WO2009026976A1 - Scheibenbremse mit zwei keramikbremsscheiben - Google Patents

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WO2009026976A1
WO2009026976A1 PCT/EP2008/004468 EP2008004468W WO2009026976A1 WO 2009026976 A1 WO2009026976 A1 WO 2009026976A1 EP 2008004468 W EP2008004468 W EP 2008004468W WO 2009026976 A1 WO2009026976 A1 WO 2009026976A1
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brake
disc
wheel hub
discs
pads
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PCT/EP2008/004468
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Michael Niestegge
Hans-Georg Riedel
Helmut Schlitz
Original Assignee
Daimler Ag
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    • F16D2250/0038—Surface treatment
    • F16D2250/0046—Coating

Definitions

  • the invention relates to a disc brake with two brake discs, which are mounted axially movable on a wheel hub and a fixed caliper with three brake pads, two of which are arranged outside brake pads each associated with a friction ring and axially movable via brake piston and of which an inner lying between the two brake discs arranged brake pad is stationary or axially movable connected to the fixed caliper.
  • disc brakes are affected with ceramic discs.
  • Disc brakes with ceramic brake discs are gaining in importance for high-performance braking systems of sports vehicles.
  • C / C- -Ke-rami-k - en - Rohienst ⁇ off7 "KöK ⁇ e ⁇ sTfcTff ⁇ ceramics) play for series or road vehicles essentially only carbon fiber reinforced SiC ceramics a role, as they are in contrast
  • Such composite ceramics are known in different material forms as C / SiC or C / C-SiC and are described, for example, in EP 1 070 027 Bl, DE 44 38 455 Al or DE 197 11 829 Cl.
  • the 198 16 381 Al shows a brake disc for a motor vehicle, which consists of a fiber composite material and is composed of two friction rings, wherein both friction rings are provided with a plurality of involute curved ribs which form air channels in the connected state.
  • the ceramic brake discs are constructed as a gradient material by having an oxidation-protective friction layer of special C / SiC or SiC.
  • Such brake discs now their production are described for example in DE 103 48 123 B3 or DE 100 66 044 B4.
  • the known brake systems have the disadvantage that the ceramic brake discs are highly loaded and due to which require ventilation ducts and / or friction layers. These additional embodiments make the production process of the brake discs more expensive.
  • ceramic brake discs In order to compensate for the low heat capacity compared to the cast iron brake discs, ceramic brake discs must have relatively large diameters.
  • a brake unit with double brake disc is known for example from DE 19859616 Al.
  • a brake unit is disclosed in which two friction rings are connected to a hub by means of a splined shaft profile.
  • the ceramic friction rings are connected via Befest Trentsiqungsbolzen or by means of a splined shaft directly to a hub.
  • the contact surface between the friction ring and the Fastening elements of the hub provided with a plastically deformable, heat-insulating layer (15).
  • the disclosed brakes have the disadvantage that the fasteners for the brake discs and also for the brake pads are exposed to high thermal wear or corrosion. As a result, movably designed connections can be restricted in their function or completely seize. The reliability of the brake can thereby suffer significantly.
  • the object is achieved by a disc brake with two discs from fa_s_ejrver.s.tärkter-
  • Ceramics in particular of carbon fiber reinforced SiC, C / SiC or C / C-SiC, which are axially slidably connected via a brake disk spline on the inner edge of the brake discs and a corresponding hub splines on the outer edge of the wheel hub to the wheel hub and a fixed caliper with multiple Brake linings, of which two externally arranged brake linings each associated with a friction ring and mounted axially movable via brake piston and at least one arranged between the brake discs .
  • the sliding surface of the hub spline of the corrosion-resistant metal alloys corrosion-resistant stainless steel, corrosion-resistant heat-treated steel or Nickel-based alloy consists, with the features of claim 1.
  • a brake comprises two ceramic brake disks, which are arranged axially movably on a wheel hub.
  • the brake type corresponds to the design of a fixed caliper brake, because the caliper with the piston is firmly connected to the wheel suspension. Therefore, in contrast to the caliper brake, the pistons of the outer linings must press the linings against the brake discs from both sides. The saddle is firmly connected to the suspension.
  • the sliding surface on which the corresponding splines can slide axially along each other, from the corrosion-resistant metal alloys (corrosion-resistant stainless steel, corrosion-resistant tempered steel or nickel-based alloy) ensures that no aggravating the agility corrosion products are formed even at maximum thermal stress.
  • corrosion-resistant metal alloys corrosion-resistant stainless steel, corrosion-resistant tempered steel or nickel-based alloy
  • the corrosion resistance is to be understood in particular rust resistance and a scale strength, since the temperatures occurring in conjunction with the ceramic brake disc can assume very high values.
  • the materials of the sliding surface good physical compatibility, especially in terms of thermal expansions, with the rest of the wheel hub required to keep the thermal cycling in continuous operation low.
  • the result is a splined shaft.
  • a high mechanical strength, or strength and corrosion protection in the region of the splines, or the sliding surfaces formed in the splines are crucial. It is provided to provide the sliding surface on the side of the wheel hub with a corrosion-resistant solid material, while the opposite sliding surface of the ceramic brake disc can be used substantially unchanged. Especially due to the high hardness of the ceramic brake disc, it is important to provide a high-strength material for the splines of the wheel hub in mechanical contact therewith.
  • the further spaced from the profile areas of the wheel hub may be constructed from less high quality or corrosion-resistant materials. This makes it advantageous to use a less expensive or a lightweight material for the hub.
  • the extent of the sliding surfaces also depends on how far the spline meshes with each other. It is for example possible to make the teeth of the brake disc so short that a contact with the bottom of the corresponding valley of the hub is not given. The reverse arrangement is conceivable. In contrast, the flanks of the spline teeth are typically designed as a sliding surface, since essentially the power transmission takes place during braking.
  • FIG. 2 shows a wheel hub (9) with a ring (15), which has a wheel hub spline (10), and two disassembled brake discs (5, 6) with corresponding brake disk splines (H)
  • Fig. 3 shows a brake caliper (8) from below with outer brake pads (1, 2), brake carrier (7) and thereto set inner brake pads (3, 4) and
  • the sliding surface of the wheel hub spline (10) is formed by sliding sleeves (14) which are clamped to the teeth of the wheel splined shaft profile (10).
  • the sliding sleeves can be pushed laterally over the teeth of the spline profile for mounting and then fixed.
  • they are designed so that a radial bias to the brake disk spline (11) is constructed and in addition to the axial and a radial mobility exists. This allows Thermal expansion caused by thermal expansion are reduced in the radial direction.
  • the sliding sleeves (14) can span each other only one wedge tooth or even several at the same time. In a variant, the sliding sleeves are connected to a contiguous, the entire wheel hub spanning wreath.
  • the wreath has over the individual sliding sleeves in particular the advantage of easier installation. But the thermal shielding of the underlying wheel hub is usually more efficient than individual sliding sleeves.
  • the sliding sleeves are further preferably designed so that an axial and radial mobility of the spline profile of the brake disc is ensured.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that at least the region of the wheel hub forming the wheel hub spline profile (10) consists of corrosion-resistant stainless steel, corrosion-resistant quenched steel or a nickel-based alloy.
  • the area can be formed, for example, as shown in Fig. 2, by a toothed annular ring (15) on the wheel hub.
  • Ri ' ngkranz (151) is fixed to the wheel hub and the remainder of the wheel hub can be formed by less expensive materials such as the common cast iron alloys.
  • a high hardness of the steel in the contact surfaces of steel and ceramic is required. By sliding the ceramic on the steel surface, in particular during the application of force during braking, the hardness of the surface is of particular importance.
  • Preferred martensitic steels have as
  • Preferred steels are for example X4CrNil8-12, X8CrNiS18-9, X2CrNil9-II, X2CrNil8-9, X2CrNiNl8-10, X6CrNiTil8-10, X6CrNiNbl8-10, X10CrNil8-8, X5CrNiMol7-12-2, X2CrNiMol7-12-2, X6CrNiMoTil7- 12-2 or XlCrNiMoTil8-13-2.
  • This steel is also well suited for a one-piece construction of the wheel hub.
  • Another suitable type of steel of a corrosion-resistant stainless steel are typical austenitic stainless steels, in particular V2A steel.
  • the suitable nickel base alloys are a series of
  • a further embodiment of the invention provides for the wheel hub before a light metal composite. It has a central region of light metal alloy, for example Al or Mg alloy and armored splines, or a ring collar (15) made of the corrosion-resistant metal alloys.
  • the annular ring comprises at least the entire splined shaft profile of the hub. Due to the corrosion-resistant metal alloys, the light metal is mechanically armored and additionally protected against high-temperature corrosion.
  • a further embodiment of the wheel hub sees in the central region below the sliding surface or below the Hub splined shaft profile (10) before a cast steel alloy. More preferably, the cast steel alloy is formed from an austempered ductile iron or ADI.
  • the casting technology production of the complex wheel hub geometry offers significant procedural simplifications.
  • the corrosion-resistant metal alloys are provided with separate lubricious coatings, in particular TiN, TiC and / or BN.
  • Retaining pins for the brake pads are preferably also made of corrosion-inhibited steel or stainless steel, as the sliding surfaces of the wheel hub.
  • a brake carrier (7) of the fixed caliper (8) in each case opposite axially immovable.
  • the Rremsggi (7) is formed for example as a support plate which is fixedly mounted in the saddle.
  • the two brake pads are fixed on the carrier plate.
  • An axial mobility is not provided.
  • This embodiment is characterized by high reliability and simple construction. To the To reduce the variety of variants within the brake, the same brake pads can be used for all 4 positions.
  • An advantage of the fixed fixation of the brake carrier is that no temperature-stable axial sliding devices must be provided.
  • a further embodiment, as shown in FIG. 4 provides between the two brake discs (5, 6) a single inner and two brake discs associated brake pad (12) on an axially fixed or displaceable brake carrier (7).
  • the inner brake pad (12) is typically thicker than the externally mounted.
  • the brake lining (12) is introduced by a clamping or plug connection from below into the brake carrier.
  • the only inner and two brake discs associated brake pad (12) may also be mounted axially non-displaceable.
  • the lining materials commonly used for cast iron brake discs have relatively high levels
  • At least the inner brake pad is constructed from a very low-wear pad material.
  • a ceramic material in particular made of C / SiC, C / C-SiC or oxidation-protected C / C material is used for this purpose. This increases the service life of the hard-to-reach inner brake pads and extends the service cycle.
  • a preferred combination of brake linings provides for the outer an organically bound covering material and for the inner linings a ceramic material, in particular a CMC or SiC material before, which has a relation to the brake disc material reduced strength.
  • the inner brake pad is made larger than the corresponding outer pads. This also increases the service cycle.
  • the braking surface of the inner lining is here preferably at least 1.2 times the area of the respective opposite brake pad.
  • the inner brake pad has at least twice the thickness of one of the outer linings.
  • the thickness is 2.5 to 3 times the thickness of an outer brake pad.
  • the entire thickness of the inner brake pads (3, 4, 12) is at least 2 times the thickness of the outer brake pads (1, 2).
  • the two brake discs are fiber-reinforced ceramic materials. Materials selected from carbon fiber reinforced silicon carbide, C / SiC or C / C-SiC are preferably selected, as they can be produced in particular by the liquid infiltration of C / C precursors with silicon.
  • the brake according to the invention is equipped with two brake discs, the thermal load of the individual discs relative to comparable brakes with only one brake disc decreases significantly. This makes it possible to use simple brake disc designs and to realize significant cost savings over brakes with simple ceramic brake disc.
  • ceramic discs are preferably used without internal channels or recesses for cooling.
  • non-ventilated brake discs also have comparatively lower thicknesses.
  • the leaner construction also saves expensive raw materials.
  • the brake disc can be perforated.
  • through holes are provided perpendicular to the disk surface. Such perforations are procedurally simple and resource-friendly to produce.
  • the brake disc is constructed of a monohydric material.
  • the entire brake disc has substantially the same material composition.
  • the material composition of the brake disk has no gradient parallel to the surface normal and that the brake disk has no separate friction layer.
  • the concept of the double brake disc makes it possible to apply a separate oxidation protection layer, or to a special friction layer on the

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Abstract

Scheibenbremse mit zwei Bremsscheiben aus faserverstärkter Keramik, insbesondere aus Kohlenstoff faserverstärktem SiC, C/SiC oder C/C-SiC, die axial gleitend über ein Bremsscheiben-Keilwellenprofil (11) am Innenrand der Bremsscheiben und ein korrespondierendes Radnaben-Keilwellenprofil (10) am Außenrand der Radnabe mit der Radnabe verbunden sind, und aus einem Festsattel mit mehreren Bremsbelägen, von denen zwei außen angeordnete Bremsbeläge (1, 2) jeweils einem Reibring zugeordnet und über Bremskolben axial beweglich angebracht sind und mindestens einem zwischen den Bremsscheiben angeordneten innen liegenden Bremsbelag, wobei zumindest die Gleitfläche des Radnaben-Keilwellenprofils (10) aus korrosionsfestem Edelstahl, korrosionsfestem Vergütungsstahl oder einer Nickelbasislegierung besteht.

Description

Scheibenbremse mit zwei Keramikbremsscheiben
Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse mit zwei Bremsscheiben, die axial beweglich auf einer Radnabe gelagert sind und einem Festsattel mit drei Bremsbelägen, von denen zwei außen angeordnete Bremsbeläge jeweils einem Reibring zugeordnet und über Bremskolben axial beweglich sind und von denen ein innen liegender zwischen den beiden Bremsscheiben angeordneter Bremsbelag ortsfest oder axial beweglich mit dem Festsattel verbunden ist. Insbesondere sind Scheibenbremsen mit keramischen Bremsscheiben betroffen.
Scheibenbremsen mit keramischen Bremsscheiben gewinnen für Hochleistungsbremssysteme von Sportfahrzeugen zunehmende Bedeutung. Neben den auf den Rennsport beschränkten C/C- -Ke-rami-k-en—(-Rohienst~off7"KöKϊeήsTfcTff^Keramiken) spielen für Serien- bzw. Straßenfahrzeuge im wesentlichen nur Kohlenstofffaserverstärkte SiC-Keramiken eine Rolle, da sie im Gegensatz zu den C/C-Werkstoffen einen hohen inhärenten Oxidationsschutz bei den auftretenden hohen Bremstemperaturen aufweisen. Derartige Verbundkeramiken sind in unterschiedlichen werkstofflichen Ausprägungen als C/SiC oder C/C-SiC bekannt und werden beispielsweise in der EP 1 070 027 Bl, DE 44 38 455 Al oder der DE 197 11 829 Cl beschrieben.
Aufgrund der hohen thermischen Belastungen und gegenüber konventionellen Graugussbremsscheiben geringen Wärmekapazitäten, ist es üblich auch keramische Bremsscheiben innenbelüftet auszuführen, wie beispielsweise in DE 44 38 455 Al beschrieben. Die 198 16 381 Al zeigt eine Bremsscheibe für ein Kraftfahrzeug, die aus einem Faserverbund-Werkstoff besteht und aus zwei Reibringen zusammengesetzt ist, wobei beide Reibringe mit einer Vielzahl von evolventenförmig gekrümmten Rippen versehen sind, die im verbundenen Zustand Luftkanäle bilden.
Häufig sind die Keramikbremsscheiben als Gradientenwerkstoff aufgebaut, indem sie eine oxidationsschützende Reibschicht aus speziellem C/SiC oder SiC besitzen. Derartige Bremsscheibe nun deren Herstellung sind beispielsweise in der DE 103 48 123 B3 oder der DE 100 66 044 B4 beschrieben.
Die bekannten Bremssysteme haben den Nachteil, dass die Keramikbremsscheiben hoch belastet werden und aufgrund dessen Lüftungskanäle und/oder Reibschichten benötigen. Diese zusätzlichen Ausgestaltungen verteuern den Herstellungsprozess der Bremsscheiben jeweils erheblich.
Um die gegenüber den Graugussbremsscheiben geringe Wärmekapazität auszugleichen müssen Keramikbremsscheiben relativ große Durchmesser aufweisen. Eine weitere Leistungssteigerung, wie beispielsweise für SUVs oder VANs
-er-forde-r-l-i-eh7—i-st—aufgrun~d~~des beschränkten Bauraums im Fahrzeugrad daher häufig nicht durchführbar.
Das Konzept der Doppelbremsscheibe ist im Prinzip geeignet, die Leistungsfähigkeit einer Bremse, ohne Vergrößerung des Durchmessers zu erhöhen. Eine Bremseinheit mit Doppelbremsscheibe ist beispielsweise aus der DE 19859616 Al bekannt. Hier wird unter anderem eine Bremseinheit offenbart, bei der mittels eines Keilwellenprofils zwei Reibringe an eine Nabe angebunden sind. Die keramischen Reibringe sind über Befestiqungsbolzen oder mittels einer Keilwellenverbindung direkt an eine Radnabe angebunden. Um eine gute Wärmedämmung zwischen Reibring und Nabe sicherzustellen, und um einen gleichmäßigen Drehmomentübertragung zwischen Reibring und Nabe zu erreichen, wird die Kontaktfläche zwischen Reibring und den Befestigungselementen der Nabe mit einer plastisch verformbaren, wärmedämmenden Schicht (15) versehen.
Die offenbarten Bremsen haben den Nachteil, dass die Befestigungselemente für die Bremsscheiben und ebenso auch für die Bremsbeläge hohem thermischen Verschleiß bzw. Korrosion ausgesetzt sind. Hierdurch können beweglich konzipierte Verbindungen in ihrer Funktionsweise eingeschränkt werden oder ganz festfressen. Die Zuverlässigkeit der Bremse kann hierdurch erheblich leiden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Hochleistungs- Scheibenbremse mit verbesserter Bremsleistung bei hoher Zuverlässigkeit der Anbindung von Bremsscheiben oder Bremsbelägen bereit zustellen, wobei das Konstruktionskonzept geringe Fertigungskosten und einfache Wartung ermöglichen soll .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Scheibenbremse mit zwei Bremsscheiben aus fa_s_ejrver.s.tärkter—
Keramik, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem SiC, C/SiC oder C/C-SiC, die axial gleitend über ein Bremsscheiben-Keilwellenprofil am Innenrand der Bremsscheiben und ein korrespondierendes Radnaben-Keilwellenprofil am Außenrand der Radnabe mit der Radnabe verbunden sind und aus einem Festsattel mit mehreren Bremsbelägen, von denen zwei außen angeordnete Bremsbeläge jeweils einem Reibring zugeordnet und über Bremskolben axial beweglich angebracht sind und mindestens einem zwischen den Bremsscheiben angeordneten .innen liegenden Bremsbelag, wobei zumindest die Gleitfläche des Radnaben-Keilwellenprofils aus den korrosionsfesten Metalllegierungen -korrosionsfestem Edelstahl, korrosionsfestem Vergütungsstahl oder Nickelbasislegierung- besteht, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß wird somit von einer Bremse ausgegangen, die zwei keramische Bremsscheiben umfasst, die auf einer Radnabe axial beweglich angeordnet sind. Der Bremsentyp entspricht der Konstruktionsweise einer Festsattelbremse, weil der Sattel mit den Kolben fest mit der Radaufhängung verbunden ist. Deshalb müssen die Kolben der außen liegenden Beläge im Gegensatz zur Faustsattelbremse von beiden Seiten die Beläge gegen die Bremsscheiben pressen. Der Sattel ist fest mit der Radaufhängung verbunden. Durch die erfindungsgemäße Werkstoffwahl für die Gleitfläche, auf welcher die korrespondierenden Keilwellenprofile axial aneinander entlang gleiten können, aus den korrosionsfesten Metalllegierungen (korrosionsfestem Edelstahl, korrosionsfestem Vergütungsstahl oder Nickelbasislegierung) ist sichergestellt, dass auch bei höchster thermischer Beanspruchung keine die Beweglichkeit beeinträchtigenden Korrosionsprodukte gebildet werden. Dabei ist für die gewählten Werkstoffe sowohl eine hohe Korrosionsfestigkeit, als auch eine hohe mechanische
Festigkeit erforderlich um einen sicheren Halt der Bremsscheiben und die Übertragung der hohen Bremskräfte zu ermöglichen. Unter der Korrosionsfestigkeit sind insbesondere Rostbeständigkeit und eine Zunderfestigkeit zu verstehen, da die im Zusammenspiel mit der keramischen Bremsscheibe auftretenden Temperaturen sehr hohe Werte annehmen können. Darüber hinaus ist für die Werkstoffe der Gleitfläche eine gute physikalische Kompatibilität, insbesondere hinsichtlich der thermischen Ausdehnungen, mit dem Rest der Radnabe erforderlich, um die thermische Wechselbelastung im Dauerbetrieb gering zu halten.
Erst durch die korrosionsgeschützte Bauweise ist es möglich, eine dauerhaft gleitfähige Anbindung der keramischen Bremsscheiben auch bei sehr geringem Spiel zu ermöglichen. Ein möglichst geringes Spiel ist dabei von hoher Bedeutung, um ein möglichst vollständiges Ineinandergreifen der Verbindungselemente von Radnabe und Bremsscheiben zu ermöglichen. Hierdurch werden die für den keramischen Werkstoff schädlichen mechanischen Spannungsspitzen wirksam reduziert .
Die mechanische Kopplung der Bremsscheibe und der Nabe erfolgt über ineinander greifende Keilwellenprofile. Es resultiert eine Keilwellenverzahnung. Für die Erfindung ist eine hohe mechanische Belastbarkeit, bzw. Festigkeit und der Korrosionsschutz im Bereich der Keilwellen, beziehungsweise der in der Keilwellenverzahnung gebildeten Gleitflächen entscheidend. Dabei ist vorgesehen, die Gleitfläche auf der Seite der Radnabe mit einem korrosionsstabilen festen Werkstoff zu versehen, während die gegenüberliegende Gleitfläche der keramischen Bremsscheibe im Wesentlichen unverändert eingesetzt werden kann. Gerade durch die hohe Härte der Keramischen Bremsscheibe ist es von Bedeutung auch für die mit dieser in mechanischem Kontakt stehenden Keilwellen der Radnabe einen Werkstoff hoher Festigkeit vorzusehen.
Die vom Profil weiter beabstandeten Bereiche der Radnabe können dagegen gegebenenfalls aus weniger hochwertigen bzw. korrosionsgeschützten Werkstoffe aufgebaut sein. Hierdurch lässt sich in Vorteilhafter Weise ein kostengünstigerer oder ein Leichtbau-Werkstoff für die Radnabe einsetzen.
Die Ausdehnung der Gleitflächen hängt auch davon ab, wie weit die Keilwellenverzahnung ineinander greift. Es ist beispielsweise möglich, die Zähne der Bremsscheibe so kurz auszuführen, dass ein Kontakt zum Grund des korrespondierenden Tals der Radnabe nicht gegeben ist. Auch die umgekehrte Anordnung ist denkbar. Dagegen sind die Flanken der Keilwellenzähne typischerweise als Gleitfläche ausgebildet, da hier im Wesentlichen die Kraftübertragung beim Bremsen erfolgt. Die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen werden im Folgenden anhand beispielhafter schematischer Abbildung näher erläutert .
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Radnabe (9) mit Radnaben-Keilwellenprofil (10), eine auf einen Keilwellenzahn aufgebrachte Gleithülse (14), eine auf 2 Keilwellenzähne aufgebrachte Gleithülse (14'), und zwei demontierten Bremsscheiben (5, 6) mit korrespondierenden Bremsscheiben-Keilwellenprofilen (11)
Fig. 2 eine Radnabe (9) mit einem Kranz (15), der ein Radnaben-Keilwellenprofil (10) aufweist, und zwei demontierten Bremsscheiben (5, 6) mit korrespondierenden Bremsscheiben-Keilwellenprofilen (H)
Fig. 3 einen Bremssattel (8) von unten mit außen liegenden Bremsbelägen (1, 2), Bremsträger (7) und hieran befsetigten innen liegenden Bremsbelägen (3 , 4) und
-F-i-g_—4 e-i-nen—Bremssattel—(8")"von~sch"rag^üTTirerr"mϊt außen liegenden Bremsbelägen (1, 2), Bremsträger (7) und einem hieran befsetigten innen liegenden Bremsbelag (12) .
In einer ersten Ausgestaltung, die exemplarisch in Fig. 1 abgebildet ist, ist die Gleitfläche des Radnaben- Keilwellenprofils (10) durch Gleithülsen (14) gebildet, die klemmend an den Zähnen des Radnaben-Keilwellenprofils (10) befestigt sind. Die Gleithülsen können zur Montage seitlich über die Zähne des Keilwellenprofils geschoben und dann fixiert werden. Besonders bevorzugt sind sie so ausgebildet, dass eine radiale Vorspannung zu dem Bremsscheiben- Keilwellenprofil (11) aufgebaut wird und neben der axialen auch eine radiale Beweglichkeit besteht. Hierdurch können durch thermische Ausdehnung entstehende thermische Spannungen in radialer Richtung abgebaut werden. Die Gleithülsen (14) können dabei getrennt voneinander jeweils nur einen Keilwellenzahn überspannen oder auch gleichzeitig mehrere. In einer Variante sind die Gleithülsen zu einem zusammenhängenden, die gesamte Radnabe umspannenden Kranz verbunden. Der Kranz hat gegenüber den einzelnen Gleithülsen insbesondere den Vorteil einer einfacheren Montage. Aber auch die thermische Abschirmung der darunter liegenden Radnabe ist in der Regel effizienter als einzelne Gleithülsen. Die Gleithülsen sind des Weiteren bevorzugt so ausgestaltet, dass eine axiale und radiale Beweglichkeit des Keilwellenprofils der Bremsscheibe gewährleistet wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zumindest der das Radnaben-Keilwellenprofil (10) bildende Bereich der Radnabe aus korrosionsfestem Edelstahl, korrosionsfestem Vergütungsstahl oder einer Nickelbasislegierung besteht. Der Bereich kann beispielsweise, wie in Fig. 2 dargestellt, durch einen gezahnten Ringkranz (15) auf der Radnabe gebildet sein. Der
Ri'ngkranz (151 ist fest mit der Radnabe verbunden. Der darunter liegende Rest der Radnabe kann durch kostengünstigere Werkstoffe, beispielsweise die üblichen Eisen-Gusslegierungen gebildet werden.
Auch die einfachste werkstoffliche Ausgestaltung der Radnabe, bei welcher die gesamte Radnabe aus den korrosionsfesten Metallen, aus korrosionsfestem Edelstahl, korrosionsfestem Vergütungsstahl oder einer Nickelbasislegierung, gebildet wird (einteilige Bauweise) , kann von Vorteil sein, obwohl vergleichsweise teure Metallegierungen Verwendung finden. Kosteneinsparungen ergeben sich über die einfachere einteilige gegenübdr der mehrteiligen Fertigung.
Als korrosionsgeschützter Stahl für das Material zumindest der Gleitfläche des Radnaben-Keilwellenprofils, oder des Keilwellen-Bereichs der Radnabe ist insbesondere ein gehärteter martensitischer Stahl geeignet. Für die Anbindung an die keramische Bremsscheibe ist eine hohe Härte des Stahls in den Kontaktflächen von Stahl und Keramik erforderlich. Durch das Gleiten der Keramik auf der Stahloberfläche, insbesondere während der Krafteinleitung beim Bremsen kommt der Härte der Oberfläche eine besondere Bedeutung zu. Bevorzugte martensitische Stähle weisen als
Legierungselemente in Gew. % 12-18 % Cr und 0,1 % bis 1% C auf. Bevorzugte Stähle sind beispielsweise X4CrNil8-12, X8CrNiS18-9, X2CrNil9-ll, X2CrNil8-9, X2CrNiNl8-10, X6CrNiTil8-10, X6CrNiNbl8-10, X10CrNil8-8, X5CrNiMol7-12-2, X2CrNiMol7-12-2, X6CrNiMoTil7-12-2 oder XlCrNiMoTil8-13-2. Dieser Stahl eignet sich ebenfalls gut für eine einteilige Bauweise der Radnabe.
Eine weitere geeignete Stahlsorte eines korrosionsfesten Edelstahls sind typische rostfreie Austenitstähle, insbesondere V2A-Stahl.
Die geeigneten Nickelbasislegierungen sind eine Reihe von
-Legrerun~genτ"dle aus Nickel und anderen Metallen, wie Cu, Cr, Fe, Mo bestehen und sich sowohl durch gute Hitze- als auch Korrosionsbeständigkeit auszeichnen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht für die Radnabe einen Leichtmetallverbund vor. Er weist einen zentralen Bereich aus Leichtmetalllegierung, beispielsweise Al- oder Mg-Legierung und gepanzerte Keilwellen, bzw. einen Ringkranz (15) aus den korrosionsfesten Metalllegierungen auf. Der Ringkranz umfasst dabei zumindest das gesamte Keilwellenprofil der Nabe. Durch die korrosionsfesten Metalllegierungen wird das Leichtmetall mechanisch gepanzert und gegen Hochtemperaturkorrosion zusätzlich geschützt.
Eine weitere Ausgestaltung der Radnabe sieht im zentralen Bereich unterhalb der Gleitfläche oder unterhalb dem Radnaben-Keilwellenprofil (10) eine Stahlgusslegierung vor. Besonders bevorzugt ist die Stahlgusslegierung aus einem Austempered Ductile Iron oder ADI gebildet. Die gießtechnische Herstellung der komplexen Radnabengeometrie bietet deutliche verfahrenstechnische Vereinfachungen.
Gegebenenfalls sind die korrosionsfesten Metalllegierungen mit gesonderten Gleitbeschichtungen versehen, insbesondere auch TiN, TiC und/oder BN.
Hinsichtlich der Bremsbeläge können unterschiedliche Befestigungs- und Konstruktionskonzepte verwirklicht werden. Hierbei ist jedoch insbesondere die hohe
Bremsscheibentemperatur und Verschleißbeanspruchung durch die keramische Bremsscheibe zu berücksichtigen.
In einer ersten Ausgestaltung sind zwischen den beiden Bremsscheiben (5, 6) zwei innenliegende Bremsbeläge (3, 4) auf einem axial verschiebbaren Bremsträger (7) des Festsattels (8) jeweils gegenüberliegend angebracht. Hierdurch wird ein verbessertes Zusammenspiel beim
-Bremsvorgang erreicht. Die für die axiale Beweglichkeit verantwortlichen Vorrichtungen, bspw. Haltezapfen für die Bremsbeläge sind bevorzugt ebenso aus korrosionsinhibiertem Stahl oder aus Edelstahl gefertigt, wie die Gleitflächen der Radnabe .
In einer weiteren Ausgestaltung, die exemplarisch in Fig. 3 dargestellt ist, sind zwischen den beiden Bremsscheiben (5, 6) zwei innenliegende Bremsbeläge (3, 4) auf einem Bremsträger (7) des Festsattels (8) jeweils gegenüberliegend axial unbeweglich angebracht. Der Rremsträger (7) ist beispielsweise als Trägerplatte ausgebildet, die fest im Sattel angebracht ist. Die beiden Bremsbeläge sind auf der Trägerplatte fixiert. Eine axiale Beweglichkeit ist nicht vorgesehen. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit und einfache Konstruktionsweise aus. Um die Variantenvielfalt innerhalb der Bremse zu reduzieren, können für alle 4 Positionen die gleichen Bremsbeläge eingesetzt werden. Ein Vorteil der festen Fixierung des Bremsträgers ist es, dass keine temperaturstabilen axialen Gleitvorrichtungen vorgesehen werden müssen.
Eine weitere Ausgestaltung, gemäß Fig. 4 sieht zwischen den beiden Bremsscheiben (5, 6) einen einzigen innen liegenden und beiden Bremsscheiben zugeordneter Bremsbelag (12) an einem axial festen oder verschiebbaren Bremsträger (7) vor. In dieser Ausgestaltung ist der innen liegende Bremsbelag (12) typischerweise dicker als die außen angebrachten. Bevorzugt ist der Bremsbelag (12) durch eine Klemm- oder Steckverbindung von unten in den Bremsträger eingebracht.
Der einzige innen liegende und beiden Bremsscheiben zugeordnete Bremsbelag (12) kann ebenso axial nichtverschiebbar angebracht sein.
Gegenüber den keramischen Bremsscheiben weisen die für Graugussbremsscheiben üblichen Belagsmaterialien relativ hohe
Verschleißraten auf. Daher wird in bevorzugter Ausgestaltung zumindest der innen liegende Bremsbelag aus einem sehr verschleißarmen Belagsmaterial aufgebaut. In bevorzugter Ausgestaltung wird hierfür ein keramischer Werkstoff, insbesondere aus C/SiC, C/C-SiC- oder aus oxidationsgeschütztem C/C-Werkstoff verwendet. Hierdurch lässt sich die Lebensdauer der schwerer zugänglichen inneren Bremsbeläge erhöhen und der Service-Zyklus verlängern. Eine bevorzugte Kombination an Bremsbelägen sieht für die äußeren ein organisch gebundenes Belagsmaterial und für die inneren Beläge ein keramisches Material, insbesondere ein CMC bzw. SiC-Material vor, das eine gegenüber dem Bremsscheibenmaterial herabgesetzte Festigkeit aufweist.
In weiterer Ausgestaltung ist der innere Bremsbelag größer ausgestaltet als die korrespondierenden äußeren Beläge. Hierdurch wird ebenfalls der Service-Zyklus erhöht. Die Bremsfläche des inneren Belags liegt hier bevorzugt mindestens beim 1,2-fachen der Fläche des jeweilig gegenüberliegenden Bremsbelags.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der innere Bremsbelag mindestens die 2-fache Dicke eines der außen liegenden Beläge aufweist. Bevorzugt liegt die Dicke beim 2,5 bis 3 fachen der Dicke eines außen liegenden Bremsbelags. Besonders bevorzugt liegt die gesamte Dicke der innen liegenden Bremsbeläge (3, 4, 12) mindestens beim 2- fachen der Dicke der äußeren Bremsbeläge (1, 2) .
Bei den zwei Bremsscheiben handelt es sich um faserverstärkte Keramik-Werkstoffe. Bevorzugt werden Werkstoffe aus Kohlenstofffaserverstärktem Siliciumcarbid, C/SiC oder C/C- SiC ausgewählt, wie sie insbesondere durch die Flüssiginfiltration von C/C-Vorkörpern mit Silizium hergestellt werden können.
Da die erfindungsgemäße Bremse mit zwei Bremsscheiben ausgestattet ist, verringert sich die thermische Belastung der einzelnen Scheiben gegenüber vergleichbaren Bremsen mit nur jeweils einer Bremsscheibe deutlich. Hierdurch wird es möglich einfache Bremsscheibenkonstruktionen zu verwenden und erhebliche Kosteneinsparung gegenüber Bremsen mit einfacher Keramikbremsscheibe zu realisieren.
Im Gegensatz zu den in Einscheiben-Systemen üblichen nur aufwändig zu fertigenden innenbelüfteten keramischen Bremsscheiben werden bevorzugt keramische Bremsscheiben ohne innen liegenden Kanäle oder Äusnehmungen zur Kühlung verwendet. Neben einer deutlichen Kostensenkung durch vereinfachte Fertigung weisen derartige nicht innenbelüftete Bremsscheiben auch vergleichsweise geringere Dicken auf. Durch die schlankere Bauweise werden somit zusätzlich auch teure Rohstoffe eingespart. Zur Verbesserung der Bremswirkung kann die Bremsscheibe gelocht sein. Hierbei sind Durchgangsbohrungen senkrecht zur Scheibenoberfläche vorgesehen. Derartige Lochungen sind verfahrenstechnisch einfach und Rohstoff-schonend herstellbar.
In bevorzugter Ausgestaltung der Bremsscheibe werden massive Bremsscheiben eingesetzt, die frei von Innenbelüftungen, Lochung oder anderweitigen derartigen Ausnehmungen sind.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsscheibe aus einem Monowerkstoff aufgebaut. Hierunter ist zu verstehen, dass die gesamte Bremsscheibe im Wesentlichen dieselbe WerkstoffZusammensetzung aufweist. Dies bedeutet insbesondere, dass die WerkstoffZusammensetzung der Bremsscheibe parallel zur Flächennormalen keinen Gradienten aufweist und dass die Bremsscheibe keine gesonderte Reibschicht aufweist. Das Konzept der Doppelbremsscheibe ermöglicht es, auf eine gesonderte Oxidationsschutzschicht, oder auf eine spezielle Reibschicht auf der
-B-remsscherbenOberrfläche zu verzichten.

Claims

Patentansprüche
1. Scheibenbremse mit zwei Bremsscheiben aus faserverstärkter Keramik, insbesondere aus Kohlenstofffaserverstärktem SiC, C/SiC oder C/C-SiC, die axial gleitend über ein Bremsscheiben- Keilwellenprofil (11) am Innenrand der Bremsscheiben und ein korrespondierendes Radnaben-Keilwellenprofil (10) am Außenrand der Radnabe mit der Radnabe verbunden sind, und aus einem Festsattel mit mehreren Bremsbelägen, von denen zwei außen angeordnete Bremsbeläge (1, 2) jeweils einem Reibring zugeordnet und über Bremskolben axial beweglich angebracht sind und mindestens einem zwischen den Bremsscheiben angeordneten innen liegenden Bremsbeiag->— dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Gleitfläche des Radnaben-Keilwellenprofils (10) aus korrosionsfestem Edelstahl, korrosionsfestem Vergütungsstahl oder einer Nickelbasislegierung besteht.
2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche des Radnaben-Keilwellenprofils (10) durch Gleithülsen (14) gebildet ist, die klemmend an den Zähnen des Radnaben-Keilwellenprofils (10) befestigt sind und eine radiale Vorspannung zu dem Bremsscheiben- Keilwellenprofil (11) aufweisen.
3. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der das Radnaben-Keilwellenprofil (10) aufweisende Bereich der Radnabe aus korrosionsfestem Edelstahl, korrosionsfestem Vergütungsstahl oder einer Nickelbasislegierung besteht.
4. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Radnabe aus einem gehärteten martensitischen Stahl besteht.
5. Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe aus einem Metallverbundbauteil besteht, bei dem der zentrale Bereich unterhalb der Gleitfläche oder unterhalb dem Radnaben-Keilwellenprofil (10) aus einer Al- oder Mg-Legierung oder einer Stahlgusslegierung besteht .
b. Scheibenbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlgusslegierung aus einem Austempered Ductile Iron oder ADI gebildet wird.
7. Scheibenbremse nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Bremsscheiben (5, 6) zwei innenliegende Bremsbeläge (3, 4) auf einem Bremsträger (7) des Festsattels (8) jeweils gegenüberliegend axial unbeweglich angebracht sind.
8. Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Bremsscheiben (5, 6) zwei innenliegende Bremsbeläge (3, 4) auf einem axial verschiebbaren Bremsträger (7) des Festsattels (8) jeweils gegenüberliegend angebracht sind.
9. Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Bremsscheiben (5, 6) ein innen liegender und beiden Bremsscheiben zugeordneter Bremsbelag (12) an einem axial festen oder verschiebbaren Bremsträger (7) angebracht ist.
10. Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheiben keine innen liegenden Kanäle oder Ausnehmungen zur Kühlung aufweist.
11. Scheibenbremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die WerkstoffZusammensetzung der Bremsscheibe parallel zur FXächennormalen im Wesentlichen unverändert ist.
12. Scheibenbremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Bremsbeläge (1, 2) aus organisch gebundenen Belägen und der oder die innen liegenden Bremsbeläge (3, 4, 12) aus einem keramischen Werkstoff bestehen.
13. Scheibenbremse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die innen liegenden Bremsbeläge (3, 4, 12) aus einem C/SiC-, C/C-SiC- oder oxidationsgeschützten C/C-Werkstoff bestehen.
14. Scheibenbremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsfläche des innen liegenden Bremsbelags (3, 4, 12) mindestens das 1,2 fache der Bremsfläche des korrespondierenden äußeren Bremsbelages (1, 2) aufweist.
15. Scheibenbremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Dicke der innen liegenden Bremsbeläge (3, 4, 12) mindestens das 2-fache der Dicke der äußeren Bremsbeläge (1, 2) beträgt.
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