JP3720372B2 - 摩擦ユニット - Google Patents

Description

本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に記載された摩擦ユニットに関する。
この種の摩擦ユニットは、フランス特許公開公報第２６２０４９９号により公知である。このような書類において開示された摩擦ユニットは、炭素−炭素−材料から成る摩擦面を有している。両方の摩擦面２，２ａは、ボルト６を介して結合されている。ボルト６自体も、同様に炭素−炭素−材料から成っている。この刊行物の図２から分かるように、ボルトの端面が摩擦面の一部分を形成している。
別の摩擦ユニットが、ドイツ特許公開公報第４４３８４５６号に開示されている。このような摩擦ユニットは、コア部材と、これと固定的に結合された少なくとも１つの摩擦部材とによって示されており、この場合、摩擦部材は、摩擦面とは反対の側におけるコア部材と結合されている。両方の部材の結合は、高い温度に左右されない結合層を介して行なわれる。好適には、結合層は大体において炭化珪素から形成されている。一般に、このようなブレーキディスクもしくはブレーキ円板における本質的な問題は、摩擦面において形成された熱を十分に放射させることにある。この理由から、このようなブレーキディスクのコア部材は、十分な冷却空気を摩擦部材の内側に供給する中空室を有している。このような冷却通路及び中空室に基づいて、熱を周辺空気に放射するために大きな表面が準備される。１つの構成によれば、２つの摩擦部材が、ウェブによって形成されているコア部材によって間隔を置いて保持されており、この場合、ウェブの間にそれぞれ中空室が存在している。ウェブは、それぞれの摩擦部材の内面における溝内に嵌め込まれておりかつ摩擦部材と強固に結合されている。
このような課題は、本発明による摩擦ユニットにおいて、単数又は複数の成形部材が、面垂直線の方向で、摩擦面自体より高い熱伝導を有しており、さらに成形部材の少なくとも５０％の炭素−繊維が、その長手方向において、該繊維が摩擦面の面垂直線と角度≦４５°を形成するように向けられている場合に、前記単数又は複数の成形部分が、塊状の炭素、一体構造のセラミック、又は炭素−繊維強化された結合材料から形成されていることによって解決される。
一面では、成形部材が摩擦部材の摩擦面の表面まで達しており、かつ他面では、成形部材が好適な熱伝達方向を有していてかつこの熱伝達方向に関して、この方向が摩擦面の面垂直線の方向でほぼ延びているように整列されているような、本発明による構成によって、このような成形部材を介して、かつ限定された熱勾配に基づいて、摩擦面において生じる熱が限定されてこの摩擦面から放射され、これによって摩擦面における熱停滞が減少されるということが保証される。摩擦面内で途切れているそれぞれの成形部材によって形成されていない摩擦面領域は、摩擦係数に関して最良の状態にされることができ、その結果、ブレーキディスクは、一面ではこの領域において良好な摩擦特性を有しており、しかし他面では成形部材を介する熱の良好な放射性においても優れている。摩擦表面における増大する熱上昇によって摩擦ユニットの摩擦特性が著しく減少されるので、正に熱のこのような迅速な放射は重要である。さらに、増大する摩擦面温度によって摩擦が増大することになるが、本発明の構成によればこれを減少させることができる。この場合、摩擦部材の材料に対して異なる性質の、あるいは同質の材料の使用が好適であり、並びに、本来の摩擦部材の構造に比べて、成形部材の少なくとも５０％の炭素−繊維が、摩擦部材の表面に向かうその長手方向において、この繊維の長手軸線と摩擦面の面垂直線とが角度≦４５°を形成するように向けられているような成形部材の炭素−繊維の整列が好適であり、これに対して、摩擦部材における炭素−繊維は摩擦面に対して好適にはほぼ平行に延びている。
好適には、面垂直線と、成形部材の繊維の長手軸線との間の角度は＜３０°であり、なお好適には最大１０°であり、理想的な場合には、これらの繊維は摩擦表面に対して垂直に、あるいは摩擦面の面垂直に対して平行に途切れている。この場合、表面に対して垂直に、もしくは面垂直線の方向で延びるこのような繊維の部分は、７５％以上であり、好適には、このような部分は９０％以上である。理想的な部材では、単数又は複数の成形部材が繊維束によって形成されており、この繊維束の繊維は、互いに平行に延びており、かつ少なくとも摩擦面の表面領域において面垂直線の方向で延びるように整合されている。
良好な熱放射を有する安定的な構造を維持するために、成形部材は摩擦部材をその厚さ全体で貫通する。前述したように摩擦部材に組み込まれている複数の成形部材が設けられている。このような複数の成形部材は、互いに均一に間隔を置いて配置されており、従って、摩擦面内で途切れている成形部材の面の間にそれぞれ、十分な領域が、相応する摩擦特性を有する摩擦ユニットの表面に残されている成形部材のこのような構成においては、その端面がそれぞれ摩擦面内で途切れているボルト状に構成された成形部材が好適である。好適には、複数の成形部材の、摩擦面内で途切れている端面の合計が、摩擦ユニットの摩擦面全体の３０〜５０％になる。ボルトの直径、もしくは成形部材の、摩擦面内で途切れている端面の直径として、１０〜２０ｍｍの直径が、好適には１２〜１４ｍｍの直径が選ばれている。
摩擦ユニットの構成及び使用種類に応じて、成形部材はボルト状に構成されていてもよく、又はそれぞれの摩擦面もしくは摩擦部材を越えて突出してもよく、これにより、成形部材の自由表面が摩擦面を越えて突出するこの領域によって増大されるということに基づいて、冷却のための付加的な利点を有する。
ボルト状の成形部材は、摩擦面から、この摩擦面とは反対の側の面まで先細にされることができる。このことは、このような成形部材が、摩擦面から出発して、先細にされた開口内に嵌め込まれていることを意味する。このような構成は、成形部材が、高い温度作用を受けても、先細にされた、例えば円錐状の横断面によって締め付けられて摩擦部材内に保持されるという別の利点を有する。たとえ、拡大されるとしても、先細にされるとしても、段部を形成された横断面に関して、ショルダー面または当て付け面が形成されることができ、この面はそれぞれ、成形部材と摩擦部材との確実な位置及び整列を保証する。製造技術的な観点から、成形部材はほぼ円形状の横断面を有している。このような横断面において、繊維束は、半径方向で分配された均一な向きを有してコンパクトにまとめることができる。
既に述べたように、成形部材は、ショルダー面又は当て付け面を有している形式が好適である。このように構成された成形部材によって、２つの摩擦部材を互いに間隔を置いて整列することができ、従って、成形部材のショルダー領域は、成形部材を保持するそれぞれの摩擦部材に関して、摩擦部材の、摩擦面とは反対側の背面に当て付けるための当て付け面として使用される。成形部材によって間隔を置いて保持された２つの摩擦部材の間の領域もしくは中空室は、成形部材の、両方の摩擦部材の間で露出する中心領域の周りに直接流れかつここで熱を放射するために、摩擦ユニットの回転により中空室内に強い空気循環を発生させるために使用することができる。
間隔を置いて保持された両方の摩擦部材の間で露出する、それぞれの成形部材の中心領域に位置する、成形部材の表面へ熱を伝達するために、この領域において炭素−繊維は、該繊維が一平面内で摩擦面に隣接する繊維層の繊維長手方向に対してほぼ垂直に延びておりかつこれによって冷却流の方向で延びるように整列されている。したがって、繊維の向きは、摩擦表面から成形部材の中心領域の自由な表面に向かって限定されて配列を変えられているので、申し分ない熱放射が達成され、しかも熱伝達の優先方向を繊維の長手方向で利用しつつ達成される。内側で換気されるブレーキディスクの場合には、成形部材の均一な負荷を度外視することができ、この場合も、成形部材を、冷却通路の壁を形成するように配置することができる。
互いに限定されて間隔を置いて配置されている２つの摩擦ユニットの間の中間室の領域内に、例えば本発明による成形部材によって、摩擦面から前記の中空室内に突入する別の成形部材が嵌め込まれることができる。このような成形部材は、好適には、摩擦表面から熱を放射するために使用される。前記成形部材は長さにおいて適当に設計することができ、さらに中空体として構成されており、この場合、繊維が、摩擦面の領域では摩擦面に対してほぼ垂直に延びており、これに対して、中空室内に突入する自由端部の領域では、熱を適当に放射するために、成形部材に沿って流れる冷却空気流の方向に向けられることが考えられる。
本発明による成形部材は、好適には、摩擦ユニットの保持部材又は力導入部材として使用することもできる。
成形部材が十分な横断面を有している場合、熱放射のための自由な表面を増大するために、成形部材は、摩擦面とは反対の側に単数又は複数の中空室を有することができる。成形部材は、摩擦面に対してほぼ垂直な開口を有して管状又はスリーブ状に構成されることもできる。
成形部材の熱伝導率をさらに高めるために、成形部材内に金属が封入される。このような金属部材、例えば薄い金属屑又は金属線材又は金属繊維は、摩擦面に対して垂直に成形部材内に延びるように整列される。炭素−繊維の好適な向きと関連して、このような金属封入物は繊維に対して平行に整列されている。
金属封入物とは別に、あるいはこれに対して付加的に、好適な熱伝導を高めるために、成形部材の少なくとも５０％の炭素−繊維について、摩擦部材を形成している繊維の熱伝導率より高い熱伝導率が選ばれている。このような繊維として、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）−又はピッチを基剤とした３００ＧＰａより大きい引張り−Ｅ−モジュラスを有する高−モジュラス−繊維が考えられる。
本発明による摩擦ユニットは、好適には、摩擦部材及び成形部材の領域における繊維のそれぞれ好適な向きを有する炭素−繊維体から構成されており、この場合、摩擦部材及び／又は成形部材の繊維は、別の好適な構成で炭化珪素内に埋め込まれる。このような炭化珪素は、摩擦ユニットの製造中に、液状珪素の形で、準備された炭素−繊維フレームの領域におけるミクロ構造内に浸潤され、かつ熱作用を受けて遊離炭素と結合して炭化珪素に転移される。このような方法及び形式で、有孔の準備部材を、摩擦部材及び成形部材をその優先方向でそれぞれ整列させる素材として製造することができ、次いで、珪素の浸潤及び熱処理により１つの固い結合部材が完成される。
本発明による摩擦ユニットの好適な構成が、従属形式の請求の範囲に記載されている。
ここで使用されるような摩擦ユニットとは、ブレーキディスク及びブレーキ片を意味するだけでなく、クラッチなどに使用される摩擦ライニングも意味する。
本発明の詳細及び特徴は図面を用いた実施例の以下の記載から明らかである。図面中、
図１は、摩擦ユニットの概略的な斜視図を示し、この場合、摩擦面の領域内で４つの成形部材が途切れており、
図２は、図３の摩擦ユニットと関係して嵌め込み可能であるような成形部材の斜視図を示し、
図３は、図２に示されているような成形部材によって互いに間隔を置いて保持されている２つの摩擦ユニットの断面図を示し、
図４は、図３に相応する断面図を示し、この場合、成形部材は摩擦面に向かって先細になる横断面輪郭を有しており、
図５は、スペース部材として嵌め込み可能な成形部材を示し、
図６は、複数の摩擦部材を有する摩擦ユニットの概略的な縦断面図を示し、この場合、この摩擦部材内に埋め込まれた成形部材が断面図で示されており、
図７は、摩擦ユニットを間隔を置いて保持する２つの成形部材、並びに摩擦面から中間室内に突入する付加的な冷却−成形部材を有する２つの摩擦ユニットを、図３に相応する断面図で示し、
図８は、図６に匹敵する縦断面図を示し、この場合、それぞれ摩擦面から突出する成形部材の２つの変形実施例が示されており、
図９Ａ〜図１２Ａ並びに図９Ｂ〜図１２Ｂはそれぞれ、本発明による構成及び種々の変化可能性を説明するために、概略的に示された繊維延びを有する成形部材を、端面図及び所定の破断線に相応した断面図で示し、
図１３は、本発明によるブレーキディスクを縮尺図で示し、
図１４は、図１３のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図を示す。
図１においては、摩擦ユニットがブレーキディスク１の形状で概略的に示されており、このブレーキディスクは中央の開口２を有してリング状に構成されている。このようなブレーキディスクは、典型的な形式で約３００〜３５０ｍｍの外径３を有しており、一方、厚さ４は８〜１５ｍｍの間である。
ブレーキディスク１は、炭素−繊維強化された結合材料からなる摩擦部材５並びにボルト状の種々の成形部材６を有しており、該成形部材は、ブレーキディスク１の周囲に分配されて摩擦部材５内に嵌め込まれている。これらの成形部材６の端面は、摩擦部材５の摩擦面７内で途切れており、かつ図１から分かるようにこの摩擦面の一部分を形成している。これらの成形部材６は、摩擦部材５の上側から、即ち摩擦面７から、摩擦部材５の、摩擦面とは反対の側の表面まで達している。図示の実施例において、その基礎フレームにおいて炭素繊維から構成されている成形部材は、目的に合った好適な熱伝達装置によって、制動時に摩擦面７上に発生される熱を放射するために役立つ。このため、成形部材６に好適な熱伝導方向が与えられており、しかも、殊に炭素繊維を高い容量百分率部分で含むこれらの成形部材が、該成形部材６の領域で熱低下が形成されておりかつ熱がこれらの成形部材６を介して目的に合わせて放射されるように整列されて設けられている。例えば炭素繊維フレームから製造される摩擦部材５が、その繊維整列において、高い強度を有している。即ち、繊維が摩擦面７に対してほぼ平行に延びるように構成されているのに対して、ボルト状の成形部材６の繊維は、摩擦面７に対して垂直に、即ち、摩擦面７に直立する面垂直線の方向でほぼ延びている。正に面垂直線の方向でこのように限定された繊維整列が、摩擦面７から熱を申し分なく放射させることが明らかである。図１には、摩擦ユニットの原理的な構成を説明するために４本だけのボルト状の成形部材６が示されている、もちろん、ブレーキディスクの原理的な構造のためには、図１３及び図１４に示されているような複数のボルト状の成形部材６が有利であり、これらの成形部材は以下においてさらに説明される。
高性能−摩擦ユニットもしくは高性能−ブレーキディスクを構成するために、原理的には図１に示されているような２つの摩擦部材５が、図３に示されているように互いに間隔を置いて配置されている。両方の摩擦部材５を間隔を置いて保持するために、既に図１に基づいて説明されたようなボルト状の成形部材６を使用することができる。図２及び図３に示されているような実施例において、例えば円筒状の形状（図２）の中心部分８は、先細にされた端部区分９を有して、中心部分８と端部区分９との間の移行個所にそれぞれ１つのショルダー領域１０が生じるように形成されている。それぞれのショルダー領域１０には、さらに、図３に示されているように、上方の摩擦部材５及び下方の摩擦部材５が当接される。
図３においては、それぞれの摩擦部材５における、並びに成形部材６における主繊維整列が線によって示されている。それぞれの端部区分９において繊維が摩擦面７に対して垂直に、即ち、摩擦面７に直立する面垂直線の方向で延びるように切れていて、かつこの整列が成形部材６の中心部分８内に達しているのに対して、中心の区域では、繊維が、これらの第１の繊維整列に対して好適には垂直に、即ち、適当な陰影線１８によって表わされているように摩擦面７に対してほぼ平行に向けられている。このような繊維整列に基づいて、好適な熱流動は、符号１１によって示された矢印の方向で行なわれ、特に、摩擦ユニットの回転下でこのボルト状の成形部材６に沿って冷却空気が流されることによっても行なわれる。このような摩擦ユニットの好適な構造は、摩擦部材５並びにボルト状の成形部材６が炭素繊維フレームから構成されており、特に成形部材６において繊維が前述のように整列されて構成されている場合に得られ、この場合、これらの成形部材は炭素繊維フレーム−素材として製造され、この際、熱処理を受けて遊離炭素によって炭化珪素に転移される液状珪素を浸潤される。セラミック化の後に、一面では、正に摩擦面７上に極めて高い温度が発生される場合に高性能−ブレーキユニットとしての要求に応じられる。しかし他面では、正に特別に構成された成形部材６によって極めて高い度合の熱放射を提供する耐高温のブレーキユニットが達成される。成形部材６の構成のために、所謂、高−モジュラス−繊維のような好適には高い熱伝導の繊維が使用され、この繊維は、２０Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率において優れている。摩擦面の繊維は、好適には、例えば二方向織物として提出されるＥ−モジュラス＜３００ＧＰａのＨＴ（強力）−Ｃ−繊維から成っている。
図４に示された成形部材１３は、図３の成形部材の段状に先細にされた端部区分９の代わりに、摩擦面７においてそれぞれ途切れているその自由端部に向かって円錐状に先細にされた区分１２を有しており、この区分は、それぞれの摩擦部材５における相応の円錐状の切欠き部内に嵌め込まれている。このような構成によっても、摩擦部材５内へそれぞれの成形部材６を確実に保持することが保証されている。図３に示す成形部材に対して、図４に示す実施例の成形部材１３は、円錐状の区分１２と中心部分８との間の移行が準連続的に行なわれ、即ち、ショルダー領域１０の形状の跳躍個所が存在しないという利点を有している。このような構成の利点は、繊維が円錐状の区分１２において中心部分８内に連続して移行し、かつそこで好適には、繊維が、図３の実施例を用いても説明されたように円錐状の区分１２の領域における整列に対して垂直に延びるように配列を変えられることにある。
図５には、両方の摩擦部材５の間の付加的なスペース部材として使用される成形部材１３が示されており、この成形部材１３は、摩擦部材５の、摩擦面７とは反対の側における凹部又は溝１４内に嵌め込まれている。このような成形部材１３の場合にも、繊維を冷却空気の流れ方向で整列させるために、さらに図３に相応するように、熱流出方向もしくは熱勾配を限定して制御するために、繊維はさらに中心部分８において配列を変えることができる（陰影線１８）。
前述の記載及び以下の記載において使用されている「配列を変える」という表現は、成形部材６，１３の繊維に、熱伝導に関して変化した新しく整列された優先方向が与えられることを意味している。
図４及び図５に示されているような成形部材１３は、横断面形状において流れに好都合な横断面輪郭で形成することができ、好適には、摩擦部材５の回転時にそばを流れる冷却空気の流れ方向で流れに好都合な輪郭として形成することができ、従って、多量の空気量も成形部材１３の冷却される表面に沿って案内される。
図２〜図５に基づいて説明された配置では、２つの摩擦部材５が成形部材６，１３を介してダブルディスク状の摩擦ユニットにまとめられるのに対して、図６においては、図１に示されているようなブレーキディスクに相応する別の摩擦ユニットもしくは摩擦部材５が概略的に示されている。
図６を用いて、摩擦部材５の相応する孔内に嵌め込まれている種々の成形部材１３が示されている。左側の成形部材１３は、その長さにわたって均一な横断面を有しており、この場合も、この成形部材１３を構成している繊維は摩擦面１７に対して垂直に、即ち、摩擦面７の表面垂直線の方向で整列されている。図６に示す中央成形部材１３は、ショルダー領域１０を備えた上方及び下方の区分を有しており、前記ショルダー領域によって成形部材は摩擦部材５の内部に付加的に支持される。成形部材１３の右側の図は、摩擦面７から反対の側へ先細にされた円錐体を示しており、この円錐体は、中央の成形部材１３に相応して、摩擦部材５内に確実に保持されるという利点を有している。
これらの成形部材は円形状の横断面を有することができるだけでなく、この横断面は、それぞれ好適な熱伝導に関して繊維整列を考慮してその都度の要求に応ずることができる。
図７においては、図３に相応する摩擦ユニットが概略的に示されている。このような構成でも、２つの摩擦部材５は、図２の成形部材に相応する成形部材６を介して間隔を置いて保持されており、従って、両方の摩擦部材５の間に中間室が形成されている。図７の構成では、両方の成形部材６の間に別の冷却−成形部材２３，２３′が示されており、これらの冷却−成形部材は、それらを嵌め込んでいるそれぞれの摩擦部材５の下面を越えて規定の距離だけ突出している。これらの冷却−成形部材２３，２３′は、熱を摩擦面７から放射するためにだけ役立ち、この場合も、好適な熱伝達方向を得るために、冷却−成形部材の繊維整列が摩擦面７に対してほぼ垂直であると好適である。さらに、冷却−成形部材２３のそれぞれは中心孔２４を有しており、この中心孔は、一面では冷却−成形部材２３の表面を拡大することができ、かつ他面では摩擦面７の摩耗材料を受け取ることができる。このような冷却−成形部材２３は、原理的には、既に記載された成形部材６，１３を用いて説明されている、もしくは以下に図９〜図１２に基づいてさらに説明されるように構成されることができる。例えば、ショルダー領域１０が設けられており、このショルダー領域によって冷却−成形部材２３は摩擦部材５に当接する。しかし、このような冷却−成形部材２３を、図７において下方の摩擦部材５の範囲で説明されている冷却−成形部材２３のように、ボルトもしくは円筒部材として構成することもできる。別の変形実施例として、冷却−成形部材２３′は塊状の成形部材として示されている。
図８には、摩擦部材５の図６に相応する図が示されており、この摩擦部材には、図６の成形部材１３にほぼ相応するボルト状の成形部材１３が嵌め込まれている。もちろん、摩擦面７を越えて突出する先細の突出部２５が付加的に設けられている。このような構成によって、付加的な冷却効果が達成される。前記突出部２５は、右側の成形部材１３に基づいて示されているように、上側において摩擦部材５を越えて突出することができるだけでなく、左の図が示すように摩擦部材５の下側を越えて突出することもできる。さらに、図８の右側の成形部材１３は、下方の端部において拡大された突出部２５′を有しており、この突出部は摩擦部材の下面に当接する。摩擦面７を越えて延びる突出部２５及び２５′、特に突出部２５は、保持部材として、又は力導入部材として使用することができ、そのために相応する固定部材がこの成形部材１３に形成される。もちろんこのような構成のために、突出部は、図８に示されているように先細にされている必要はなく、摩擦面７を越えて僅かに突出しているだけで十分である。さらに、このような突出部２５，２５′の自由端部は、本来の摩擦面を形成するためにも使用することができる。このために、図８に示されているような本来の摩擦面７を越えて突出する端面を有する相応する数のこのような成形部材が設けられなければならない。正に、このような構成の利点は、摩擦ユニット５の上面と、この上面に自由端面を当て付ける対応物との間に狭い間隙が形成され、この間隙内で冷却空気が循環し、このことにより摩擦ユニット５の冷却が付加的に高められることである。
図９〜図１２には、ボルト形状の成形部材、即ち、例えば図６の左側の成形部材１３に相応するほぼ円形状の横断面を有する成形部材の種々の概略図が示されている。
図９Ａ及び図９Ｂには、図９Ａが示すような複数の層で横断面にわたって重ねられた二次元の織物から構成されている成形部材１３が示されている。繊維は、図面において一点鎖線１９で表わされている長手軸線に対して０度及び９０度を成して延びている。成形部材１３の本質は、炭素−繊維の優先方向が長手軸線１９の方向で延びており、一方、ほぼ同じ大きさの部分がこの方向に対して横方向に向いていることにある。これによって、熱伝達は、長手軸線１９の方向でも、摩擦表面から離れる方向でも、同じ値で行なわれる。
図１０Ａ及び図１０Ｂには、例えば、長手軸線１９を中心として巻き付けられた二次元の繊維織物から構成されている成形部材１３が示されている。図１０Ａが概略的に示すように、繊維の端部は摩擦表面内で切れており、従って、摩擦表面において発生された熱は、長手軸線１９に対して４５度の角度を成す繊維の限定された向きによって反対の側へ放射される。このような構成の利点は、全ての繊維が、長手軸線の方向並びにこれに対して横方向で同時に熱を導出することにある。
図１１Ａ及び図１１Ｂに示された構成では、主に、長手軸線１９に対して平行な繊維のみが設けられている。この場合、繊維はいわば繊維束として構成されており、この繊維束において全ての繊維は平行に整列されており、従って、これらの繊維は摩擦表面に対して垂直に延びている。
図１２Ａ及び図１２Ｂは、符号２０で示された外側の周壁領域とコア領域２１とを備えた変形実施例を示している。コア領域２１において繊維は図１１Ａ及び図１１Ｂに相応して長手軸線１９に対して平行に整列されており、これに対して、周壁領域２０は図９Ａ及び図９Ｂの実施例に相応して二次元の織物から構成されている。成形部材１３のこのような構造によって、段を付けられた熱勾配が、長手軸線１９に向かって、及び摩擦面７から離れて反対の側へ生じ、従って、熱は摩擦面７によって限定されて、かつ長手軸線１９に対して横方向に放射される。
図１〜図１２において概略的に示されたブレーキディスク及び成形部材に対して、図１３及び図１４には、複数の摩擦部材５を備えた恐らく縮尺どおりのブレーキディスクが示されている。このようなブレーキディスク１は中央の受容開口を有しており、この受容開口には、図１に相応して符号２が付けられている。さらに、中央の受容開口２の縁近くに均一に分配された複数の固定孔１５が示されており、これらの固定孔を介してブレーキディスクが駆動されるユニットに固定されることができる。摩擦部材５は、均一な模様で分配された５列の成形部材を有しており、これらの成形部材には図１に相応して符号６が付けられており、この場合、複数列の成形部材６は、それぞれ半径方向で互いにずらして配置されており、従って、隣接する成形部材６の間には本来の摩擦部材５のそれぞれ１つの狭いウェブが残されている。これらの成形部材６は、例えば、図６に示されているような横断面形状を有することができ、この場合、図１４に相応してその軸方向長さにわたって均一な横断面を有しているボルト状の成形部材６が設けられている。さらに、この成形部材６は、炭素繊維から構成されたブレーキディスクの繊維整列によって惹起される熱伝達の好適な方向を有しており、即ち、成形部材６の繊維も摩擦面７に対して垂直に延びるように整列されている。制動時に摩擦面７において惹起される熱をブレーキディスクの内部に放射するために、複数の成形部材６の細分配された配置によって成形部材は摩擦面７全体にわたって分配される。成形部材６の面によって形成されない摩擦面７は、申し分ない摩擦特性を有するように設計されることができ、これに対して、成形部材６は、この成形部材が熱低下を生じるので申し分ない熱放射を保証するように設計されている。図１３に示されているようなこのような労力のかかる構造は、好適には、摩擦部材５のための繊維基礎フレームの形で形成されており、この摩擦部材内に、図９に類似して摩擦面７の表面垂直線に対して平行に延びる二次元の織物層の形のボルト状の複数の成形部材６が埋め込まれる。繊維の限定された整列を有するこのような炭素−繊維マトリックスは素材の形で製造されることができ、この素材は、続いて、限定された顕微鏡組織を先に形成して液状珪素を浸潤され、さらにこの珪素は遊離炭素によって炭化物に転移される。セラミック化の後に、極めて高い温度に耐えられる耐高温の炭素結合配置が得られ、しかしさらに摩擦表面からの申し分ない熱放射も必然的に伴う。摩擦面７からのこのような熱伝導を付加的に助成するために、成形部材６内に、もちろん図面には示されていない例えば金属線材又は金属屑の形の熱をよく伝える封入物を設けることができる。
摩擦部材５内に嵌め込まれている複数の、あるいは全ての成形部材６は、一面では付加的な冷却効果を達成するために、しかし他面では、摩擦面７において生ぜしめられる摩耗材料を放射することができる自由スペースを提供するために、貫通開口を備えていることができる。
図１３及び図１４に示されているようなブレーキディスクは、約１６０ｍｍの中央開口の直径１６を有しており、一方、外径１７は約３３０ｍｍである。ブレーキディスク１もしくは摩擦部材５の厚さ２２は約３０〜３５ｍｍである。固定孔１５の直径は１０ｍｍが選ばれている。ボルト状の成形部材６の直径は１３ｍｍであり、この場合、摩擦部材内に、全部で１６０個のこのような成形部材６が嵌め込まれている。
前述の記載で説明されているような種々の成形部材６，１３，２３及び２３′は、熱を摩擦面から限定して放射するために、摩擦面の面垂直線の方向で摩擦面自体の材料より高い熱伝導を生じるという機能を満たす。このような効果を達成するために、例えば、炭素−繊維強化された結合材料からなる成形部材、金属封入物を組込んだ成形部材、並びに、炭素−繊維が珪素の液状浸潤及び炭素との反応によって形成される炭化珪素内に埋め込まれている成形部材のような種々の構造の成形部材が提供される。さらに、炭素、好適には黒鉛からなる成形部材、あるいは一体構造の強化されない材料、好適には炭化珪素もしくは焼結された炭化珪素又は珪素を浸潤された炭化珪素からなる成形部材の塊状の構成が可能である。前述の材料のうち、一体構造のセラミックは、摩耗減少を付加的に得ようとする場合にある程度の周面においてこのような成形部材のために嵌め込まれ、これに対して、炭素、特に黒鉛における主成分を含む成形部材は騒音減衰のために役立ち、さらに、黒鉛からなる成形部材はコスト的に好適に構成することもでき、さらに、成形部材の熱伝導率は極めて良好に調節可能であり、その結果、得ようとする熱勾配が成形部材の領域で達成される。要するに、例えば、図１３のブレーキディスクにおいて示されているような成形部材６は、一部では、騒音減衰効果を達成するために黒鉛から形成されており、かつ一部では、摩耗に対抗するために一体構造のセラミックから形成することができる。さらに、成形部材６を図１３の実施例に相応して限定して配置することによって、この成形部材は、冷却通路系が形成される通路壁を形成することができ、この冷却通路系を通って、冷却流体、例えば周辺空気が導入される。

Claims (31)

1. 摩擦部材と少なくとも１つの成形部材とを備えた少なくとも１つの摩擦面を有しており、前記摩擦部材が炭素−繊維強化された結合材料から形成されかつ成形部材と強固に結合されており、少なくとも１つの成形部材が、その少なくとも一部分が摩擦面の領域を形成するように摩擦部材と結合されている摩擦ユニット、特にブレーキディスクにおいて、成形部材（６；１３；２３；２３′）が摩擦面（７）より高い熱伝導を有すると共に、炭素−繊維の少なくとも５０％が、その長手方向において摩擦面の垂直面に対して４５°以下の角度を形成するように向けられており、当該炭素−繊維が摩擦面に達している炭素−繊維強化された結合材料から形成されていることを特徴とする摩擦ユニット。
2. 摩擦部材（５）における炭素−繊維が摩擦面（７）に対してほぼ平行に延びていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ユニット。
3. 形成された角度が＜３０°であることを特徴とする請求項２に記載の摩擦ユニット。
4. 形成された角度が最大で１０°であることを特徴とする請求項３に記載の摩擦ユニット。
5. 成形部材の炭素−繊維が、摩擦面（７）の面垂直線に対してほぼ平行に延びていることを特徴とする請求項４に記載の摩擦ユニット。
6. 成形部材（６；１３；２３；２３′）の整列された炭素−繊維の部分が７５％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦ユニット。
7. 成形部材（６；１３；２３；２３′）の整列された炭素−繊維の部分が９０％以上であることを特徴とする請求項６に記載の摩擦ユニット。
8. 成形部材（６；１３；２３；２３′）の炭素−繊維全体が互いにほぼ平行に、かつ摩擦面（７）の面垂直線の方向で延びていることを特徴とする請求項４または７に記載の摩擦ユニット。
9. 成形部材（６；１３；２３；２３′）が、その厚さ全体で摩擦部材（５）を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ユニット。
10. 互いに間隔を置いて摩擦部材（５）にわたって分配されている複数の成形部材（６；１３；２３；２３′）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ユニット。
11. 成形部材（６；２３；２３′）が、摩擦面（７）内で途切れているそれぞれ１つの端面を有してボルト状に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ユニット。
12. 成形部材（１３）が、それぞれ摩擦面（７）を越える端面を有してボルト状に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ユニット。
13. 成形部材（６；１３；２３；２３′）が、摩擦面（７）から、この摩擦面とは反対側の面まで先細にされていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の摩擦ユニット。
14. 成形部材（６；１３）が円錐状の構成部材として構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の摩擦ユニット。
15. 先細部の領域に当て付け面（１０）が形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の摩擦ユニット。
16. 成形部材（６；１３；２３；２３′）が、円形状の横断面を有していることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の摩擦ユニット。
17. 少なくとも１つの成形部材（６；１３）が、摩擦面（７）とは反対側の面を越えて突出しており、さらに突出する部分と別の摩擦部材（５）が結合されていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ユニット。
18. 成形部材（６；１３）が、両方の摩擦部材（５）を、中間室を形成するように間隔を置いて配置していることを特徴とする請求項１７に記載の摩擦ユニット。
19. 両方の摩擦部材（５）の間の中間室をブリッジする、成形部材（６；１３）の領域（８）において、炭素−繊維は、この炭素−繊維が一平面内で摩擦面（７）に隣接する層の繊維長手方向に対してほぼ垂直に延びておりかつ冷却流（１１）の方向で延びるように整列されていることを特徴とする請求項１８に記載の摩擦ユニット。
20. 成形部材（２３）が、中間室内に突入しており、かつそれぞれ対向する摩擦部材（５）に対して間隔を置いて途切れていることを特徴とする請求項１８に記載の摩擦ユニット。
21. 成形部材（２３）が中空体として構成されていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の摩擦ユニット。
22. 成形部材（６；１３；２３；２３′）が、少なくとも１つの金属封入物を有しており、この金属封入物が、摩擦面に隣接する層内で摩擦面に対してほぼ垂直に延びていることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の摩擦ユニット。
23. 少なくとも１つの金属封入物が、成形部材の炭素−繊維に対してほぼ平行に延びるように整列されていることを特徴とする請求項２２に記載の摩擦ユニット。
24. 成形部材（６；１３；２３；２３′）の少なくとも５０％の炭素−繊維が、摩擦部材（５）の炭素−繊維より高い熱伝導率を有していることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項に記載の摩擦ユニット。
25. 成形部材（６；１３；２３；２３′）の少なくとも５０％の炭素−繊維が、引張り−Ｅ−モジュラス＞３００ＧＰａを有する高−モジュラス−繊維であることを特徴とする請求項２４に記載の摩擦ユニット。
26. 摩擦部材（５）の炭素−繊維及び／又は成形部材（６；１３；２３）の炭素−繊維が、炭化珪素内に埋め込まれており、この炭化珪素が、珪素の液状浸潤及び炭素との反応によって形成されていることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載の摩擦ユニット。
27. 摩擦面（７）内で途切れている端面の合計が、摩擦面の全面積のほぼ３０％〜５０％である（図１３）ことを特徴とする請求項１１に記載の摩擦ユニット。
28. 摩擦面内で途切れている端面の直径が、１０〜２０ｍｍの間、好適には１２〜１４ｍｍの間であることを特徴とする請求項２７に記載の摩擦ユニット。
29. 成形部材の数、成形部材の形状、及び位置決めが、成形部材によって冷却通路構造体が形成されるように選ばれていることを特徴とする請求項１７に記載の摩擦ユニット。
30. 成形部材（６；１３；２３；２３′）が、保持部材及び／又は力導入部材を形成することを特徴とする請求項１〜２９のいずれか１項に記載の摩擦ユニット。
31. 成形部材（６；１３；２３；２３′）が、それぞれの摩擦部材（５）の上側を越えて突出しており、さらに成形部材（２３，２３′）の端面が摩擦面を形成することを特徴とする請求項１〜３０のいずれか１項に記載の摩擦ユニット。

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