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US-A-5 230 946 offenbart
einen beschichteten Carbon-Carbon-Verbundwerkstoff aus einem Faserkern
in einer Kohlenstoffmatrix und einer Antioxidantenbeschichtungslage
aus Siliziumcarbid.
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Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Bremsscheibe für eine Scheibenbremse
umfassend einen Bremsbereich für
das Zusammenwirken mit Bremssatteln, um einen Bremseffekt auf ein
Fahrzeug auszuüben.
Der Bremsbereich besteht aus einem Formkörper, der sich um eine Symmetrieachse
erstreckt und durch Bremsflächen seitlich
begrenzt ist. Der Formkörper
kann in der Weise hergestellt werden, dass eine Mischung aus Filamentbündeln, die
im wesentlichen aus Carbon bestehen, und Silizium bei einer Temperatur
zusammenwirken, die hoch genug ist, um eine Fusion mit Silizium
herbeizuführen.
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Der
Ausdruck „Filamente,
die im wesentlichen aus Carbon bestehen" ist so zu verstehen, dass er auch fibröse Materialien,
hergestellt durch Pyrolyse von verschiedenen Produkten synthetischen
Ursprungs, beispielsweise Polyacrylnitril (PAN) oder Polysilazan
oder natürlichen
Ursprungs, beispielsweise Pechen oder auf Cellulose basierenden
natürlichen
Quellen wie Pflanzenfasern und Holz, umfasst.
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Der
Ausdruck „Filamentbündel" ist so zu verstehen,
dass dadurch Filamentgruppen von 3000 bis 50000 Einheiten und mit
Durchmessern zwischen 2 und 3 μm,
die miteinander verbunden und mit einem Harz imprägniert sind,
beispielsweise Polyurethanharz, erfasst sind.
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Die
Bündel
werden anschließend
gebrochen und haben Längen
von weniger als 30 mm und sind letztendlich in der Mischung wahllos
angeordnet.
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Diese
wahllos angeordneten Filamentbündel werden
im allgemeinen auf der Basis der Anzahl von Einheiten, die das Bündel bilden,
definiert, beispielsweise als 3 K, 10 K, 50 K usw. Es ist bekannt
keramische Verbundmaterialien in verschiedenen Anwendungen zu verwenden,
die eine hohe Schlagfestigkeit, Druckfestigkeit und Wär mewiderstand,
erzeugt durch Reibung, erfordern, wobei diese Eigenschaften durch
reine Keramikmaterialien wegen derer intrisinischen Brüchigkeit
nicht gewährleistet
sind. Insbesondere werden bekannte keramische Verbundmaterialien
für Bremsanwendungen
durch das Zusammenwirken von Silizium mit einer Mischung, die Carbonfilamentbündel und
Additive, bei einer Temperatur, bei der das Silizium sich in der
schmelzflüssigen
Phase befindet, hergestellt.
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Filamentbündel, wie
sie voranstehend definiert sind, wurden während der Präparation
der voranstehend erwähnten
Materialien verwendet, da ein Verbundmaterial mit annehmbaren Kohäsionseigenschaften
im wesentlichen produzierbar ist, mit relativ niedrigen Produktionskosten.
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Nach
dem Stand der Technik können
diese Verbundmaterialien in der folgenden Weise aufbereitet werden:
Die
Filamentbündel
werden mit einem aggregierenden Harz, Pechen und anderen Additiven
gemischt und die Mischung in eine Form eingebracht, in welcher sie
durch Erhitzen und die Anwendung von Druck zu einem halbfertigen
Produkt geformt wird. Das halbfertige Produkt wird in einem ersten
Brenngang in einem Ofen einer derartigen Temperatur ausgesetzt,
dass die Carbonisierung oder Pyrolyse des Harzes eingeleitet wird.
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Als
ein Ergebnis dieses Brennens weisen die halbfertigen Produkte einen
Grad an Porosität
als Folge des Verlustes von flüchtigem
Material bei den Carbonisierungs- oder
Pyrolysetemperaturen auf.
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Das
gebrannte halbfertige Produkt wird dann einer zweiten Brennung in
Anwesenheit von Silizium einer derartigen Temperatur ausgesetzt,
dass es zu einer Fusion und eines Eindringens des Siliziums in die
Poren des halbfertigen Produkts kommt.
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Die
Infiltration des Siliziums erhöht
die Kohäsion
der Carbonfilamentbündel
und zur gleichen Zeit reagiert teilweise das geschmolzene Silizium
mit dem Kohlenstoff während
der Bedingungen des zweiten Brandes, wobei Siliziumcarbide gebildet
werden, die den Effekt besitzen die Kohäsionseigenschaften des Materials
zu verbessern. Das Verbundmaterial, hergestellt nach der voranstehend
beschriebenen Methode, wird oft in der Produktion von Brems-Kupplungskomponenten
für Fahrzeuge
verwendet, insbesondere für
Scheibenbremsen, infolge der guten Eigenschaften bezüglich der
Kompressionsstärke
und des Hitze- und Verschleißwiderstandes.
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Trotz
der voranstehend beschriebenen guten Eigenschaften weisen bekannte
Bremsscheiben aus diesem Verbundstoffmaterial den schweren Nachteil auf,
dass jede Risse oder Brüche,
die in ihnen gebildet werden als Ergebnis von Wärme und/oder Kompressionsspannungen
dazu neigen, sich rasch durch die Struktur des Materials auszubreiten,
und bringen dieses zum kompletten Zerfall. Der Einsatz bekannter
Bremsscheiben für
Fahrzeugscheibenbremsen führt
somit klarerweise zu erheblichen Risiken für die Sicherheit des Anwenders.
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Das
durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem besteht darin,
eine Bremsscheibe für eine
Scheibenbremse zur Verfügung
zu stellen, die strukturelle und funktionelle Eigenschaften besitzt, durch
welche die zuvor erwähnten
Nachteile im Stand der Technik überwunden
werden.
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Dieses
Problems wird durch die Bremsscheibe für eine Scheibenbremse gemäß Patentanspruch 1
gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, dass
der Einbau von verstärkenden
Fasern in einer Mischung, die Bündel von
wahllos angeordneten Filamente innerhalb des Formkörpers der
Bremsscheibe für
eine Scheibenbremse eine Scheibe aus einem Verbundstoffmaterial
mit einem geformten Körper
produziert, der gute Kohäsionseigenschaften
besitzt und zur gleichen Zeit die Ausbreitung von Rissen durch den
Gesamtkörper
verhindert, wenn die Scheibe im Einsatz ist.
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Die
verstärkenden
Fasern erstrecken sich bevorzugt in der Scheibenstruktur des Verbundstoffmaterials
gemäß der Erfindung
in der gesamten Gestalt.
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Alternativ
können
die Verstärkungsfasern nur
in einigen Bereichen der Scheibe vorgesehen sein, beispielsweise
in den Bereichen, in denen Risse auftreten als auch in den Bereichen,
die durch Bruch Ausbreitungspfaden beeinträchtigt sind, wobei diese Bereiche
auf der Basis von Strukturberechnungen leicht identifizierbar sind.
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Zum
Beispiel ist es im Fall einer axialsymmetrischen Struktur, wie sie
bei einer Bremsscheibe für eine
Scheibenbremse vorliegt, aufgrund von Strukturberechnungen klar,
dass die Riss-Ausbreitungspfade in Bezug auf den Formkörper mit
größter Wahrscheinlichkeit
radial verlaufen, so dass die Ausbreitung vom inneren der Scheibe
nach außen
in einem Ausmaß erfolgt,
bei dem die Scheibe explodiert.
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In
einer Bremsscheibe für
eine Scheibenbremse wird daher die Ausbreitung von Ris sen verhindert,
indem die Verstärkungsfasern
beispielsweise rings um kreisförmige
Teile der Scheibe mit ansteigender Größe angeordnet sind.
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Es
ist wichtig, dass die Verstärkungsfasern ausreichende
Kohäsionseigenschaften
zu den anderen Komponenten des Verbundstoffmaterials haben, die
die Bremsscheibe bilden, um zu verhindern, dass die Gesamtstruktur
bei der Verwendung auseinanderfällt,
selbst bei Abwesenheit von Rissen oder Brüchen.
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Desweiteren
sollen die Verstärkungsfasern im
wesentlichen inert in Bezug auf die Komponenten des Verbundstoffmaterials
sein und eine adäquate Möglichkeit
besitzen den Temperaturen der Pyrolyse und der Infiltration von
Silizium zu widerstehen, um deren Abbau während der Präparation
des Materials, aus dem die Scheibe besteht, zu vermeiden.
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Aus
diesem Grund besteht das Material für die Verstärkungsfasern bevorzugt aus
Carbonfasern. Jedoch ist es auch möglich andere Materialien wie SiC,
Si3N4, und TiC als
auch Metalle wie Platin, zu verwenden, die den Temperaturen bei
dem Zusammenwirken mit Silizium widerstehen.
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Die
Verstärkungsfasern
können
in das Material auf verschiedene Weise eingebracht werden. Beispielsweise
können
die Verstärkungsfasern
in einer Vielzahl von Bündeln
angeordnet sein, die in vordefinierten Richtungen angebracht sind.
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Diese
Richtungen können
zum Beispiel Schuss- und Kettenrichtungen sein, wenn die Bündel ein
Gewebe bilden.
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Alternativ
können
die Verstärkungsfasern
einen Vlies bilden, beispielsweise einen Filz.
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Die
Verstärkungsfasern
können
auch eine oder mehrere Lagen innerhalb des Formkörpers der Bremsscheibe formen.
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Die
Mengen der in dem Verbundstoffmaterial enthaltenen Komponenten,
ausgebildet in Gestalt einer Bremsscheibe, können variieren, sie betragen
in Volumenprozenten, relativ zu dem Volumen des Materials:
- – Filamentbündel 40–70%, bevorzugt
50–60%,
- – Bindemittel
5–30%,
bevorzugt 15–25%,
- – Additive
0,5–20%,
bevorzugt 1–15%,
- – Verstärkungsfasern
4–30%,
bevorzugt 10–20%.
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Weiteren
Eigenschaften und Vorteile der Bremsscheibe für einen Scheibenbremse gemäß der Erfindung
folgen aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen,
bilden jedoch keine begrenzenden Beispiele, unter Bezugnahme auf
die anhängigen
Zeichnungen, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm zeigt, mit den Hauptschritten für die Präparation einer Bremsscheibe
für eine
Scheibenbremse entsprechend der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
perspektivische Ansicht einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse gemäß der Erfindung,
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Bremsbandes einer Bremsscheibe für eine Scheibenbremse
entsprechend der Erfindung,
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4 eine
teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht ein Detail eines
Bremsbandes einer Bremsscheibe für
eine Scheibenbremse,
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5 ein
Detail zeigt, angezeigt durch den Pfeil V des Bremsbandes der 4 im
vergrößerten Maßstab,
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6 bis 9 in
Draufsicht vier verschiedene Ausführungsformen einer Komponente
des Bremsbandes nach 4,
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10 und 11 teilweise
geschnittene, perspektivische Ansichten von Details einer Komponente
eines Bremsbandes gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, kann das Verbundkeramikmaterial,
aus dem der Körper
der Bremsscheibe für
eine Scheibenbremse gemacht ist, durch das folgende Verfahren produziert
werden, das ausschließlich
beispielhaft angegeben ist:
- a) Mischen einer
vorgegebenen Menge von Filamentbündeln,
die im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehen und Längen nicht
größer als
30 mm besitzen, mit einer vorgegebenen Menge eines organischen Binders
zu einer Mischung,
- b) Einbringung der Mischung in eine Form geeigneter Gestalt
und gleichzeitige Einbringung einer Vielzahl von Verstärkungsfasern
in die Mischung, die sich ringsum in der Gestalt in einer Weise
erstrecken, dass die Ausbreitung von Rissen verhindert wird,
- c) Formen der Mischung unter Einschluss der Verstärkungsfasern,
um ein halbfertiges Produkt zu erzeugen,
- d) Unterziehen des halbfertigen Produktes einer ersten Brennung
bei einer Temperatur derart, um die Carbonisierung oder Pyrolyse
des organischen Bindemittels im wesentlichen herbeizuführen,
- e) Aussetzen des gebrannten halbfertigen Produkts einer zweiten
Brennung in Anwesenheit von Silizium bei einer Temperatur derart,
um die Fusion des Siliziums und das Eindringen desselben in das
halbfertige Produkt herbeizuführen,
um das geformte Verbundstoffmaterial zu produzieren.
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Bei
dem voranstehend beschriebenen Verfahren haben die Filamentbündel Durch
messer von 0,1 bis 2 mm, bevorzugt von 0,3 bis 0,5 mm.
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Die
Menge an Filamentbündeln,
die in der Mischung enthalten sind, kann von 50% bis 80 Volumen-%
variieren, in Bezug auf das Volumen der Mischung und liegt bevorzugt
im Bereich von 60 bis 70%.
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Die
Filamentbündel
und/oder Verstärkungsfasern
können
vorab mit einem Schutzharz beschichtet sein, bevorzugt Polyurethanharz,
bevor sie entsprechend der voranstehend beschriebenen Methode, angewandt
werden.
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Alternativ
können
die Filamentbündel
und die Verstärkungsfasern
vorab mit dem gleichen organischen Bindemittel beschichtet sein,
das für
das Herstellen der Mischung verwendet wird.
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Auf
diese Weise wird eine größere Kohäsion des
Materials und ein kompakteres Produkt erhalten.
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Während der
ersten Brennung des halbfertigen Produkts carbonisieren das Harz
und das organische Bindemittel, wodurch eine Schutzschicht auf den
Filamentbündeln
und den Verstärkungsfasern entsteht,
so dass deren Zerfall oder deren Lösung während der nachfolgenden Behandlung
mit Silizium verhindert wird.
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Die
Filamentbündel
und die Verstärkungsfasern
behalten ihre ursprüngliche
Gestalt während des
Prozesses, so dass ein Material mit guten Kohäsions- und Festigkeitseigenschaften
erzeugt wird.
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Das
organische Bindemittel ist ein herkömmliches Bindemittel, ausgewählt aus
der Gruppe umfassend Phenol- und Acrylharze, Paraffin, Peche, Polystyrole
und dergleichen.
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Das
Bindemittel ist bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, umfassend Peche und Phenolharze.
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Das
Bindemittel kann zu der Mischung in jeder gewünschten Form hinzugefügt werden,
beispielsweise in fester, halbflüssiger
oder flüssiger Phase
oder in Lösung.
Beispielsweise kann Phenolharz in Form von Pellets, Pulver oder
Granulaten hinzugegeben werden.
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Die
Menge des organischen Bindemittels in der Mischung kann von 5 bis
30 Volumen-%, bezogen auf das Volumen der Mischung, variieren und liegt
bevorzugt innerhalb des Bereichs von 20 bis 26%.
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Die
Mischung kann ebenso andere herkömmliche
Additive enthalten, die als Füller
genutzt werden und indirekt die Porosität und die Dichte des gewünschten
Verbundstoffmaterials regulieren.
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Diese
Additive bestehen aus Partikeln von anorganischen Materialien wie
beispielsweise bevorzugt Grafit, Siliziumcarbid, oder Metallcarbiden
oder -nitriden in Pulverform.
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Die
Menge der Additive in der Mischung kann von 0,7% bis 23 Volumen-%
variieren, bezogen auf das Volumen der Mischung, und liegt bevorzugt innerhalb
des Bereichs von 9% bis 15%.
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Das
Mischen kann in herkömmlicher
Weise ausgeführt
werden und mit üblichen
Apparaturen und die Filamentbündel
werden wahllos in verschiedenen Richtungen angeordnet.
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Die
Verstärkungsfasern
können
in verschiedener Weise in die Mischung eingefügt werden.
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Entsprechend
einer bevorzugten Weise für das
Implementieren des Verfahrens, wird das Einbringen durch folgende
Schritte durchgeführt:
- i) Anordnen einer ersten Schicht der Mischung entlang
der Gestalt der Form,
- ii) Hinzufügen,
auf die erste Schicht der Mischung, eine Vielzahl von Verstärkungsfasern,
die sich ringsum in der Gestalt in einer Weise erstrecken, dass
sie die Ausbreitung von Rissen verhindern,
- iii) Anordnen einer zweiten Schicht der Mischung auf der ersten
Schicht, um die Vielzahl von Verstärkungsfasern vollständig abzudecken.
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Die
Verstärkungsfasern
können
der Mischung in Form einer Vielzahl von Bündeln hinzugefügt werden,
die in vordefinierten Richtungen angeordnet sind.
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Diese
vordefinierten Richtungen können Schuss-
und Kettenrichtungen sein, so dass die Bündel ein Gewebe bilden.
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Alternativ
können
mehrere Bündel
der Verstärkungsfasern
kombiniert oder miteinander verdrillt sein, um einen einzelnen Schussfaden
oder Kettenfaden für
das Gewebe zu bilden.
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Das
Gewebe kann 2–30
Verstärkungsfasern pro
cm, bevorzugt 5–8
Fasern pro cm enthalten.
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Alternativ
können
die Verstärkungsfasern
einen Vliesstoff, beispielsweise einen Filz, bilden.
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Die
Menge der eingebauten Verstärkungsfasern
in der Mischung hängt
von dem geforderten Verstärkungsfasergehalt
des finalen Verbundstoffmaterials ab, dieser Gehalt kann im Bereich
von 4–30
Volumen-%, bezogen auf das Materialvolumen liegen, bevorzugt im
Bereich von 10–20%.
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Es
ist offensichtlich, dass die voranstehend beschriebenen Beschichtungsschritte
entsprechend einer vorgegebenen Anzahl wiederholt werden können, um
so ein Vielschichtverbundstoffmaterial zu erzeugen, in dem jede
Schicht aus Verstärkungsfasern zwischen
zwei Schichten der Mischung, bestehend aus Filamentbündeln, eingeschlossen
ist.
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Während des
Formungsschrittes des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Mischung,
die die Verstärkungsfasern
enthält,
in der Form auf eine Temperatur von 80°–180°C erhitzt, bevorzugt auf 100–120°C und der
Druck beträgt
zwischen 0,1 N/cm2 und 5 N/cm2,
bevorzugt 0,5–1
N/cm2. Das geformte und kompakte Halbfertigprodukt,
das erhalten wird, wird aus der Form entfernt und anschließend einem
ersten Brand unterzogen, um das organische Bindemittel zu carbonisieren
(Schritt d), Pyrolyse).
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Dieses
Brennen wird in einem herkömmlichen
Ofen bei einer Temperatur ausgeführt,
die im wesentlichen vom Typ des Bindemittels abhängt und im allgemeinen innerhalb
des Bereiches von 900–1200°C liegt.
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Das
Brennen wird in Anwesenheit eines Inertgasstromes wie Stickstoff
oder Argon ausgeführt und
mit einem Überdruck
von 10–100
mbar, bevorzugt 20–30
mbar.
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Der
Gasstrom entfernt vorteilhafterweise die Gase, die bei der Pyrolyse
des organischen Bindemittels freigesetzt werden.
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Während dieses
Verfahrensschrittes erlangt das Halbfertigprodukt eine größere Porösität, die für das nachfolgende
Brennen wichtig ist, da sie das Eindringen des geschmolzenen Siliziums
ermöglicht.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann das Verfahren auch einen Verarbeitungsschritt des Rohmaterials
oder des Finishens der Oberfläche
des Halbfertigprodukts umfassen, das bei dem ersten Brennschritt
d) erzeugt wurde.
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Dies
ermöglicht
es, jede Oberflächendeformation
des Halbfertigprodukts mittels herkömmlicher Apparaturen zu entfernen,
um dem Produkt die gewünschte
Gestalt zu geben.
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Der
Fertigbearbeitungsschritt wird bevorzugt trocken durchgeführt, beispielsweise
mittels Diamanten, da das Halbfertigprodukt, das nach dem ersten Brennen
einen Grad an Porösität erreicht
hat, in nachteiliger Weise Flüssigsubstanzen
absorbieren könnte,
wenn die Endbearbeitung nass durchgeführt wird.
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Das
bearbeitete Halbfertigprodukt, gebrannt gemäß dem Schritt d) wird einem
zweiten Brennvorgang in Anwesenheit von Silizium (Schritt e)) ausgesetzt.
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Zum
Ausführen
des zweiten Brennvorgangs wird das Halbfertigprodukt gebrannt und
möglicherweise
einer Endbearbeitung unterzogen, in die Kammer eines Containers
eingeschoben, die ein Volumen ungefähr doppelt so groß wie das
Halbfertigprodukt besitzt, der Raum zwischen dem Halbfertigprodukt
und dem Behälter
wird mit Silizium gefüllt,
das das Halbfertigprodukt umgibt. Die verwendete Siliziummenge ist
daher diejenige, die erforderlich ist, um die Poren des Halbfertigprodukts
zu füllen
oder ist geringfügig
größer.
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Reines
Silizium oder eine Legierung aus Silizium und Aluminium oder Kupfer
in Granulat- oder Pulverform wird zum Füllen des Raumes verwendet.
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Die
Kammer steht in Verbindung mit der Außenumgebung mittels geeigneten
Löchern
für das Ausströmen der
während
des Brennvorgangs freigesetzten Gase. Nachdem das Silizium eingebracht wurde,
wird der Behälter
in einen geeigneten herkömmlichen
Ofen eingeschoben und auf eine Temperatur von 1400–1700°C erhitzt.
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Bei
diesen Temperaturen schmilzt das Silizium und infiltriert die Poren
des Halbfertigprodukts (Silizifikation).
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Das
Brennen erfolgt unter einem Teilvakuum bei einem reduzierten Druck
von 900 mbar–300 mbar,
bevorzugt von 800–500
mbar.
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Nach
Beendigung des Brennens wird das Verbundstoffmaterial abgekühlt, beispielsweise
mit Argon oder bevorzugt mit Stickstoff, so dass das restliche Silizium,
verdichtet in kleinen Sphären,
die ohne Schwierigkeiten aus dem Container entfernt werden können.
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Die
Scheibe aus Verbundstoffmaterial entsprechend der Erfindung, die
so produziert wurde, kann wahlweise einer Oberflächenendbearbeitung unterzogen
werden, die trocken oder nass, in herkömmlicher Weise durchgeführt wird.
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Es
ist offensichtlich, dass die Schritte des Brennens in einem Ofen,
das sind die Pyrolyse- und Silizifikationsschritte, in einem einzigen
Ofen vorgenommen werden können,
wodurch die Produktionszeiten und die Komplexität der Vorrichtung reduziert werden.
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Das
voranstehend beschriebene Material kann direkt in eine Bremsscheibe 1 für eine Scheibenbremse
geformt werden, umfasst einen Trägertopf 2 für dessen
Verbindung mit der Stützstruktur und
eine Bremsfläche 3 (2).
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Wahlweise
kann das Verbundstoffmaterial als ein Bremsring oder eine Bremsfläche für eine Scheibe
geformt sein, die mit einem getrennten Trägertopf aus dem gleichen Material
oder einem unterschiedlichen Material wie beispielsweise Aluminium oder
Stahl verbunden ist, mittels einer Vielzahl von Sitzen oder Löchern 2a,
die gleichmäßig längs einem inneren
ringförmigen
Teil 4a verteilt sind (3). Entsprechend
einer davon unterschiedlichen Ausführungsform kann dieser innere
kreisförmige
Teil 4a eine Vielzahl von Ausdehnungen oder Vorsprünge 4b aufweisen,
die Löcher 2a für die Verbindung
mit dem Trägertopf
besitzen (4).
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Die
Bremsfläche 3 hat
einen ringförmigen Körper 4,
der sich um eine Symmetrie- und Rotationsachse X-X erstreckt. Der
Körper
ist seitlich durch Bremsflächen 5 und 6 festgelegt,
die mit Bremssatteln zusammenwirken, um einen Bremseffekt auf ein Fahrzeug
auszuüben.
Die Bremsflächen 5, 6 sind
zueinander parallel und die Dicke S des Körpers 4 in 4 ist
zwischen ihnen festgelegt.
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Wie
voranstehend beschrieben wurde, umfasst der Körper 4 Bündel von
Carbon- bzw. Kohlenstofffilamenten 7 mit
Längen
kleiner als 30 mm, beispielsweise in der Länge von 5 mm, die wahllos in dem
Bindemittel 8 angeordnet sind, das aus einem aggregierenden
Harz mit Additiven besteht, gebrannt in Zusammenwirkung mit Silizium
(4 und 5).
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Die
voranstehend beschriebenen Verstärkungsfasern 9 sind
in dem Körper 4 eingefügt. Beispielsweise
bestehen die Verstärkungsfasern 9 aus Bündeln von
Carbonfasern. Gemäß einer
Ausführungsform
sind die Verstärkungsfasern 9 in
einer Vielzahl von Verstärkungsfasern
in gekreuzter oder ausgerichteter Anordnung in einer einzelnen Ebene 10 angebracht.
Insbesondere ist eine Vielzahl von Bündeln aus Verstärkungsfasern 9 relativ
zueinander so angeordnet, dass sie eine Verstärkungsstruktur, angezeigt durch
die Bezugszahl 11 (6 bis 11)
bilden. Beispielsweise hat die Verstärkungsstruktur die Gestalt
eines Netzes 12. Das Netz 12 ist vorzugsweise
flach und kreisförmig,
so dass es zumindest eine innere Schicht 13 des Körpers 4 (4) bildet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist
das Netz 12 Maschen 14 auf, geformt von Bündeln aus
Verstärkungsfasern 9,
die miteinander verdrillt sind.
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Entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die netzgleiche Verstärkungsstruktur aus Bündeln von
Verstärkungsfasern 9 gebildet,
die konzentrisch angeordnet sind, verbunden mit Bündeln aus
Verstärkungsfasern 9,
die im wesentlichen radial verlaufen (6), um so
die Ausbreitung von Rissen in der Bremsfläche 4 zu verhindern
oder mit anderen Worten Widerstände
in den berechneten oder vordefinierten Risspfaden vorzusehen.
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Entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
ist die Verstärkungsstruktur 11 parallel
zu den Bremsflächen 5, 6 (4)
angeordnet. Zum Beispiel ist die netzähnliche Verstärkungsstruktur 12 im
Zentrum des Körpers 4 der
Scheibe 1 angeordnet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist eine Vielzahl von Verstärkungsstrukturen 11,
beispielsweise eine Vielzahl von netzähnlichen Verstärkungsstrukturen 12 in
dem Körper 4 eingebaut.
Beispielsweise ist die Vielzahl von netzähnlichen Verstärkungsstrukturen 12 in
dem Körper 4 in
einem Drittel (S')
seiner Dicke (S) und in zwei Drittel (S'')
seiner Dicke (S) eingefügt.
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Die
Bremsscheibe aus dem Verbundstoffmaterial entsprechend der Erfindung
unterscheidet sich durch ihre optimalen Reibungseigenschaften, Härte, Biegestärke, Wärme- und
Verschleißwiderstand,
erzeugt durch Reibung, Schlagfestigkeit und Druckfestigkeit, welche
sie insbesondere geeignet für
die Anwendung in Bremsapplikationen machen.
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Der
Hauptvorteil der Bremsscheibe aus dem Verbundstoffmaterial entsprechend
der Erfindung liegt jedoch in der Tatsache, dass sie sehr sicher
in der Anwendung ist, da jede Risse oder Brüche, die in der Bremsscheibe
während
ihrer Verwendung auftreten, nicht zu einem kompletten Zerfall der
Struktur führen,
da ihre Ausbreitung durch die Verstärkungsfasern, die in dem Material
eingebaut sind, verhindert wird.
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Ein
weiterer Vorteil der Bremsscheibe aus dem Verbundstoffmaterial entsprechend
der Erfindung besteht darin, dass sie leicht und wirtschaftlich herstellbar
ist, ohne dass wesentliche zusätzliche Kosten,
insbesondere teure Werkzeuge, erforderlich sind.
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Tatsächlich ist
darauf hinzuweisen, dass die Bremsscheibe aus Verbundstoffmaterial
entsprechend der Erfindung durch herkömmliche Techniken hergestellt
werden kann, die bei der Produktion von entsprechenden bekannten
Verbundstoffmaterialien eingesetzt werden.
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Es
ist offensichtlich, dass Varianten und/oder Ergänzungen zu den voranstehend
beschriebenen und illustrierten Ausführungsbeispielen vorgesehen werden
können.
Als eine Alternative zu der Anordnung, die in 6 gezeigt
ist, besteht die netzähnliche
Verstärkungsstruktur 12 aus
einem Bündel
von Verstärkungsfasern 9,
die konzentrisch angeordnet sind und mit Bündel aus Verstärkungsfasern 9,
die hierzu quer verlaufen, verbunden sind, um so Kreisbogenstücke oder
Spiralen zu bilden (8).
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Entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
bilden die Verstärkungsfasern 9 der
Bündel
eine netzähnliche
Verstärkungsstruktur 12,
die an einigen oder allen geometrischen Schnittpunkten miteinander
verknotet sind (7).
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Als
eine Alternative zu den in den 6 bis 8 gezeigten
Anordnungen besteht die Verstärkungsstruktur 11 aus
einer Vielzahl von Bündeln
aus Verstärkungsfasern 9,
die miteinander verwoben sind (9).
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist die Verstärkungsstruktur 11 dreidimensional
(10 und 11). Beispielsweise
ist eine Vielzahl von Bündeln
aus Verstärkungsfasern 9 miteinander
verflochten oder ineinander verschlungen, um verschiedene Schichten 13 zu
bilden, die parallel zu den Bremsflächen 5 und 6 angeordnet
sind. Die Schichten sind miteinander quer durch eine zweite Vielzahl von
Bündeln
von Verstärkungsfasern 9 verbunden, beispielsweise
an den Schnittpunkten der Bündel, welche
die Schichten 13 formen (10). Wahlweise können die
Schichten 13 quer relativ zu den Bremsflächen 5 und 6 angeordnet
sein oder in anderen Worten, bilden die Schichten aus den Bündeln von Verstärkungsfasern 9 miteinander
gekreuzte, verflochtene oder ineinander verschlungene konzentrische
Ringe. Wenn diese Schichten 13 in dem Formkörper der
Scheibe eingebaut sind, unterteilen sie die potentiellen Riss-Ausbreitungslinien
in Teile oder Abschnitte, um so die weitere Ausbreitung von Rissen über die
Distanz zwischen zwei aufeinander folgenden Schichten 13 hinaus
zu verhindern.
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Als
eine Alternative zu der dreidimensionalen Verstärkungsstruktur ist es möglich, in
den Körper der
Scheibe eine Vielzahl von Verstärkungsfasern oder
Bündel
von Verstärkungsfasern
einzubauen, die miteinander so verbunden sind, dass sie einen Vliesstoff
bilden, der sich durch die gesamte Ausdehnung des Körpers erstreckt,
um in diesem angeordnet zu sein oder mit anderen Worten, die potentiellen Riss-Ausbreitungspfade
zu blockieren.
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Um
eventuelle oder spezifische Anforderungen zu erfüllen, kann der Fachmann an
den voranstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Bremsscheibe
für eine
Scheibenbremse vielerlei Modifikationen, Adaptionen und den Ersatz
von Elementen durch funktionelle äquivalente Elemente vornehmen,
ohne aus dem Schutzbereich der anhängigen Ansprüche zu gelangen.