors: Norris Alan Hooton; Norman Eugene Jannasch
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1975-09-29
Filing date: 1976-07-29
Publication date: 1977-04-07
Also published as: JPS5243073A; CA1023277A; FR2325853A2; GB1513519A; FR2325853B2

Description

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The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center

Southfield, Mich. 4807 5 Anwaltsakte M-3

USA 26. Juli 1976

Kohlenstoff-Friktionsscheibe

Die Erfindung betrifft eine Kohlenstoff-Friktionsscheibe für eine Mehrscheibenbremse mit einem Körper aus zufällig ausgerichteten Kohlenstoffasern, mit einem Band aus zusammenhängenden Kohlenstoff asern an einer Umfangsflache des Körpers, die durch eine kohlenstoffhaltige Matrix zusammengehalten werden und miteinander verwoben sind, so daß der bauliche Zusammenhalt der Scheibe vergrößert wird und ein Bremsmoment über Schlitze an der Umfangsflache übertragen werden kann, mit einer Verkleidung, deren Expansionskoeffizent im wesentlichen gleich dem Expansionskoeffizient der kohlenstoffhaltigen Matrix ist, und welche die eine Umfangsflache bedeckt, mit Halteeinrichtungen, welche die Verkleidung an der Umfangsflache halten nach Patent ... (Patentanmeldung P 25 12 986.6) .

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Durch die Verwendung von Kohlenstoffscheiben als Friktionselement einer Luftfahrzeug-Radbremse wurde ein neuer Weg eröffnet, die Nutzlast und die Wirksamkeit des Bremssystems zu erhöhen.

Es ist bereits bekannt, daß eine zusammenhängende Kohlenstofffaser einer Kohlenstoffscheibe den baulichen Zusammenhalt verleihen kann, der zur Absorption des Bremsmoments erforderlich ist. Wenn eine sdbhe Kohlenstoffscheibe in Luftfahrzeug-Bremssystemen verwendet wird, ist sie häufig thermischen Bedingungen oberhalb von 426,7°C ausgesetzt. Oberhalb von 426,7°C oxydieren die nicht bestrichenen Flächen der Kohlenstoffscheibe. Dies kann zur vollständigen Zersetzung der Kohlenstoffmatrix und der zusammenhängenden Kohlenstoffaser führen, was wiederum das Versagen der Bremse nach sich zieht.

Außerdem ist ein Verfahren bekannt, mit dem ein Kohlenstoffsubstrat in feuchter Umgebung vor Oxydation geschützt wird. Danach wird eine bestimmte Fläche des Substrates mit einer Mischung aus Bor und einem Metall überzogen, die in einer Harzmatrix gehalten wird. Wie bei den meisten überzügen ist es schwierig, eine gleichförmige Dicke über die gesamte Umfangsflache aufrechtzuerhalten. Wo der Überzug unzulänglich ist oder ganz fehlt, verschlechtert sich das Kohlenstoffsubstrat nach einer bestimmten Zeitdauer der Bremsenbenutzung.

Außerdem wurde auch ein Metallring auf die äußere Umfangsflache ; aufgepreßt, um die Oxydation in den nicht bestrichenen Gebieten ι der Kohlenstoff-Friktionsscheibe zu verhindern. Wenn bei der ■.

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Reibung die erzeugte Wärmeenergie gering ist, arbeitet diese Einheit zufriedenstellend. Wenn sich die Temperatur erhöht, verändert sich der Zusammenhalt der Kohlenstoffscheibe und des Stahlrings direkt proportional zur Differenz der thermischen Expansionskoeffizienten. Nach einer Anzahl wiederholter Reibungsbetätigungen bei hohen Temperaturen treten strukturelle Defekte im Metall an der Umfangsflache der Kohlenstoffscheibe auf. Diese beruhen auf den verschiedenen Expansionskoeffizienten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kohlenstoff-Friktionsscheibe zu schaffen, deren umfangsflache vor Oxydation während des Bremsvorgangs geschützt ist, wobei gleichzeitig die Nachteile der oben erwähnten Schutzmaßnahmen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Nähe der Verkleidung ein Träger vorgesehen ist, der verhindert, daß irgendein äußeres Teil die Verkleidung so weit abreibt, daß eine Degradation der Kohlenstoff-Friktionsscheibe stattfinden kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch eine Luftfahrzeug-Radbremse mit t

Kohlenstoff-Friktionsscheiben _r die einen Oxydations-

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schutz in Form einer verstärkten Kohlenstoffverkleidung besitzt, welche die Degradation der nicht bestrichenen Umfangsflachen während des Bremsens verhindert;

Figur 2 die perspektivische Ansicht eines Abschnitts

einer Kohlenstoff-Friktionsscheibe, die eine Kohlenstoff-Schutzverkleidung besitzt, welche auf deren äußerer Umfangsflache aufsitzt;

Figur 3 die perspektivische Ansicht eines Abschnitts

einer Kohlenstoff-Friktionsscheibe, welche eine Kohlenstoff-Schutzverkleidung besitzt, die einstückig mit der Umfangsflache verbunden ist;

Figur 4 die perspektivische Ansicht eines Abschnitts

einer Kohlenstoff-Friktionsscheibe, die eine Kohlenstoff-Schutzverkleidung besitzt, welche durch Ausrichtstifte in der Nähe eines Antriebsschlitzes am Außenumfang gehalten wird;

Figur 5 die perspektivische Ansicht eines Abschnitts

einer Kohlenstoff-Friktionsscheibe, die einen durch einen Metallstreifen verstärkten Antriebsschlitz besitzt;

Figur 6 die perspektivische Ansicht eines Abschnitts

einer Kohlenstoff-Friktionsscheibe, welche den

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Befestigungsablauf einer Kohlenstoff-Tuchverkleidung an der äußeren Umfangsflache zeigt;

Figur 7 in perspektivischer Ansicht eine Kohlenstoff-Tuchverkleidung, die an der inneren Umfangsfläche eines Abschnitts einer Kohlenstoff-Friktionsscheibe befestigt ist;

Figur 8 in perspektivischer Ansicht einen Abschnitt

einer Kohlenstoff-Friktionsscheibe, die eine Kohlenstoff-Schutzverkleidung besitzt, welche einstückig mit der Umfangsflache verbunden ist, mit einer Explosionsdarstellung einer verstärkenden Schutzabschirmung, welche die Kohlenstoffkappe bedeckt und vor Abrieb schützt;

Figur 9 in perspektivischer Ansicht einen Abschnitt einer

Kohlenstoff-Friktionsscheibe, welche eine laminierte Abschirm- und Kohlenstoffverkleidung besitzt, die einstückig mit der Umfangsflache verbunden ist;

Figur 10 in perspektivischer Ansicht eine laminierte Abschirm- und Kohlenstoffverkleidung, die einstückig mit der inneren Umfangsflache einer Kohlenstoff-Friktionsscheibe verbunden ist;

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Figur 11 einen Schnitt durch die in Figur 1O gezeigte

Kohlenstoff-Friktionsscheibe.

Die in Figur 1 gezeigte Anordnung aus Rad und Bremse enthält ein Rad 10, das drehbar auf einer stationären Achse 12 angebracht ist. Diese besitzt ein stationäres Trägerteil 14, das an sie in geeigneter Weise, beispielsweise direkt über Bolzen (nicht gezeigt)_/ verbunden ist. Die Konstruktion, mit der das Rad 10 drehbar auf der Achse 12 montiert und das stationäre Trägerteil 14 mit der Achse befestigt ist, ist wohlbekannt. Eine genauere Beschreibung wird daher nicht für notwendig gehalten. Das Trägerteil enthält eine Mehrzahl von Strömungsmittelmotoren 16, von denen jeder eine Schutzhülse 18 enthält. Diese ist mit dem Träger verschraubt. Ein Kolben 20 ist in der Hülse angeordnet und gleitet dort. Ein Isolationsmaterialblock 22 ist am Vorderende des Kolbens mit einem Gewindezapfen 24 befestigt. Er schützt das hydraulische Bremsenströmungsmittel vor der während des Bremsens erzeugten Wärme. Das Rad 10 besteht aus zwei Abschnitten, die durch eine Mehrzahl von Bolzen 25 miteinander befestigt sind. Das Rad 10 enthält eine Nabe 26 und eine Felge 28, die miteinander durch mehrere Speichen 3 0 verbunden sind. Ein Drehmomentenrohr 32 enthält eine Hülse 34 und eine ringförmige Rückplatte 3 6. Es ist fest am Trägerteil 14 durch mehrere über den Umfang verteilte Bolzen 38 befestigt.

Die dargestellte Bremse ist eine Scheibenbremse; sie enthält mehrere Rotoren 40, die mit dem Luftfahrzeugrad 10 keilverzahnt sind und von diesem gedreht werden. Mehrere Statoren 42 sind ;

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mit der Hülse 34 des Drehmomentenrohrs 32 keilverzahnt. Die besondere neuartige Bauweise der Rotoren wird hiernach beschrieben. Sowohl die Rotoren als auch die Statoren können axial bewegt werden; sie werden manchmal als Bremsen"stapel" bezeichnet. Die Reibungsberührung dieser relativ zueinander umlaufenden Rotoren und Statoren erzeugt die erwünschte Bremswirkung am Rad des Luftfahrzeugs. An einer Druckplatte 44 ist ein Reibungsbelag 46 befestigt; sie selbst ist in geeigneter Weise am Strömungsmittelmotor 16 befestigt und drückt die Rotoren 40 und Statoren 42 gegeneinander. Dies geschieht dadurch, daß der gesamte Stapel gegen den Reibungsbelag 48 an der Rückplatte 3 6 gedrückt wird, wenn der Kolben 20 betätigt wird.

Jeder Rotor 40 besteht aus einer festen Kohlenstoff-Friktionsscheibe 50 (Figur 2), die aus einer Vielzahl zufällig orientierter Kohlenstofffasern 52 gebildet wird. Diese werden innerhalb eines Bandes aus zusammenhängenden Kohlenstoffasern 44 in einer kohlenstoffhaltigen Matrix 62 gehalten. Die zusammenhängenden Fasern 54 sind zu einem Band verwoben; sie ergeben einen Weg, über welchen das Rotationsmoment übertragen werden kann, das an den Einkerbungen 58 einer Keil-Schlitz-Kupplung angelegt wird. Die Kerbungen 58 befinden sich in gleichmäßigem Abstand auf der Umfangsflache 56 der Kohlenstoffscheibe 40 (vergleiche Figur 6). Jede Einkerbung 58 berührt gleitend einen axialen Teil 60 (Figur 1),der am Innenumfang des Rads 10 des Luftfahrzeugs angeordnet ist. Selbstverständlich könnte die Anordnung , aus Teil und Schlitz am Rotor 40 und Rad auch umgedreht werden;

wenn jedoch die Schlitze in der Kohlenstoffscheibe 50 angebracht

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j werden, ist die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers, der durch die Scherkraft verursacht wird, stark verringert.

Eine Anzahl Kohlenstoff-Tuchverkleidungen 64 ist auf der Umfangsfläche 56 der Kohlenstoffscheibe 50 zwischen den Einkerbungen angebracht. Jede Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 ist aus gewobenem Kohlenstofftuch hergestellt, das zur Verhinderung der Oxydation mit einem Füllstoff imprägniert wurde. Der Füllstoff wird aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Phosphor, Bor, Alluminium, Mangan, Chrom, Silicium, Tantal und die Oxyde dieser Elemente sowie ein duroplastisches Harz, das in einem Lösungsmittel suspendiert ist. Die flüchtigen Bestandteile des Lösungsmittels werden durch ein- bis zweistündige Drucklufttrocknung bei Zimmertemperatur entfernt. Danach wird das gewobene Kohlenstofftuch 15 bis 20 Minuten lang in einen Vakuumofen gebracht, der sich auf einer Temperatur zwischen 70 und 90⁰C befindet. Das imprägnierte gewobene Kohlenstofftuch kann nun längere Zeit bei einer Temperatur von 10⁰C ohne Verschlechterung gelagert werden.

Wenn eine Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 benötigt wird, wird ein Stück mit einfacher Dicke des imprägnierten, gewobenen Kohlenstofftuchs vom Vorrat entfernt und in einem Ofen, der eine Temperatur zwischen 85 und 100⁰C besitzt, 25 bis 35 Minuten ι lang vorgewärmt. Das Kohlenstofftuch wird dann aus dem Ofen ' entfernt und in eine heiße Form gebracht, welche entweder die ■' Gestalt der inneren oder die Gestalt der äußeren Umfangsj fläche der Kohlenstoff-Friktionsscheibe besitzt. Es hat sich herausgestellt, daß ein duroplastisches Harz ausreichend

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aushärtet, wenn eine Temperatur zwischen 140 und 160⁰C bei einem

Druck zwischen 63,28 und 77,34 kg/cm 25 - 35 Minuten lang Verwendung findet. Wenn das Kohlenstofftuch aus der Form entfernt wird, besitzt es eine Gestalt, die der in Figur 6 gezeigten ähnlich ist. D.h., es ist gekrümmt und U-förmig. Für einige Anwendungsfälle wird die Kohlenstoff-Tuchverkleidung auf die richtige Größe geschnitten, so daß sie gegen die Schulter 66 anliegt, wie dies in Figur 3 gezeigt ist. Um sicherzustellen, daß ein gleichmäßiger Expansionskoeffizient zwischen der Kohlenstoff-Friktionsscheibe 50 und der gekrümmten Verkleidung vorliegt, muß der Füllstoff verkohlt werden, so daß das Oxydationsmaterial im Kohlenstofftuch in einer kohlenstoffhaltigen Matrix aufgenommen wird. Das Verkohlen des imprägnierten Kohlenstofftuches wird in einem Ofen ausgeführt, in dem die Temperatur in der nachfolgenden Sequenz variiert wird. Die Aufwärmung, die in Stickstoffatmosphäre ausgeführt wird, erfolgt mit den folgenden Veränderungsraten der Temperatur: 95°C pro Stunde zwischen Zimmertemperatur und 425°C; 38⁰C pro Stunde zwischen 425°C und 595°C; 205⁰C pro Stunde zwischen 595°C und 1000⁰C. Bei dieser Temperatur hat sich das Harz im Füllstoff in eine kohlenstoffhaltige Matrix umgewandelt. Beim Abkühlen wird die Temperatur gleichmäßig mit einer Rate von 200⁰C pro Stunde zwischen 1000⁰C und 200⁰C verringert, bevor die Verkleidung der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird.

In einigen Fällen soll die Dichte der Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 weiter erhöht werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die oben beschriebene Imprägnierung mit dem Füllstoff wiederholt

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wird und der Verkohlungszyklus ebenfalls wiederholt wird.

Die Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 wird nun an der Umfangsflache der festen Kohlenstoffscheibe 50 befestigt. Das Gebiet zwischen den Einkerbungen 58, in denen die zusammenhängenden Kohlenstofffasern 54 angeordnet sind, wird dabei auf folgende Weise eingekapselt: Das Innere von jedem U-förmigen, gekrümmten Segment wird mit einer Mischung aus duroplastischem Harz und amorphem Bor in Methyl-Äthyl-Keton-Lösung ausgemalt. Jede Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 wird nun auf der Umfangsflache 56 zwischen zwei Antriebseinkerbungen 58 aufgesetzt. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verläuft ein Paar Kohlenstoff-Ausrichtstifte 70 und 72 durch die Kohlenstoffscheibe 50 (vergleiche Figur 3). Die Kohlenstoffstifte 7 0 und 72 halten die Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 starr an der Umfangsflache 56 fest und bilden zwischen diesen Teilen eine Verbindung. Nachdem alle Umfangsflachen 56 mit einer Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 bedeckt sind, wird der Rotor 40 in einen Ofen gebracht und eine Stunde lang bei 7 0⁰C getrocknet. Dabei werden die flüchtigen Bestandteile des duroplastischen Kunstharzbindemittels entfernt. Die Temperatur im Ofen wird mit einer Rate von 53⁰C pro Stunde erhöht, bis eine Temperatur von 250⁰C erreicht wird.Diese Temperatur wird eine Stunde lang aufrechterhalten; danach hat das duroplastische Harz eine feste Bindung ausgebildet. Der Rotor 40 wird nun auf Zimmertemperatur abgekühlt. Wenn mehrere Rotoren 40 hergestellt worden sind, werden sie in einem Ofen angeordnet und ein Verkohlungszyklus wird in der zuvor beschriebenen Art ausgeführt, wobei das Füllmaterial der Kohlenstoff-

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Tuehverkleidung 64 verkohlt wird. Dadurch wird eine kohlenstoffhaltige Matrix für die Verbindung zwischen der Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 und der Umfangsflache 56 der Kohlenstoffscheibe 50 geschaffen.

Wenn die Rotoren 40 aus dem Verkohlungszyklus kommen, sieht jeder Rotor 40 ungefähr so aus, wie dies in Figur 4 gezeigt ist. Dies reicht für die meisten Anwendungsfälle bei Bremsen aus. Wenn jedoch eine mögliche Beschädigung der Rotoreinkerbungen 58 beim Einbau der vollständigen Bremse verhindert werden soll, wird eine Metallverstärkungsplatte 74 durch Antriebsstifte 7 6 und 78 an der Umfangsflache befestigt (vergleiche Figur 4). Wie in Figur 5 gezeigt ist, wird die U-förmige Kohlenstoff-Tuchverkleidung auf Schultern 79 bzw. 81 aufgebracht. Auf diese Weise ergibt sich ein kontinuierlicher, fester Rückhalt für die Verstärkungsplatte 74. Bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform ist die Verstärkungsplatte 74 so ausgebildet, daß sie die Kohlenstoff-Ausrichtstifte 70 und 72 bedeckt und sicherstellt, daß die Kohlenstoff-Tuchverkleidung relativ eng auch dann an der Umfangsflache 56 verbleibt, wenn die kohlenstoffhaltige Verbindung einen Bruch erleiden sollte.

Die in Figur 7 gezeigte Ausführungsform zeigt den Umfangsschutz des Stators am Innendurchmesser 83. Die Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 ist genau dieselbe wie beim Rotor; der U-förmige gekrümmte Abschnitt ist jedoch umgekehrt, so daß er zum Innendurchmesser 83 paßt.

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j Manchmal kann die Kohlenstoffverkleidung 64 durch Wechselwirkung mit anderen Radteilen, beispielsweise dem axialen Keil 60,abgerieben werden. Um dies zu verhindern, wird eine Kappe oder ein Träger 80 vorgesehen,welcher den Schutz aufrechterhält oder verstärkt, der von der Kohlenstoffverkleidung 64 an der Kohlenstoff-Friktionsscheibe 50 gebildet wird. Die Kappe oder der Träger 80, der in Figur 8 gezeigt ist, enthält eine Abschirmung 82

Draht
aus Edelstahl. Der durchmesser liegt im Bereich zwischen 0,1778 und 0,3048 mm bei quadratischer Webung zwischen 1,41 und 0,905 mm. Die Abschirmung 82, die gekrümmt ausgebildet ist, besitzt Öffnungen 84 und 85 an ihren Enden. Durch diese verlaufen die Antriebsstifte 76 und 78, welche die Verstärkungsplatte 74 halten.

Um die Herstellung der Kohlenstoff-Friktionsscheibe mit dem durch die Verkleidung 64 und die Abschirmung 80 geschaffenen Oxydationsschutz zu erleichtern, kann die Verkleidung 82 einstückig mit der Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 auf folgende Weise gebildet werden!

Ein Bogen der Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 und ein Bogen der Abschirmung 80 werden in ein Bad getaucht, welches einen Füllstoff aus der folgenden Gruppe enthält: Phosphor, Bor, Aluminium, Mangan, Chrom, Silicium, Tantal ,die Oxyle dieser Elemente sowie ein αμΓορ^Ξ^ΞσΙιβΞ Harz, das in einem Lösungsmittel suspendiert ist. Jeder Bogen wird 1 bis 2 Stunden lang mit Druckluft ge-•| trocknet. Danach wird ein Bogen der Abschirmung 8 0 auf die Außenseite eines Bogens der Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 aufgebracht, worauf beide in eine heiße Form eingesetzt werden, welche

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die Gestalt entweder der Innen- oder der Außenumfangsflache einer Kohlenstoff-Friktionsscheibe besitzt. Das duroplastische Harz fließt und bildet eine Matrix, welche die Abschirmung 80 und die Kohlenstoff-Tuchverkleidung 64 zu einer einstückigen Kappe 86 verbindet, wie dies in Figur 9 gezeigt ist, wenn das duroplastische Harz bei einer Temperatur zwischen 140 und 160⁰C bei einem

Druck zwischen 63,28 und 77,34 kg/cm ungefähr 30 Minuten lang ausgehärtet wird.

Das Innere der einstückigen Kappe 8 6 wird nun mit einer Bindemischung eines duroplastischen Harzes und amorphen Bors in Methyl-Äthyl-Ketonlösung ausgemalt und danach auf der Umfangsflache der Kohlenstoff-Friktionsscheibe aufgebracht. Wenn die gesamte Umfangsflache bedeckt ist, wird die Friktionsscheibe in eine Form in einem Ofen gebracht, in dem sich eine Stickstoffatmosphäre befindet. Ein Druck wird auf die einstückige Kappe 86 ausgeübt; die Temperatur wird eine Stunde lang bei ungefähr 7 0⁰C gehalten, wobei die flüchtigen Bestandteile entfernt werden und das duroplastische Harzbindemittel ausgehärtet wird. Danach wird die Temperatur des Ofens mit einer Rate von ungefähr 50⁰C pro Stunde erhöht, bis eine Temperatur von 250⁰C erreicht ist. Danach wird die Temperatur mit einer Rate von 9 5°C pro Stunde bis auf 42 5°C, danach mit einer Rate von 40⁰C pro Stunde auf eine Temperatur von 595°C und danach mit einer Rate von 2 05⁰C pro Stunde auf 1000⁰C gebracht. Bei dieser Temperatur hat sich das Harz im Füllstoff und in der Bindemischung zu einer kohlenstoffhaltigen Matrix umgewandelt. Die Kohlenstoff-Friktionsscheibe mit der daran befestigten einstückigen Kappe 86 wird nun mit einer Rate

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von 200⁰C pro Stunde von 1000⁰C auf 200⁰C abgekühlt, bevor sie der Atmosphäre ausgesetzt wird. Danach wird die Metallverstärkungsplatte 74 daran mit den Stiften 7 6 und 78 befestigt.

Es hat sich herausgestellt, daß die Statoren 42 keine Metallverstärkungsplatte benötigen. Demzufolge ist es wünschenswert, ein Niet 88 ungefähr in der Mitte des gekrümmten Abschnittes der Kappe 86 anzubringen. Unterlagsscheiben 90 und 92 werden an der Außenseite der Abschirmung angebracht und ergeben eine größere Fläche, an welcher die verstärkte Kohlenstoff-Tuchverkleidung oder Kappe 86 an der Umfangsflache der Kohlenstoff-Friktionsscheibe 42 festgehalten wird.

Wenn ein Luftfahrzeug landet, entwickelt das Rad 10 ein Drehmoment, welches den Rotor 40 dreht. Der Pilot betätigt beim Landen eine nicht gezeigte Strömungsmittel-Druckquelle, versorgt damit den Kolben 20 mit einer Kraft, welche die Statoren 42 axial auf die Rückplatte 3 6 zubewegt. Auf diese Weise geraten die Stator-Kohlenstoffscheibe 42 und die Rotorscheibe 4 0 in Reibung sberührung. Diese Reibungsberührung erzeugt Wärme, welche über die Kohlenstoffscheibe im Rotor 4 0 und Stator 42 verteilt wird. Wenn die Wärmeenergie im Rotor 40 und Stator 42 zu Temperaturen über 4 00^QC führt, reagiert der Füllstoff in der gewobenen Tuchverkleidung 64 mit atmophärischem Sauerstoff und bildet eine Barriere, welche das weitere Eindringen von Sauerstoff in die Umfangsflache 56 verhindert. Der Füllstoff bleibt, auch nachdem die Bremskraft aufgehört hat, in flüssigem Zustand, bis der Stator 42 und der Rotor 40 unter eine

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Temperatur abgekühlt hat, bei der eine Oxydation des Kohlenstoffs auftritt.

Auf diese Weise wird ein Schutz der nicht bestrichenen Gebiete eines Kohlenstoff-Scheibenbremsenstators 42 und -rotors 44 geschaffen, bei dem ein Material gleichmäßiger Dicke, welches mit die Oxydation verhindernden Stoffen imprägniert wird, ein einstückiger Teil oder eine Verlängerung der Umfangsflache wird. Die Stoffe, welche die Oxydation verhindern, können ohne weiteres so gewählt werden, daß sie dem Kohlenstoffsubstrat Schutz bilden, dessen Arbeitsumgebung zwischen trocken und feucht variieren kann, ohne daß dabei die Reibungscharakteristik der gesamten Kohlenstoff-Reibungsbremse beeinträchtigt würde.

Um die Resultate der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen, wurde ein Stapel aus Statoren 42 und Rotoren 40 gebaut. Ein gewobenes Kohlenstofftuch einfacher Dicke wurden vorimprägniert, indem es I_n ein Bad getaucht wurden, welches eine Lösung aus 33 % duroplastischem Harz und Methyl-Äthyl-Keton als Lösungsmittel enthielt. Das Tuch sowie die Abschirmung wurden aus dem Bad entfernt und abgetropft, bis die überschüssige Lösung abgelaufen war. Das vorimprägnierte Kohlenstofftuch sowie die Abschirmung wurden dann in ein Bad eingetaucht, welches 42 % duroplastisches Harz, 27 % Graphitfüllstoff, 25 % Methyl-Äthyl-Keton und 6 % einer die Oxydation verhindernden Substanz enthielt, die aus der folgenden Gruppe gewählt wurde: Phosphor, Bor, Aluminium, Mangan, Chrom, Silicium, Tantal, Oxyde dieser Elemente. Das imprägnierte Kohlenstofftuch und die imprägnierte Abschirmung

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! wurden dann entfernt; überschüssiger Überzugsstoff wurde durch Ziehen über eine Glasstange entfernt. Das Kohlenstofftuch und die Abschirmung wurden dann aufgehängt und ungefähr 2 Stunden lang mit Druckluft bei Zimmertemperatur getrocknet. Das Kohlenstofftuch und die Abschirmung wurden dann in einen Vakuumofen eingebracht _t der sich auf einer Temperatur zwischen 90 und 95⁰C befand. Hier verblieben sie 3 0 Minuten, wodurch das Kunstharz gerade anfing, biegsam zu werden. Dann wurden Tuch und Abschir-

mung in eine Form gebracht; ein Druck von 70,31 kg/cm wurde 30 Minuten lang angelegt, wobei die Temperatur auf 150⁰C erhöht wurde. Das durch die Abschirmung verstärkte Kohlenstofftuch wurde dann auf Zimmertemperatur abgekühlt; es hatte die Gestalt der Form angenommen. Die durch die Abschirmung verstärkten Kohlenstoff tücher wurden dann beschnitten, wobei Grate entfernt wurden. Es entstanden Kappen 86 mit einer gekrümmten Länge, die der Entfernung zwischen den Antriebseinkerbungen an der Umfangsflache der Friktionsscheibe entsprachen. Das Innere der durch die Abschirmung verstärkten Kohlenstoff-Tuchkappen 86 wurde dann mit einer Mischung aus duroplastischem Harz und amorphem Bor in einer Lösung aus Methyl-Äthyl-Keton überzogen und gegen die Umfangsfläche zwischen den Antriebseinkerbungen der Kohlenstoffscheibe durch eine Befestigungsvorrichtung angedrückt. Die Kohlenstoffscheibe und die befestigten Kappen wurden dann in einen Ofen gebracht; die Temperatur wurde mit einer Rate von 53⁰C auf 250⁰C, mit einer Rate von 95⁰C pro Stunde zwischen 25O⁰C und 425°C, mit einer Rate von 38°C pro Stunde zwischen 425⁰C und 595⁰C und mit einer Rate von 205°C pro Stunde zwischen 595°C und 1000⁰C in Stickstoffatmosphäre

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erhöht. Zu dieser Zeit hatte sich das duroplastische Harz zu einer kohlenstoffhaltigen Matrix umgewandelt, über welche die Kappen 86 mit dem Kohlenstoffsubstrat verbunden waren. Die kohlenstoffhaltige Matrix im Kohlenstofftuch enthält den die Oxydation verzögernden und feuchtigkeitsbeständigen Wirkstoff •in den Kappen und verhindert, daß Sauerstoff an die Umfangsflache gelangt. Der Rotor mit den nun befestigten Kappen wurde dann auf 200⁰C in StickstoffUmgebung abgekühlt, bevor er der Luft ausgesetzt wurde.

Stahlverstärkungsplatten wurden am Umfang an den Antriebseinkerbungen befestigt. Der Rotor- und Statorstapel wurde auf einem Bremsenversuchsstand angebracht. Dieser' Bremsenversuchsstand simuliert 100x das Anhalten eines Luftfahrzeugs, bevor die Bremse zur Verwendung im Handel zugelassen werden kann.

Dieser Bremsenstapel passierte den Test, ohne daß eine Oxydations-Degradation auftrat, welche die Umfangsflache oder die gesamten Reibungscharakteristiken der Kohlenstoffscheibe beeinflußte.

Zur Auswertung der Gesamtwirksamkeit der Kohlenstoffverkleidung 84, der Abschirmung 80 und der einstückigen, durch die Abschirmung verstärkten Kohlenstoffverkleidung oder -kappe 86 wurde eine Kohlenstoff-Friktionsscheibe herangezogen, die als Rotor für ein Luftfahrzeug gebaut war. In dem gewählten Rotor gab es sieben verfügbare Umfangspositionen für die Auswertung.

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Position Nr. 1 wurde als Kontrolle gewählt.Ein herkömmliches, die Oxydation verhinderndes Tränkmittel wurde auf dem nicht überstrichenen Abschnitt angebracht.über Positioner. 2 wurde eine Kohlenstoffνerkleidung angeordnet, die der in Figur 6 gezeigten entsprach. An Position Nr. 3 wurde eine Abschirmung 80 über der Kohlenstoffverkleidung 64, wie in Figur 7 gezeigt, angebracht. An den Positionen Nr. 4 und 5 wurden einstückige, durch die Abschirmung verstärkte Kohlenstoffverkleidungen oder -kappen 86 befestigt. Die Abschirmung hatte eine quadratische Webung von 0,905 mm. An den Stellungen Nr. 6 und 7 wurden einstückige, durch eine Abschirmung verstärkte Kohlenstoffverkleidungen oder -kappen 86 befestigt, wobei die Abschirmung eine quadratische Webung von 1,154 mm aufwies.

Dieser Rotor wurde dann an einem Dynamometer angebracht, welches so belastet wurde, daß 15,2 kgm/kg simuliert wurden. Die Rotoranordnung wurde dann gedreht, wodurch eine anfängliche Gleitgeschwindigkeit von 2 5,3 m/sec. simuliert wurden.Die Bremsen wurden eingerückt, um die Rotoranordnung anzuhalten. Die höchste Temperatur, welcher die Rotoranordnung ausgesetzt war, betrug

1.093,6⁰C. Insgesamt wurden von der Rotoranordnung 90 Bremsvorgänge ausgeführt, bevor sie auseinandergebaut und ausgewertet wurde.

Folgende Beobachtungen wurden bei den verschiedenen Schutzarten gemacht, welche die Oxydation dieser Kohlenstoff-Reibscheibe verhindern sollten:

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Position Nr. 1

Ordentlicher Schutz; Einbringen der Oxydation bis zu 1/16"; kein Widerstand der Oberfläche gegen Abrieb.

Position Nr. 2

Guter Schutz; durch Oxydation der Kappenbestandteile konnte die Kappe leicht abgerieben und entfernt werden, wenn sie von einem äußeren Teil berührt wurde.

Position Nr. 3

Kappe wie in Position Nr. 2; die Abschirmung ergab jedoch einen Schutz gegen Abrieb.

Positionen Nr. 4 und Nr. 5

Guter Schutz; die geringfügig schwerere Abschirmung schien die Kanten der Kappen vom Substrat abzuheben. Hervorragender Widerstand gegen Abrieb.

Positionen Nr.6 Guter Schutz; gute Haftung; hervorragen- und Nr. 7 der Widerstand gegen Abrieb.

Jede Fläche, die von der Kohlenstoff-Verkleidung 64 geschützt war, konnte zur kommerziellen Verwendung in einem Luftfahrzeug zugelassen werden; diejenigen Flächen, bei denen zusätzlich eine Abschirmung vorhanden war, konnten vor Abrieb der Kohlenstoff verkleidung durch ein äußeres Teil geschützt werden, so daß sich ein Schutz vor Oxydation unter verschiedenen Bedingungen ergab, ohne daß die bauliche Einheit der Kohlenstoff-Friktions-

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scheibe beeinträchtigt wurde.

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Claims

Patentansprüche

., Kohlenstoff-Friktionsscheibe für eine Mehrscheibenbremse mit einem Körper aus zufällig ausgerichteten Kohlenstoffasern, mit einem Band zusammenhängender Kohlenstoffasern an einer Umfangsflache des Körpers, die von einer kohlenstoffhaltigen Matrix zusammengehalten werden und zu einem Band verwoben sind, wodurch der bauliche Zusammenhalt der Scheibe erhöht wird und ein Bremsmoment über Einkerbungen übertragen werden kann, welche an der Umfangsflache angeordnet sind, mit einer Verkleidung, dessen Expansionskoeffizient im wesentlichen gleich dem Expansionskoeffizient der kohlenstoffhaltigen Matrix ist, welche die Umfangsflache bedeckt, mit Halteeinrichtungen, welche die Verkleidung an der Umfangsflache festhalten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (80) in der Nähe der Verkleidung (64) vorgesehen ist, welcher ver-

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hindert, daß ein äußeres Teil die Verkleidung (64) so weit abreibt, daß eine Degradation der Kohlenstoff-Friktionsscheibe (50) stattfinden kann.
2. Kohlenstoff-Friktionsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (8 0) eine Reihe von Abschirmungen (82) enthält, wobei die Halteeinrichtungen (70,72) oder zusätzliche Halteeinrichtungen (88) die Abschirmungen an der Verkleidung (64) festhalten.
3. Kohlenstoff-Friktionsscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtungen Graphit-Zapfen (70,72) enthalten, welche durch die Abschirmungen (82), die Verkleidungen (64) und den Körper der Scheibe (50) verlaufen.
4. Kohlenstoff-Friktionsscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abschirmung (80) einen Krümmungsmittelpunkt enthält, daß die zusätzlichen Halteeinrichtungen eine Reihe von Nieten (88) enthalten, welche durch den Krümmungsmittelpunkt von jeder Abschirmung (82) verlaufen und durch die Verkleidung (64), welche der Umfangsflache (56,85) benachbart ist.
5. Kohlenstoff-Friktionsscheibe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (64) eine Reihe von Kappen enthält, welche entlang der Umfangsflache (56,84) zwischen den Einkerbungen (58) verlaufen und jeweils ein Kohlenstofftuch enthalten, das einen U-förmigen

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Querschnitt besitzt und im wesentlichen die zusammenhängenden Kohlenstoffasern in der kohlenstoffhaltigen Matrix einkapselt, wobei die Abschirmungen (82) die Kappen (64) bedecken und jeweils einen U-förmigen Querschnitt besitzen, welcher den Kappen (64) entspricht, und eine Verstärkung für das gesamte Kohlenstoff-Tuch bilden.
6. Kohlenstoff-Friktionsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (80) ein zweites Bindemittel enthält, welches zwischen jeder Abschirmung (82) und der Kappe (64) angeordnet ist, wodurch eine im wesentlichen einheitliche Struktur geschaffen wird.
7. Kohlenstoff-Friktionsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bindemittel ein Harz enthält, welches durch die Oxydation verhindernde Stoffe modifiziert ist und verkohlt werden kann, so daß eine kohlenstoffhaltige Matrix erzeugt wird, welche die Abschirmung (82) und die Kappe (64) in im wesentlichen stationärer Lage festhält.

7098H/09Ö3