DE69302395T2

DE69302395T2 - Ringförmiges antriebs-einsatzstück für bremsscheibe

Info

Publication number: DE69302395T2
Application number: DE69302395T
Authority: DE
Inventors: Fred Berwanger
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1992-09-25
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2013-09-22
Also published as: JP2569291B2; EP0662202A1; JPH07509302A; EP0662202B1; US5273140A; WO1994008153A1; DE69302395D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Einsatzstück für eine Bremsscheibe und insbesondere ein ringförmiges Einsatzstück, das drehbar in einer runden Öffnung der Bremsscheibe eingesetzt ist.
Bei Bremsen mit mehreren Bremsscheiben, die abwechselnd am Rad und der Achse eines Flugzeuges befestigt sind, ist es wesentlich, spezielle Antriebsmitnehmer vorzusehen, um die Umfangsschlitze in den Scheiben zu verstärken und damit den hohen Belastungen standzuhalten, die sonst den Umfang der Scheiben schnell zerstören würden. Bremsscheiben aus Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff besitzen verbesserte Bremseigenschaften und eine bessere Wärmeabfuhr und haben deshalb eine breite Anwendung gefunden. Es ist wesentlich, in den Umfangsschlitzen der Scheiben Verstärkungseinlagen vorzusehen, weil solche Bremsscheiben aus Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff geringere Festigkeit als Stahl haben. Das Problem mit metallischen Einlagen liegt darin, daß die Einsatzstücke die Kräfte unmittelbar auf die Kohlenstoffscheiben übertragen, die splittern oder krümmeln, wenn die Kräfte nicht richtig verteilt werden. Beispiele solcher Einsatzstücke bei Bremsscheiben mit derartigem Verbundwerkstoff finden sich in folgenden US-Patenten 3,800,392; 3,934,686; 3,972,395; 4,007,814; 4,083,434; 4,465,165; 4,469,204; 4,511,021; 4,557,356 und 4,784,246.
Die Erfindung schafft Lösungen der vorgenannten Probleme mit einem Einsatzstück in Kombination mit einer Bremsscheibe gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung soll in Einzelheiten anhand der Zeichnung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht einer Bremsscheibe aus Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff für ein Flugzeug, wobei die Bremsscheibe mit Hilfe ringförmiger Einsatzstücke gemäß der Erfindung mit einem Antriebsrohr verbunden ist;
Fig. 2 eine Ansicht des in Fig. 1 eingekreisten Abschnittes im vergrößerten Maßstab;
Fig. 3A eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des ringförmigen Einsatzstückes;
Fig. 3B eine Ansicht längs der Linie 3b-3b in Fig. 3A zur Darstellung einer ersten Hälfte des ringförmigen Einsatzstückes der Fig. 3A;
Fig. 3C eine Ansicht der zweiten Hälfte des ringförmigen Einsatzstückes der Fig. 3A;
Fig. 4A eine Stirnansicht einer dritten Ausführungsform des Einsatzstückes gemäß der Erfindung;
Fig. 4B eine Ansicht längs der Linie 4B-4B in Fig. 4A;
Fig. 5 erläutern den Einbau des Einsatzstückes in eine bis 7 runde Öffnung der Scheibenbremse und
Fig. 8 ein Schaubild zur Darstellung des durchschnittlichen Drehmomentanstieges, der im Vergleich zu anderen Verfahren bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Einsatzstückes beim Verbinden der Bremsscheibe mit dem Antriebsrohr erzielt wird.
Fig. 1 zeigt eine allgemein runde Bremsscheibe 10 aus Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff mit einem Außenumfang 12 und einer zentralen allgemein runden Öffnung 14. Am Umfang der Öffnung 14 sind mehrere Schlitze oder Aussparungen 16, die zum Einsetzen von ringförmigen Einsatzstücken 20 gemäß der Erfindung dienen. Die Aussparungen 16 der Scheibe 10 sind allgemein runde Schlitze, die sich von der Öffnung 14 der Scheibe 10 radial nach außen erstrecken. Ringförmige Mitnehmer-Einsatzstücke 20 verbinden das Antriebsrohr 6 mit der Scheibe 10, wobei das Antriebsrohr an einer nicht dargestellten Achse eines Flugzeuges drehfest befestigt ist. Wie Fig. 2 zeigt, besitzt das Antriebsrohr 6 radiale kurze Nasen 8, die in die Öffnungen 21 der Einsatzstücke 20 reichen. Jedes Einsatzstück 20 besteht aus einem allgemein zylindrischen Körper 22, der drehbar in der Aussparung 16 angeordnet ist. Der Körper 22 ist an einer Seite 23 abgeschnitten und bildet eine Öffnung 21, die sich diametral in den Körper 22 erstreckt. Die Öffnung 21 reicht über den Mittelpunkt A des Körpers 22 hinaus und endet mit einer flachen Kante 24 (die in alternativer Weise auch nicht flach sein kann) zwischen dem Mittelpunkt A und der Außenseite des Körpers 22. An entgegengesetzten axialen Enden des Körpers 22 sitzen radiale Flansche 26, die gegenüberliegende Seiten der Scheibe 10 erfassen, um das Einsatzstück 20 in dem runden Schlitz 16 axial zu halten.
Wenn auch die Fig. 1, 2 und 5 bis 7 das Einsatzstück in Kombination mit einer Statorbremsscheibe und einem Antriebsrohr zeigen, so kann das erfindungsgemäße Einsatzstück auch drehbar in einer runden Aussparung am Außenumfang einer Rotorscheibe angeordnet sein, um die Rotorscheibe mit einem Flugzeugrad zu kuppeln. Das Rad hätte dann entweder eine integrale axiale Antriebsmuffe oder einen daran befestigten Antriebskeil, um ein Antriebsteil zu schaffen, das mit dem drehbaren Einsatzstück in der gleichen Weise verbunden wird, wie die Zähne des Antriebsrohres mit den Einsatzstücken verbunden werden, die drehbar in den Aussparungen der Statorbremsscheibe angeordnet sind.
Fig. 3A zeigt eine zweite Ausführungsform eines runden Einsatzstückes 30. Das Einsatzstück 30 hat einen allgemein zylindrischen, axialen Körper 32, der an der Seite 33 abgeschnitten ist, um eine Öffnung 31 zu bilden, die sich diametral in den Körper 32 erstreckt und mit einer flachen Kante 34 endet. Der Flansch 36 ist nicht nur auf der Seite 33 abgeschnitten, um zur Form des abgeschnittenen Körpers 32 zu passen, sondern ist auch abgeschnitten, um einen flachen Rand 37 zu bilden, so daß der Flansch 36 nicht an andere Schultern oder Körper anstößt, die neben der Öffnung 14 der Scheibe 10 und etwas radial außerhalb der Aussparungen 16 liegen. Der Einsatz 30 besteht aus zwei Hälften, von denen die erste Hälfte 38 in Fig. 3B dargestellt ist und einen Flansch 36 und eine axial entgegengesetzte, radial nach innen reichende Schulter 38A aufweist, die ein Ende einer inneren Aussparung 39 bildet. Die zweite Hälfte 40, die mit der Darstellung in Fig. 3A nicht maßstäblich übereinstimmt, und in Fig. 3C dargestellt ist, besitzt einen Flansch 46, dessen Größe mit der des Flansches 36 übereinstimmt und einen axialen Teil 42 mit einem radial nach außen reichenden Teil 44. Eine radial nach außen reichende Schulter 45 des Teils 44 greift in die Aussparung 39, um die Schulterfläche 38B der ersten Hälfte 38 zu erfassen und die beiden Hälften zusammenzuhalten. Die zweite Hälfte 40 wird mit der ersten Hälfte 38 so verbunden, daß man die Hälfte 40 derart positioniert, daß eines der Enden 40A oder 40B des Teils 44 in die Aussparung 39 gleitet und dann die Hälfte 40 gegenüber der Hälfte 38 verdreht wird, so daß die Flansche 36, 46 fluchten und der Teil 44 drehbar in der Aussparung 39 gehalten wird.
Fig. 4A zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, in der das Einsatzstück 50 einen allgemein zylindrischen, axialen Körper 52 aufweist, der entgegengesetzte, radiale Flansche 56 (s. Fig. 4B) aufweist, wobei jeder Flansch abgeschnitten ist und eine flache Seite 57 bildet. Der zylindrische Körper ist auf der Seite 53 abgeschnitten und besitzt so eine Öffnung 51, die sich zur Fläche 54 erstreckt. Der runde Einsatz 50 ist einstückig, wie Fig. 4B zeigt, und besitzt eine allgemein rechtwinklige Öffnung 51 zum Aufnehmen eines Zahns des zugehörigen Antriebsrohres.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen das Einsetzen des erfindungsgemäßen Einsatzstückes in eine runde Aussparung 16 der Bremsscheibe 10. Ein Einsatzstück 20 bzw. 30 oder 50 wird axial auf die Aussparung 16 ausgerichtet, so daß die Flansche 26 axial neben den beiden Seitenf lächen der Scheibe 10 liegen. Der Einsatz 20 wird so verdreht, daß die abgeschnittene Seite 23 des abgeschnittenen Körpers 22 in eine allgemein runde Aussparung 16 plaziert werden kann (5 Fig. 5). Sobald der Einsatz in der Aussparung liegt und der Körper 22 am Umfang der Aussparung 16 anstoßen kann, wird das Einsatzstück 20 gemäß Fig. 6 gedreht, bis es in die Lage der Fig. 7 kommt, in der die abgeschnittene Seite 23 vollständig mit dem Umfang der Aussparung 14 fluchtet. Wenn alle Einsatzstücke 20 in ihren Aussparungen 16 sitzen, kann die Bremsscheibe 10 mit dem Antriebsrohr gekuppelt werden.
Das runde erfindungsgemäße Einsatzstück bietet erhebliche Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik bei Bremsscheiben aus Kohlenstofflkohlenstoff-Verbundwerkstoff. Die runden Einsatzstücke verringern die Gefahr des Aufsplitterns solcher Bremsscheiben während des Bremsvorgangs. Der runde Eingriff des Einsatzstückkörpers in der runden Aussparung der Bremsscheibe vermittelt eine Selbstausrichtung des Einsatzstückes gegenüber der Scheibe bei Ausbiegungen der Zähne und die runde Aussparung 16 bietet einen größeren Radius zur Aufnahme der Kräfte als eine rechtwinklige Aussparung. Im Vergleich zu bekannten Mitnehmerkonstruktionen ohne Einsätze bietet die Erfindung eine größere Fläche zur Aufnahme von Kräften. Eine volle, lasttragende Projektionsfläche besteht für den Durchgang der Lastrichtungen bei jeder Aussparung um 180º. Die Erfindung macht kürzere Zähne möglich und einen größeren Radius für die Aussparung 16. Fig. 8 ist ein Schaubild, das die Ergebnisse eines statischen Drehmomenttestes eines erfindungsgemäßen Einsatzstückes im Vergleich zu bekannten Bauweisen zeigt. Die Referenzwerte wurden für eine Statorbremsscheibe aus Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff mit Kohlenstoffschlitzen ermittelt, in die die Metallzähne eines Drehmomentrohres eingreifen. Das zweite Wertepaar wurde bei einer Bremsscheibe aus Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff mit Verstärkungsplatten aus Stahl ermittelt, die den Antrieb zwischen dem Drehmomentrohr und der Kohlenstoffscheibe vermitteln, wobei ein durchschnittlicher Drehmomentanstieg von 14,5% gegenüber den Referenzwerten erzielt wurde. Die dritte Bauweise betraf ein Antriebsrohr in Eingriff mit dem Kohlenstoffwerkstück in Aussparungen mit benachbarten Verstärkungsstahlplatten als Abstützung, wobei sich eine Drehmomentverringerung um 1,3% gegenüber den Referenzwerten ergab. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Einsatzstücke in runden Aussparungen von Bremsscheiben aus Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff (Werte 7 und 8) ergibt sich ein durchschnittlicher Drehmomentanstieg von 23,3%. Dies ist eine erhebliche Verbesserung bei solchen Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen, um hohe Drehmomentbelastungen schadenfrei zu überstehen.

Claims

1. Mitnehmer-Einsatzstück in Kombination mit einer Bremsscheibe, die einen allgemein ringförmigen Körper (10) mit einer zentralen allgemein runden Öffnung (14) und einen Rand (12,14) aufweist, der mindestens eine runde Aussparung (16) besitzt, die radial in die Scheibe (10) hineinreicht, dadurch gekennzeichnet, da13 das Mitnehmer-Einsatzstück (20,30) einen allgemein zylindrischen Körper (22,32) aufweist, wobei eine Seite (23,33) des Körpers (22,32) abgeschnitten ist, um eine Mitnehmeröf fnung (21,31) zu bilden, die sich axial durch den Körper (22,32) und diametral in den Körper (22,32) längs eines Durchmessers des Körpers (22,32) derart erstreckt, daß die Öffnung (21,31) an einer axialen Fläche (24,34) zwischen dem Mittelpunkt des Körpers (22,32) und einer Außenfläche des Körpers (22,32) endet, und Stirnflansche (26,36,46) vom Körper (22,32) ausgehen, wobei jeder Stirnflansch (26,36,46) radial nach außen über die Außenseite des Körpers (22,32) reicht, um das Mitnehmer-Einsatzstück (20,30) gegenüber der Scheibe (10) axial zu positionieren, wobei der Körper (22,32) des Mitnehmer- Einsatzstückes (20,30) drehbar in der runden Aussparung (16) angeordnet und axial von den Flanschen (26,36,46) gesichert wird, die entgegengesetzte Seitenf lächen der Scheibe (10) erfassen können.

2. Mitnehmer-Einsatzstück und Scheibe nach Anspruch 1, wobei die Einsatzstücköf fnung (21,31), die in den Körper (22,32) reicht, allgemein rechtwinklig geformt ist, um einen Sitz für einen Mitnehmer (8) zu bilden.

3. Mitnehmer-Einsatzstück und Scheibe nach Anspruch 2, wobei jeder Flansch (36,46) einen abgeschnittenen Teil (37) aufweist, der gegenüber der einen Seite (33) des Körpers (32) angeordnet ist.

4. Mitnehmer-Einsatzstück und Scheibe nach Anspruch 1, wobei der Körper (32) und die Flansche (36,46) zweiteilig (38,40) sind, eine erste Hälfte (38) einen Flansch (36,46) und den Körper (32) mit einer Schulter (38A) aufweist und eine zweite Hälfte (40) den anderen Flansch und einen axialen Teil (42) mit einer Schulter (45) aufweist, der die zweite Hälfte (40) mit der Schulter (38A) des Körpers (32) verbindet.

5. Mitnehmer-Einsatzstück und Scheibe nach Anspruch 4, wobei die Schulter (38A) des Körpers (32) an einem Ende des Körpers (32) eine sich radial nach innen erstreckende Schulter (38A) aufweist, welche die Schulter (75) der zweiten Hälfte (40) erfaßt, die eine radial nach außen reichende Schulter (45) aufweist, um die beiden Hälften (38,40) miteinander zu verbinden, wobei die zweite Hälfte (40) relativ zur ersten Hälfte (38) verdrehbar ist.

6. Verfahren zum Verbinden des Mitnehmer-Einsatzstükkes mit der Bremsscheibe gemäß Anspruch 1 mit den Schritten, daß das Mitnehmer-Einsatzstück (20,30) so positioniert wird, daß ein Teil des Körpers (22,32) neben der Einsatzstücköf fnung (21,31) in der runden Aussparung (16) liegt und die Flansche (26,36,46) an gegenüberliegenden Seiten der Scheibe (10) liegen und daß der Körper (22,32) in der Aussparung (16) derart verdreht wird, daß die Einsatzstücköffnung (21,31) allgemein zur Randf läche hin weist und der Körper (22,32) axial von den Flanschen (26,36,46) festgehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Verdrehung des Körpers (22,32) in der Aussparung (16) endet, wenn die axiale Fläche (24,34) gegenüber der Randfläche liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei jeder Flansch (36, 46) einen abgeschnitten Teil (37) hat, der der einen Seite (33) des Körpers (32) gegenüberliegt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Körper (32) und die Flansche (36,46) zweiteilig sind, eine erste Hälfte einen (36) der Flansche (36,46) aufweist und der Körper (32) eine Schulter (38A) besitzt und eine zweite Hälfte (40) den anderen Flansch (46) und einen axialen Teil (42) mit einer Schulter (45) aufweist, die die zweite Hälfte (40) mit der Schulter (38A) des Körpers (32) verbindet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Schulter (38A) des Körpers (32) am einen Ende des Körpers (32) eine radial sich nach innen erstreckende Schulter (38A) aufweist, welche die Schulter (45) der zweiten Hälfte (40) erfaßt, die eine radial nach außen reichende Schulter (45) aufweist, um die erste und zweite Hälfte (38,40) zusammenzuverbinden, wobei die zweite Hälfte (40) relativ zur ersten Hälfte (38) verdrehbar ist.