WO2020260601A1 - Innenbeluefteter rotor - Google Patents

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WO2020260601A1
WO2020260601A1 PCT/EP2020/068049 EP2020068049W WO2020260601A1 WO 2020260601 A1 WO2020260601 A1 WO 2020260601A1 EP 2020068049 W EP2020068049 W EP 2020068049W WO 2020260601 A1 WO2020260601 A1 WO 2020260601A1
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cooling
disk
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pane
rotor
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PCT/EP2020/068049
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Torsten Holzapfel
Original Assignee
Brembo Sgl Carbon Ceramic Brakes Gmbh
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Priority to US17/620,260 priority patent/US12092179B2/en
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    • F16D2200/0034—Materials; Production methods therefor non-metallic
    • F16D2200/0052—Carbon

Definitions

  • the invention relates to an internally ventilated rotor which can in particular serve as a brake disc.
  • Internally ventilated brake discs primarily have the function of decelerating a rotationally moving body. The kinetic energy is converted into heat.
  • Improving dissipation is aimed at the rapid release of heat to the environment. This takes place via forced convection in the internally ventilated area.
  • the convection is directly dependent on the shape and area of the cooling elements in the internally ventilated area and the cooling channels defined above.
  • Air can circulate between the friction rings of internally ventilated brake discs.
  • connecting ribs There are through-flow connecting elements, for example in the form of connecting ribs.
  • the connecting ribs can e.g. be designed as a truss-like structure, as described in DE 195 37 392.
  • GB 2543020 describes an internally ventilated brake disc which is conventionally cast from metal with the aid of a lost core formed from sand and resin.
  • the brake disk described there comprises two friction rings which have a common axis of rotation and are spaced apart along this axis so that there is an air-filled gap. It also includes a large number of air guide blades that extend outwardly in relation to this axis in order to guide cooling air through the gap filled with air. Along its extension all air guide blades are twisted outwards.
  • GB 2543020 proposes producing lost cores by means of 3D printing for certain air guide lamella shapes.
  • Fiber-reinforced ceramic brake disks have hitherto had the disadvantage, due to production, that intermediate elements, in particular in the form of cooling fins, are made wide in relation to the height due to the limited malleability of the starting material.
  • European Patent No. 2,334,945 proposes a method with which it is to be made possible to make the shape of the cooling channels more economical and simpler. The method comprises: (a) creating load disks, friction surfaces and air guide elements of the disc rotor by separate processes using a carbon-fiber reinforced carbon-carbon composite material, (b) connecting the load disks, friction surfaces and air guide elements produced by separate processes an assembly, and (c) performing a liquid silicon melt infiltration process on the associated assembly.
  • the material of the load discs and the air guide elements is always the same.
  • the present invention is based on the object of providing an internally ventilated rotor which enables the greatest possible braking power with at the same time the minimum total weight of the braking device.
  • an internally ventilated rotor comprising at least two disk elements connected to one another via at least one cooling element
  • the at least one cooling element has a textile structure which extends from a disk element contact area of the cooling element, with which the cooling element is in contact with a disk element, to another disk element contact area of the cooling element, with which the cooling element is in contact with another disk element.
  • the number of cooling elements via which the disk elements are connected to one another is not limited.
  • the invention can be implemented with only one cooling element, e.g. if it is a cord-shaped cooling element, similar to that shown in FIG. 5, if this cooling element does not run up and down in a circular manner, but up and down in a spiral shape between the disk elements.
  • a small number of cooling elements can e.g. also exist when the rotor anyway has support elements which connect the two disk elements in addition to the cooling elements.
  • the textile structure preferably comprises parallel fibers and at least one of the parallel fibers extends from the one disk element contact area of the cooling element to the other disk element contact area of the cooling element.
  • a plurality of the parallel fibers extend from one disk element contact area into the other disk element contact area. Any tensile load is then transmitted directly from one disk element to the other disk element via the fiber (s).
  • Fibers are seen here as running parallel when they run at an angle of at most 15 ° to one another at every point on the cooling element.
  • one of several fibers running in parallel can run in a completely different direction at one point on the cooling element another fiber of the parallel fibers at a different point of the cooling element.
  • FIG. 5A as an example, in which a large number of fibers running in parallel, only a part of which is shown, run up and down together parallel to one another at every point on the cooling element.
  • European Patent No. 2,334,945 proposed air guiding elements may have a higher rigidity than cooling elements of the present invention. According to the invention, however, the same rigidity of the rotor can be achieved by a higher number of more filigree cooling elements or by a more closely meshed network of disk element contact areas realize the disc elements. Since at the same time a particularly high cooling element surface is created, the invention achieves better dissipation of the heat generated during braking with the same rigidity of the rotor.
  • the textile structure is preferably a scrim or a woven fabric and a plurality of fibers running parallel therein extend from the one pane element contact area of the cooling element to the other pane element contact area of the cooling element. This has the effect that these parallel fibers are loaded in their main load direction and that their tensile strength is used to the best possible extent.
  • a desired load capacity of the rotor is made possible with even more filigree cooling elements, that is to say with an even lower overall weight of the rotor.
  • the invention is not limited to embodiments in which the textile structure is a scrim or a woven fabric.
  • the textile structure can e.g. also be a fleece. This has thermal advantages, since fibers also run in the thickness direction of the cooling element and the cooling effect is thus further improved.
  • the combination of nonwovens with nonwovens and / or woven fabrics is conceivable.
  • a cooling element in which the textile structure is a fleece can be present in a mechanically less stressed area (e.g. in the vicinity of a support element which is already present, which connects the two pane elements in addition to the cooling elements). Then in particular the
  • Improved heat dissipation can be used in a mechanically more heavily loaded area (e.g. at a greater distance from an already existing one
  • a cooling element in which the textile structure is a scrim or a woven fabric. Then the mechanical load capacity (but also the thermal load capacity) is further increased there. Twisted threads, yarns, cords, knitted fabrics, braids and felts are also suitable as textile structures or as part of textile structures.
  • Layered composite cooling elements are also conceivable, having scrims and / or
  • the textile structure and / or the parallel fibers can include carbon fibers, silicon carbide fibers, boron nitride fibers, or mixtures thereof.
  • the person skilled in the art selects the fibers depending on whether there will be particularly pronounced mechanical loads and / or thermal loads where the fiber is to be used. It uses the different mechanical and thermal properties of the different fibers in a targeted manner.
  • Carbon fibers are particularly preferred because they have high tensile strength at high temperature and at the same time have a low density. Due to their high temperature resistance, they remain in the semi-finished product during the entire production process, including siliconization.
  • the shape of the cooling element (s) is not subject to any restrictions. In principle, any shape is conceivable.
  • the at least one cooling element is a cooling plate.
  • a targeted arrangement of cooling plates allows channels to be defined in a particularly simple manner. So the air flow can be controlled. Compared to more filigree cooling elements such as cooling rods, there is another advantage that the fibers in panels support one another.
  • the cooling elements can be curved.
  • the cooling elements can be twisted along their extension, as described in GB 2543020, since the prepregs that can be used to produce the cooling elements can be shaped accordingly.
  • the cooling elements (or their precursors, eg prepregs) can be brought into the desired shape and then cured.
  • the cooling elements preferably have a rough and / or structured surface. This favors the formation of turbulent flows; consequently, the heat generated during braking is dissipated from the rotor more efficiently.
  • the invention comprises configurations of the rotor with large or small cooling elements. Smaller, more filigree cooling elements are preferred, however, since they enable even more efficient heat dissipation to be achieved.
  • the ratio of the cooling surface A of the cooling element facing the interior of the brake disc, for example the cooling plate, to the volume V of the section of the cooling element facing the interior of the brake disc, for example the cooling plate is at least 0.25 mm -1 , in particular at least 0.4 mm -1 , further preferably at least 0.5 mm -1 , particularly preferably at least 0.6 mm -1 , for example at least 0.8 mm -1 . In calculating this ratio, only those cooling element surfaces and those cooling element volume areas that face the interior are included.
  • the cooling element or the cooling elements are inclined. It then runs / you do not run orthogonally to the surfaces of the disc elements.
  • the cooling element extends at least at one point which lies between two adjacent disk elements and is equidistant from these two disk elements, at an angle of less than 89 °, in particular of less than 80 °, e.g. less than 70 °.
  • the angle is preferably more than 20, especially more than 30 °, e.g. more than 35 °.
  • the person skilled in the art selects this angle depending on the coefficient of friction, among other things. With very low coefficients of friction, the disc elements are
  • Disc elements are less pressed together by the contact pressure of the brake shoes with the same braking power.
  • the torsional moment is at
  • the rotor has at least two oppositely inclined cooling elements, e.g. Has cooling plates, or two oppositely inclined cooling element regions of a cooling element.
  • inclined in opposite directions means that one of the two cooling elements or one of the two cooling element areas would be stretched as a whole and the other cooling element or the other cooling element area would be compressed as a whole if one of the two disk elements was about the common axis of rotation relative to the other disk element both disc elements would be rotated in the sense of the torsional moment described above.
  • At least one of the cooling elements always counteracts failure of the rotor in that it (and preferably its fibers) are subjected to tensile stress. This leads to a stiffening of the rotor. If the cooling elements are not mutually inclined, they generally have less to oppose a rotation of the one disk element relative to the other disk element about the common axis of rotation of both disk elements. Because the twisting would then (because of a parallelogram effect) not necessarily lead to a tensile load in one of the cooling elements. To achieve a predefined braking performance, a rotor according to the invention with mutually inclined cooling elements can thus be designed to be even more material-saving overall and the entire braking system can thus be designed to be lighter.
  • preferred rotors according to the invention have at least one pair of adjacent cooling elements, for example cooling plates. Orthogonal projections of the four disk element contact areas in the respective inner surface of the disk element in contact with the respective disk element contact area define four
  • Projection surfaces Four points lying within the projection surface define the corners of a rapezes. If a point can be defined in each of the four projection surfaces so that the four points define a trapezoid, a rotor according to the invention is present which is preferred in this sense.
  • Cooling elements e.g. Cooling plates, define the oppositely inclined
  • Cooling elements e.g. Cooling plates, a cooling channel that tapers or widens in the radial direction.
  • the cooling plates are then preferably arranged such that the two edges of the cooling plates lying closer to the axis of rotation of the rotor run closer to one another than the two edges of the cooling plates lying further away from the axis of rotation of the rotor; or that the two edges lying closer to the axis of rotation of the rotor are further away from one another than the two edges of the cooling plates which are further away from the axis of rotation of the rotor.
  • This can e.g. can be achieved by an arrangement of cooling plates shown in FIGS. 8 to 10.
  • a pair of oppositely inclined cooling plates can define a cooling channel that tapers outward in the radial direction and another pair of oppositely inclined cooling plates can define a cooling channel that widens outward in the radial direction.
  • the invention also includes rotors according to the invention in which one or more cooling elements extend back and forth between the disk elements.
  • a cooling element has many disk element contact areas along the cooling element, with which the cooling element is in alternating contact with the one and the other disk element.
  • the at least one cooling element can have at least three pane element contact areas, at least two pane element contact areas being in contact with the one pane element and one along the cooling elements between these disk element contact areas lying disk element contact area is in contact with the other disk element.
  • the textile structure extends through the pane element contact area, which lies along the cooling element between the other pane element contact areas.
  • the textile structure then preferably extends from the first pane element contact area over a multiplicity of further pane element contact areas up to the last pane element contact area.
  • the textile structure is then preferably a fiber bundle, for example a carbon fiber bundle.
  • the fibers extending through several disk element contact areas give the rotor according to the invention a maximum of stability.
  • two of the four trapezoidal angles are preferably the same size. Angles that differ by no more than 5 ° are considered to be equal. Preferably the two smaller angles are each less than 89 °, in particular less than 80 °, e.g. less than 70 ° but at the same time 20 °, in particular more than 30 °, e.g. more than 35 °.
  • Trapezoid occupies at most 10% of the total length of all four edges of the trapezoid, preferably at most 8%, in particular at most 6%, e.g. at most 4% of the total length of all four edges of the trapezoid.
  • the cooling elements or cooling element areas are then (in a rough approximation) aligned in the form of a triangle, two cooling elements or two cooling element areas of a cooling element defining two sides of the triangle and a section of one of the two disk elements defining the third side of the triangle. It can be seen that this further increases the torsional stiffness of the rotor.
  • the greatest longitudinal extent of a cooling element between disk elements is preferably at most 70% of the radius of the disk element with the largest radius.
  • the cooling elements or cooling element regions are preferably distributed in the rotor in such a way that certain cooling elements or cooling element regions run around within an inner region of the rotor and other cooling elements or cooling element regions run around within an outer region of the rotor.
  • the interior and exterior areas do not overlap.
  • the cooling elements or cooling element areas are thus arranged such that an outermost point of an inner cooling element or cooling element area is less far from the axis of rotation of the rotor than an innermost point of an outer cooling element. This spacing in the radial direction ensures additional eddies, i.e. in large areas for turbulent flows, so that the heat generated during braking is dissipated particularly efficiently.
  • the disk element contact areas can be attached flat to the inner surfaces of the two disk elements. However, it is preferred if the disk element contact areas run in recesses in the two disk elements.
  • the textile structure then extends into the pane element. This enables a particularly firm anchoring. The risk of a brittle fracture between the cooling elements and the pane elements is reduced to a minimum. The transition between the disk element and the cooling element can then be achieved with little
  • the invention is not limited to particular disk element materials.
  • the disk elements can for example be made of steel or other metals / metal alloys that are familiar to those skilled in the art for producing brake disks.
  • at least one pane element comprises a ceramic fiber composite, such as a silicon carbide fiber composite, in particular a silicon carbide carbon fiber composite.
  • the word includes here is intended to express in particular that other materials present in the layer composite, for example where the brake lining is pressed, can be applied. These can also be included in the disk element.
  • all the disk elements comprise a ceramic fiber composite, for example a silicon carbide fiber composite, in particular a silicon carbide carbon fiber composite.
  • a material and / or form-fitting connection between the textile structure and disc elements can be achieved by a ceramic matrix, e.g. be formed by a matrix containing silicon carbide, in which the textile structure is embedded and which extends into the two disc elements.
  • the pane element contact areas are then the surfaces of the textile structure where they are in contact with the pane elements.
  • the number of disc elements is not limited. Since the invention relates to an internally ventilated rotor, the number of disc elements is at least two.
  • the ventilated area arranged between the disc elements arranged on the very outside can in turn be interrupted by disc elements.
  • Such washer elements may be advantageous for certain applications, e.g. the surface of the internally ventilated area can thus be further increased and overheating of the brake disc can be counteracted even more effectively. So the number of
  • Disk elements amount to at least three, for example. Typically two of the disk elements are then friction disk elements and at least one disk element is an intermediate disk element.
  • An intermediate disk element can also function as a support disk element, via which other disk elements, such as the friction disk elements, can be connected to a rotatable axis.
  • a rotor according to the invention can be connected to the axle via a brake disc chamber which is firmly connected to the axle and to which the rotor is attached. The rotor can be attached to the brake disc chamber with the help of conventional fastening means, such as
  • the fastening means extend only into one of the at least two disk elements.
  • the inside diameter of this disk element is then usually smaller than the inside diameter of the other disk element or the other disk elements, e.g. indicated in Figure 5, in which only one disc element bores for receiving
  • the inner diameter is understood to be the smallest distance that a disk element occupies from the axis of rotation of the rotor.
  • a friction disk element is understood to mean a disk element on the surface of which a brake lining is intended to engage.
  • Certain (ring-shaped) friction disc elements are often referred to as friction rings.
  • Internally ventilated rotors according to the invention are e.g. obtainable by a process wherein
  • Cooling elements or cooling element precursors e.g. cut into small plates
  • Prepregs are positioned in a support material relative to one another in such a way that they protrude on both sides of the support material
  • a polymer foam can be used as the support material.
  • Targeted slots can be made in it, into which platelets (prepreg platelets) reinforced with carbon fiber fabric or carbon fiber scrim are inserted so that they protrude from the support material on both sides.
  • a disk element mass a with Carbon fiber bundle sections mixed polymer resin are used.
  • the applied disk element mass is hardened (solidified) by heating.
  • the support material can then be removed, for example by pyrolysis.
  • the green compact obtained in this way is carbonized in a manner known to the person skilled in the art and then infiltrated with silicon, the silicon reacting with carbonized resin to form the matrix containing silicon carbide. The infiltration is carried out in such a way that the silicon spreads from one disk element over the cooling element platelets to the other disk element.
  • Figure 1 shows a rotor according to the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged section of the rotor shown in FIG.
  • FIG 3 shows a cooling element of the rotor from Figures 1 and 2, in which the textile
  • FIGS. 4A and 4B show the same section through the rotor of FIGS. 1 and 2, each with different information
  • FIG. 5 shows another rotor according to the invention
  • FIG. 5A shows a section of a cooling element of the rotor from FIG.
  • Figures 6A and 6B show the same section through the rotor of Figure 5 with each
  • FIGS. 7A and 7B illustrate the production of a further rotor according to the invention on the basis of sections.
  • FIG. 8 shows yet another rotor according to the invention
  • FIG. 9 shows sections of cooling elements of the rotor from FIG.
  • FIG. 10 shows a section of FIG. 8 from above
  • the internally ventilated rotors 1 shown in the figures comprise two disk elements 2 connected to one another via at least one cooling element 3 (FIG. 1 and FIG. 5).
  • the at least one cooling element 3 has a textile structure 4, as illustrated in FIG. 3 for the rotor of FIG. 1 and in FIG. 5A for the rotor of FIG.
  • the textile structure 4 extends from a disk element contact area 31 of the cooling element 3, with which the cooling element 3 is in contact with a disk element 2 is up to another pane element contact area 32, with which the cooling element 3 is in contact with another pane element 2.
  • FIGS. 2 and 3 for the rotor of FIG. 1 and from FIGS. 5A and 6A for the rotor of FIG.
  • the textile structure 4 is only indicated in FIGS. 3 and 5A. For reasons of clarity, the illustration of the textile structure 4 has been omitted in the other figures.
  • all textile structures 4 comprise fibers 5 running in parallel.
  • carbon fibers are involved.
  • other fibers e.g. Silicon carbide fibers, boron nitride fibers. This can be seen from Figures 3 and 5A.
  • not only at least one of the parallel running fibers 5 extends from one pane element contact area 31 of the cooling element 3 to the other pane element contact area 32 of the cooling element, but all the parallel running fibers 5.
  • the textile structure 4 is a scrim 41 and a multiplicity of fibers 5 running parallel therein extend from the one pane element contact area 31 of the cooling element 3 to the other pane element contact area 32 of the cooling element 3.
  • the cooling elements 3 are cooling plates (30-1 and 30-2 in the section of FIG. 4A).
  • cord-shaped cooling elements 3 run up and down in a circular manner and are thereby in contact with both disk elements 2 in alternation. This can be achieved, for example, with the help of a towpreg, which is passed through two spaced material layers, for example fleece layers, alternating from top to bottom and then again from bottom to top, in order to connect the material layers to one another at the desired distance.
  • the material layers sewn with Towpreg in this way can be transferred into a rotor according to the invention, for example, by applying solidifiable disk element mass (e.g.
  • a towpreg is understood to mean a cord-shaped, impregnated fiber bundle. It can be impregnated with a resin, for example.
  • the fiber bundle can for example be a carbon fiber bundle.
  • a non-impregnated, cord-shaped fiber bundle for example cord-shaped carbon fiber bundle, could also be used.
  • the application of the solidifiable disk element mass can be dispensed with and only the towpreg and possibly resin components contained in the material layers connected to it are hardened, then carbonated and then infiltrated with silicon.
  • protruding towpreg sections can be milled off.
  • FIGS. 7A and 7B show that cooling elements 3 can initially be brought into contact with the disk elements or disk element precursors in such a way that they protrude beyond the outer surfaces of the disk elements or the disk element precursors present before silicon infiltration (FIG. 7A).
  • the towpreg can be passed through two spaced material layers, for example fleece layers, alternating from top to bottom and then again from bottom to top, as described above.
  • the arrow leading from FIG. 7A to the upper illustration of FIG. 7B indicates that the sections of the cooling elements 3 that protrude beyond the outer surfaces of the disk elements can be milled off.
  • the milling can e.g. take place before an infiltration with silicon, since the then present SiC-free cooling element precursor can be processed more easily than after the infiltration with silicon (associated with the formation of very hard SiC).
  • the ratio of the cooling surface A of the cooling element 3 facing the interior of the brake disk to the volume V of the section of the cooling element facing the interior of the brake disk is far more than 0.4 mm 1 .
  • cooling elements 3, 3-1, 3-2 in all shown diarysfor men at the point that lies between two adjacent disk elements 2 and is the same distance from these two disk elements 2, at an angle of less than 89 ° to these two disc elements.
  • Sections 4A, 6A, 7B each show this most clearly, even without the point equally distant from the two adjacent pane elements being drawn in one of the figures. From these sections it is also immediately apparent that they each have at least two oppositely inclined cooling elements (3-1 and 3-2 in FIG. 7B), such as oppositely inclined cooling plates (30-1, 30-2 in FIG. 4A) or two oppositely inclined cooling element regions of a cooling element (310, 320 in FIG. 6A). Dotted trapezoids are shown in FIGS.
  • the four corners of the trapezoids each lie in projection surfaces which are defined by orthogonal projections, that is to say projections orthogonal to the inner surfaces of the pane elements.
  • the outlines of the projection surfaces are indicated in the sections of FIGS. 4A, 4B, 6A, 6B and 7B in each case with dashed lines running in the projection direction.
  • the rotor according to the invention from FIGS. 1 to 4B has pairs of adjacent cooling plates (30-1, 30-2 in FIG. 4A).
  • Orthogonal projections (see dashed lines in FIGS. 4A and 4B) of the four pane element contact areas 31-1, 32-1, 31-2, 32-2 into the respective inner surface 21, 22 of the pane element in contact with the respective pane element contact area define four Projection areas A31-1, A32-1, A31-2, A32-2.
  • Four points P31-1, P32-1, P31-2, P32-2 located within the projection surfaces again define the corners of the aforementioned trapezoid.
  • FIG. 7B An arrangement of separated or separated cooling elements similar to the cooling plates from FIGS. 1 to 4B exists in the rotor according to the invention, which is indicated in section in FIG. 7B.
  • the original, coherent cooling element precursor was completely severed in the protruding areas, so that it has pairs of adjacent cooling elements (3-1, 3-2 in FIG. 7B above).
  • orthogonal projections (see dashed lines in FIG. 7B top and bottom) of the four pane element contact areas 31-1, 32-1, 31-2, 32-2 in the respective inner surface 21, 22 of the pane element in contact with the respective pane element contact area four projection surfaces A31-1, A32-1, A31-2, A32-2, exactly as in the sections of Figures 4A, 4B.
  • four points P31-1, P32-1, P31-2, P32-2 lying within the projection surfaces define the corners of the aforementioned trapezoid.
  • the cord-shaped cooling element 3 in FIGS. 5 to 6B comprises not just two, but a large number
  • the trapezoid can nevertheless be defined in the same way as for the rotors in FIGS. 1 to 5A and 7B.
  • two of the four corners of the trapezoid P32 a , P32 b then lie in one single projection surface A32 as shown in Fig. 6B.
  • the cooling element 3 has a plurality of disk element contact areas 31, 32, 33. At least two disk element contact areas 31, 33 are in contact with one disk element.
  • a disk element contact area 32 lying along the cooling element between these disk element contact areas 31, 33 is in contact with the other disk element.
  • the textile structure 4 extends through the pane element contact area 32, which lies along the cooling element between the other pane element contact areas 31, 33.
  • I generally extend the textile structure from one end of the cord-shaped cooling element to the other end of the cord-shaped cooling element and through all the disc element contact areas located between the ends.
  • Orthogonal projections of the three pane element contact areas 31, 32, 33 into the respective inner surface 21, 22 of the pane element in contact with the respective pane element contact area thus define three projection areas A31, A32, A33.
  • One point P31, P33 located within the projection areas A31, A33 defines the corners of the trapezoid with two points P32a, P32b located within the projection area A32.
  • the textile structure extends into the disk element in all of the embodiments of the invention shown in the figures. This is always particularly preferred according to the invention, apart from the specific embodiments shown here.
  • the disk element contact areas 31, 32, 33, 31-1, 31-2, 32-1, 32-2 thus run in recesses in the two disk elements 2.
  • All of the figures show rotors in which both disk elements are silicon carbide carbon fiber composite friction disks and in which a material and form-fitting connection between disk element contact areas 31, 32, 33, 31-1, 32-1, 31-2, 32-2, and disk elements 2 is formed by a matrix containing silicon carbide, in which the textile structure 4 or the carbon fibers that run parallel to it, are embedded. The matrix extends into the two disc elements.
  • the rotor according to the invention from FIGS. 8 to 10 also has cooling elements 3 as pairs of adjacent cooling plates (30-1, 30-2).
  • the cooling plates are not only inclined in opposite directions to one another, but are also arranged in such a way that the two edges lying closer to the axis of rotation of the rotor run closer to one another than the two edges of the cooling plates which are further away from the axis of rotation of the rotor; or that the two are closer to the
  • edges of the axis of rotation of the rotor are further away from each other than the two edges of the cooling plates that are further away from the axis of rotation of the rotor.
  • cooling channels can be defined which taper or widen in the radial direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen innenbelüfteten Rotor (1) umfassend mindestens zwei über mindestens ein Kühlelement (3) miteinander verbundene Scheibenelemente (2), wobei das mindestens eine Kühlelement (3) ein textiles Gebilde (4) aufweist, das sich aus einem Scheibenelementkontaktbereich (31) des Kühlelements, mit dem das Kühlelement (3) mit einem Scheibenelement (2) in Kontakt steht, bis in einen anderen Scheibenelementkontaktbereich (32) des Kühlelements (3) erstreckt, mit dem das Kühlelement (3) mit einem anderen Scheibenelement (2) in Kontakt steht.

Description

INNENBELUEFTETER ROTOR
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen innenbelüfteten Rotor der insbesondere als Bremsscheibe dienen kann.
Innenbelüftete Bremsscheiben haben primär die Funktion einen rotatorisch bewegten Körper zu verzögern. Die kinetische Energie wird dabei in Wärme umgewandelt. Um diese
Dissipation zu verbessern wird auf die rasche Abgabe der Wärme an die Umgebung abgezielt. Dies geschieht über erzwungene Konvektion im innenbelüfteten Bereich.
Die Konvektion ist dabei direkt abhängig von der Form und Fläche der im innenbelüfteten Bereich vorliegenden Kühlelemente und der darüber definierten Kühlkanäle.
Zwischen den Reibringen innenbelüfteter Bremsscheiben können von Luft um- bzw.
durchströmbare Verbindungselemente vorliegen, etwa in Form von Verbindungsrippen. Die Verbindungsrippen können z.B. als fachwerkartiges Tragwerk ausgeführt sein, so wie in DE 195 37 392 beschrieben.
Sie können aber auch ganz andere Formen haben. GB 2543020 beschreibt eine innenbe lüftete Bremsscheibe, die mit Hilfe eines aus Sand und Harz gebildeten verlorenen Kerns konventionell aus Metall gegossen ist. Die dort beschriebene Bremsscheibe umfasst zwei Reibringe, die eine gemeinsame Rotationsachse haben und entlang dieser Achse beab- standet sind, so dass ein mit Luft gefüllter Spalt besteht. Sie umfasst außerdem eine Viel zahl an Luftleitlamellen, die sich in Bezug zu dieser Achse nach außen erstrecken um Kühlungsluft durch den mit Luft gefüllten Spalt hindurchzuleiten. Entlang ihrer Ausdehnung nach außen sind sämtliche Luftleitlamellen verdreht. Für bestimmte Luftleitlamellenformen wird in GB 2543020 vorgeschlagen, verlorene Kerne durch 3D Druck herzustellen.
Aus GB 2543020 wird deutlich, dass hinsichtlich der Formgebung der Luftleitlamellen bei konventionellen, gegossenen innenbelüfteten Metallbremsscheiben große Variationsmög lichkeiten bestehen.
Diese bestehen bei faserverstärkten keramischen innenbelüfteten Bremsscheiben nicht. Bis her werden keramische Bremsscheiben in der Gestalt hergestellt, das eine Mischung aus Fasern, Harz und kohlenstoffreichen Rohstoffen in einer Form unter Beaufschlagung von Druck und Temperatur zu einem Bremsscheibenrohling geformt wird. Hierbei macht man sich die Eigenschaften von Harzen zu Nutze, bei Temperatursteigerung auszuhärten. In ei nem weiteren Schritt wird der Rohling pyrolysiert. Weiterhin kann der faserverstärkte Kohlen stoffring mit Silicium infiltriert werden, wodurch sich insbesondere die mechanischen und thermischen Eigenschaften ändern. Um den geometrischen Anforderungen gerecht zu wer den, können vorzugsweise mechanische Bearbeitungsschritte durchgeführt werden. Einige bekannte Herstellungsverfahren für faserverstärkte keramische Bremsscheiben sind im Europäischen Patent Nr. 2 334 945 insbesondere in Absätzen 6 bis 10 beschrieben.
Faserverstärkte keramische Bremsscheiben haben bisher produktionsbedingt den Nachteil, dass Zwischenelemente, insbesondere in der Gestalt von Kühlrippen, aufgrund der begrenz ten Formbarkeit des Ausgangsmaterials in Relation zur Höhe breit ausgebildet werden. Das Europäische Patent Nr. 2 334 945 schlägt hierauf aufbauend ein Verfahren vor, mit dem es ermöglicht werden soll, die Form der Kühlkanäle wirtschaftlicher und einfacher zu gestalten. Das Verfahren umfasst: (a) Erzeugen von Lastscheiben, Reibungsflächen und Luftleitele menten des Scheibenrotors jeweils durch separate Prozesse unter Verwendung eines koh lenstofffaserverstärkten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffs, (b) Verbinden der je weils durch separate Prozesse erzeugten Lastscheiben, Reibungsflächen und Luftleitele menten zu einem Aufbau, und (c) Durchführen eines Flüssigsiliciumschmelze-Infiltrations- prozesses auf dem verbundenen Aufbau. Das Material der Lastscheiben und der Luftleitele mente ist dabei immer gleich. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen innenbelüfteten Rotor bereit zustellen, der eine größtmögliche Bremsleistung bei gleichzeitig minimalem Gesamtgewicht der Bremsvorrichtung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen innenbelüfteten Rotor umfassend mindestens zwei über mindestens ein Kühlelement miteinander verbundene Scheibenelemente,
wobei das mindestens eine Kühlelement ein textiles Gebilde aufweist, das sich aus einem Scheibenelementkontaktbereich des Kühlelements, mit dem das Kühlelement mit einem Scheibenelement in Kontakt steht, bis in einen anderen Scheibenelementkontaktbereich des Kühlelements erstreckt, mit dem das Kühlelement mit einem anderen Scheibenelement in Kontakt steht.
Die Zahl der Kühlelemente, über die die Scheibenelemente miteinander verbunden sind, ist nicht beschränkt. Die Erfindung kann mit nur einem Kühlelement verwirklicht werden, z.B. wenn es sich um ein schnurförmiges Kühlelement handelt, ähnlich wie in Figur 5 gezeigt, wenn dieses Kühlelement zwischen den Scheibenelementen nicht kreisförmig auf und ab, sondern spiralförmig auf und ab verläuft. Eine geringe Zahl an Kühlelementen kann z.B. auch dann vorliegen, wenn der Rotor ohnehin Stützelemente aufweist, welche die beiden Scheibenelemente zusätzlich zu den Kühlelementen verbinden. Es kann aber auch eine Vielzahl an Kühlelementen vorliegen, insbesondere wenn es sich um Kühlplatten handelt, wie in Figuren 1 bis 3 gezeigt.
Das textile Gebilde umfasst vorzugsweise parallel verlaufende Fasern und mindestens eine der parallel verlaufenden Fasern erstreckt sich aus dem einen Scheibenelementkontaktbe reich des Kühlelements bis in den anderen Scheibenelementkontaktbereich des Kühlele ments. Im Allgemeinen erstrecken sich eine Vielzahl der parallel verlaufenden Fasern aus dem einen Scheibenelementkontaktbereich in den anderen Scheibenelementkontaktbereich. Jede Zugbelastung wird dann über die Faser(n) unmittelbar vom einen Scheibenelement auf das andere Scheibenelement übertragen. Hierin werden Fasern als parallel verlaufend an gesehen, wenn sie an jeder Stelle des Kühlelements in einem Winkel von höchstens 15 ° zueinander verlaufen. Selbstverständlich kann dabei eine von mehreren parallel verlaufen den Fasern an einer Stelle des Kühlelements in eine ganz andere Richtung verlaufen, als eine andere Faser der parallel verlaufenden Fasern an einer anderen Stelle des Kühlele ments. Hierzu wird beispielhaft auf Figur 5A verwiesen, in der eine Vielzahl parallel verlau fender Fasern, von denen nur ein Teil gezeigt ist, an jeder Stelle des Kühlelements parallel zueinander gemeinsam auf und ab verlaufen.
Beim Bremsen wird eine vollkommen gleichmäßige Verteilung der Anpressdrücke beider Bremsbeläge immer nur annähernd erreicht. Dies gilt insbesondere zu Beginn des Brems vorgangs wegen der unterschiedlichen Kontaktzeitpunkts der Bremsbeläge. Ein höherer Anpressdruck führt zu einer stärkeren Reibung und infolgedessen zu einer stärkeren Ver ringerung der Rotationsgeschwindigkeit. Eine stärker gebremstes Scheibenelement ist be strebt, langsamer zu rotieren, als ein weniger stark gebremstes Scheibenelement. Dadurch treten innerhalb des Rotors Torsionsmomente zwischen den Scheibenelementen auf, die nicht zu einem Versagen der Elemente (Kühlelemente und ggf. zusätzliche Stützelemente) führen dürfen, welche die unterschiedlich stark verzögerten Scheibenelemente verbinden.
Es wurde gefunden, dass insbesondere bei Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ro tors, bei denen mindestens eine der parallel verlaufenden Fasern sich aus dem einen Schei benelementkontaktbereich des Kühlelements bis in den anderen Scheibenelementkontakt bereich des Kühlelements erstreckt, einem Versagen wirksam entgegengewirkt wird, indem Zugkräfte entlang der Faserrichtung unmittelbar von einem Scheibenelement auf das andere Scheibenelement übertragen werden. Die Kühlelemente lassen sich wegen der Zugbe lastung in Faserrichtung besonders filigran verwirklichen, so dass der Rotor noch leichter gebaut werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn besonders zugbelastbare Fasern sich aus dem einen Scheibenelementkontaktbereich des Kühlelements bis in den anderen Scheibenelementkontaktbereich des Kühlelements erstrecken. Dies führt zu noch leichteren und gleichzeitig hochbelastbaren Rotoren.
Weniger filigrane Stützelemente, wie z.B. die zur Verbindung der Reibscheiben im
Europäischen Patent Nr. 2 334 945 vorgeschlagenen Luftleitelemente, können eine höhere Steifigkeit aufweisen, als Kühlelemente der vorliegenden Erfindung. Dieselbe Steifigkeit des Rotors lässt sich erfindungsgemäß jedoch durch eine höhere Anzahl an filigraneren Kühl elementen bzw. durch ein engmaschigeres Netz an Scheibenelementkontaktbereichen an den Scheibenelementen verwirklichen. Da dabei zugleich eine besonders hohe Kühlele mentoberfläche entsteht, wird erfindungsgemäß bei derselben Steifigkeit des Rotors eine bessere Abfuhr der beim Bremsen entstehenden Hitze erreicht.
Das textile Gebilde ist vorzugsweise ein Gelege oder ein Gewebe und eine Vielzahl von darin parallel verlaufenden Fasern erstreckt sich aus dem einen Scheibenelementkontakt bereich des Kühlelements bis in den anderen Scheibenelementkontaktbereich des Kühlele ments. Dies bewirkt, dass diese parallel verlaufenden Fasern in deren Hauptlastrichtung be lastet werden, und deren Zugfestigkeit bestmöglich ausgenutzt wird. Eine angestrebte Belastbarkeit des Rotors wird mit noch filigraneren Kühlelementen also mit noch geringerem Gesamtgewicht des Rotors ermöglicht.
Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf Ausführungsformen, bei denen das textile Gebilde ein Gelege oder ein Gewebe ist. Das textile Gebilde kann z.B. auch ein Vlies sein. Dies hat thermische Vorteile, da Fasern auch in Dickenrichtung des Kühlelements verlaufen und somit die Kühlwirkung weiter verbessert wird. Denkbar ist die Kombination von Vliesen mit Gelegen und/oder Geweben. Beispielsweise kann in einem mechanisch weniger beanspruchten Bereich, (z.B. in der Nähe eines ohnehin vorhandenen Stützelements, das die beiden Scheibenelemente zusätzlich zu den Kühlelementen verbindet) ein Kühlelement vorliegen, bei dem das textile Gebilde ein Vlies ist. Dann wird dort insbesondere die
Wärmeabfuhr verbessert. Alternativ oder zusätzlich kann in einem mechanisch stärker belasteten Bereich (z.B. in größerem Abstand von einem ohnehin vorhandenen
Stützelement, das die beiden Scheibenelemente zusätzlich zu den Kühlelementen verbindet) ein Kühlelement vorliegen, bei dem das textile Gebilde ein Gelege oder ein Gewebe ist. Dann wird dort vor allem die mechanische Belastbarkeit (zusätzlich jedoch auch die thermische Belastbarkeit) weiter erhöht. Als textile Gebilde oder als Teil von textilen Ge bilden eigenen sich außerdem Zwirne, Garne, Kordeln, Gestricke, Geflechte und Filze.
Auch Schichtverbund-Kühlelemente sind denkbar, aufweisend Gelege- und/oder
Gewebelagen in Verbindung mit Vlieslagen. Um einem Knicken des Kühlelements entgegenzuwirken erwiesen sich mehrere beabstandete Lagen parallel verlaufender Fasern vorteilhaft, insbesondere wenn parallel verlaufende Fasern aus beiden Lagen sich aus dem einen Schiebelementkontaktbereich bis in den anderen Scheibenelementkontaktbereich erstrecken. Dies lässt sich z.B. mit Hilfe von Kühlelementen in Form von Kühlplatten verwirklichen in denen zwei oder noch mehr Lagen parallel ausgerichteten unidirektionalen Geleges, z.B. Carbonfasergeleges mit einer oder mehreren zwischen diesen Lagen angeordneten Stützschichten auf Abstand gehalten sind. Vorzugsweise beträgt der Abstand d der am weitesten voneinander entfernt liegenden Lagen parallel verlaufender Fasern des Kühlelements dann mehr als a mal 0,025, insbesondere mehr als a mal 0,05, wobei a der Abstand der über das Kühlelement verbundenen Scheibenelemente ist.
Das textile Gebilde und/oder die parallel verlaufenden Fasern können Carbonfasern, Siliciumcarbidfasern, Bornitridfasern, oder deren Gemische umfassen. Der Fachmann wählt die Fasern je nachdem, ob es dort, wo die Faser verwendet werden soll, zu besonders ausgeprägten mechanischen Belastungen und/oder thermischen Belastungen kommen wird. Er nutzt die unterschiedlichen mechanischen und thermischen Eigenschaften der unter schiedlichen Fasern gezielt. Carbonfasern sind besonders bevorzugt, da sie hohe Zugfestig keit bei hoher Temperatur und gleichzeitig eine geringe Dichte aufweisen. Aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit verbleiben sie während des gesamten Produktionspro zesses, einschließlich Silizierung, im Halbzeug.
Die Form des Kühlelements/der Kühlelemente unterliegt keinen Beschränkungen. Prinzipiell ist jede Form denkbar. In bestimmten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Rotors ist das mindestens eine Kühlelement eine Kühlplatte. Durch eine gezielte Anordnung von Kühl platten lassen sich auf besonders einfache Weise Kanäle definieren. So kann der Luftstrom gesteuert werden. Im Vergleich etwa zu filigraneren Kühlelementen, wie Kühlstäben, besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die Fasern in Platten sich gegenseitig stützen.
Die Kühlelemente können gekrümmt sein. Entlang ihrer Ausdehnung können die Kühlele mente verdreht sein, wie in GB 2543020 beschrieben, da sich die zur Herstellung der Kühlelemente einsetzbaren Prepregs entsprechend formen lassen. Die Kühlelemente (oder deren Vorläufer, z.B. Prepregs) können in die gewünschte Form gebracht und anschließend ausgehärtet werden. Die Kühlelemente weisen vorzugsweise ein raue und/oder strukturierte Oberfläche auf. Die begünstigt die Ausbildung turbulenter Strömungen; folglich wird die beim Bremsen ent stehende Hitze aus dem Rotor effizienter abgeführt.
Die Erfindung umfasst Ausgestaltungen des Rotors mit großen oder kleinen Kühlelementen. Kleinere, filigranere Kühlelemente sind aber bevorzugt, da mit ihnen eine noch effizientere Wärmeabfuhr erzielt wird. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der dem Innenraum der Bremsscheibe zugewandten Kühloberfläche A des Kühlelements, z.B. der Kühlplatte, zum Volumen V des dem Innenraum der Bremsscheibe zugewandten Abschnitt des Kühlele ments, z.B. der Kühlplatte, mindestens 0,25 mm-1, insbesondere mindestens 0,4 mm-1, weiterhin bevorzugt mindestens 0,5 mm-1, besonders bevorzugt mindestens 0,6 mm-1, z.B. mindestens 0,8 mm-1. In die Berechnung dieses Verhältnisses gehen also nur diejenigen Kühlelementoberflächen ein und diejenigen Kühlelementvolumenbereiche ein, die dem Innenraum zugewandt sind. Unberücksichtigt bleiben sowohl bei der Berechnung der Kühloberfläche A, als auch bei der Berechnung des Volumens V solche Bereiche, die innerhalb eines Scheibenelements liegen, weil sich das Kühlelement bis in einen innerhalb eines Scheibenelements liegenden Bereich erstreckt. Letztlich bewirkt die Einhaltung des hier angegebenen Verhältnisses, dass die Wärmeübertragung bei gleichbleibender Masse weiter erhöht wird. Dies eröffnet wiederum die Möglichkeit, die Größe des Rotors insgesamt herunter zu skalieren, so dass mit einem kleineren und leichteren Bremssystem dieselbe Bremsleistung erreicht wird.
Es ist bevorzugt, wenn das Kühlelement oder die Kühlelemente geneigt sind. Es verläuft/Sie verlaufen dann nicht orthogonal zu den Oberflächen der Scheibenelemente. Vorzugsweise verläuft das Kühlelement mindestens an einer Stelle, die zwischen zwei benachbarten Scheibenelementen liegt und von diesen beiden Scheibenelementen gleich weit entfernt ist, in einem Winkel von weniger als 89°, insbesondere von weniger als 80°, z.B. von weniger als 70°. Der Winkel beträgt vorzugsweise mehr als 20, insbesondere mehr als 30°, z.B. mehr als 35°. Der Fachmann wählt diesen Winkel unter anderem in Abhängigkeit vom Reibwert. Bei sehr kleinen Reibwerten werden die Scheibenelemente durch den
Anpressdruck der Bremsbacken in erster Linie zusammengepresst. Gleichzeitig ist das zwischen den Scheibenelementen wirkende Torsionsmoment bei ungleichmäßigem
Anpressdruck der beiden Bremsbacken nur relativ gering. Dann würde der Fachmann einen Winkel im oberen Bereich wählen. Bei sehr großen Reibwerten werden die
Scheibenelemente durch den Anpressdruck der Bremsbacken bei gleicher Bremsleistung weniger stark zusammengepresst. Im Allgemeinen ist das Torsionsmoment bei
ungleichmäßigem Anpressdruck der beiden Bremsbacken dann stärker. Der Fachmann würde dann einen Winkel im unteren Bereich wählen. Dies bewirkt, dass die Hauptfaser richtung beim Bremsen häufiger entlang der sich aus Torsionsmomenten und
Anpresskräften ergebenden, effektiven Kraftrichtung verläuft.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn der Rotor mindestens zwei einander entgegen gesetzt geneigte Kühlelemente, z.B. Kühlplatten, oder zwei einander entgegengesetzt geneigte Kühlelementbereiche eines Kühlelements aufweist. Einander entgegengesetzt geneigt bedeutet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass eines der beiden Kühlelemente bzw. einer der beiden Kühlelementbereiche insgesamt gestreckt und das andere Kühlelement bzw. der andere Kühlelementbereich insgesamt gestaucht würde, wenn eines der beiden Scheibenelemente gegenüber dem anderen Scheibenelement um die gemeinsame Rotationsachse beider Scheibenelemente im Sinne des oben beschriebenen Torsionsmoments verdreht würde. Unabhängig davon, auf welcher Seite des erfindungs gemäßen Rotors ein Bremsbelag stärker angedrückt wird, wirkt dann immer mindestens eines der Kühlelemente einem Versagen des Rotors dadurch entgegen, dass es (und vorzugsweise dessen Fasern) auf Zug belastet werden. Dies führt zu einer Versteifung des Rotors. Sind die Kühlelemente nicht gegenseitig geneigt, haben sie einem Verdrehen des einen Scheibenelements gegenüber dem anderen Scheibenelement um die gemeinsame Rotationsachse beider Scheibenelemente insgesamt weniger entgegenzusetzen. Denn das Verdrehen würde dann (wegen eines Parallelogrammeffekts) nicht zwingend in einem der Kühlelemente zu einer Zugbelastung führen. Zur Erzielung einer vordefinierten Brems leistung kann ein erfindungsgemäßer Rotor mit gegenseitig geneigten Kühlelementen also insgesamt noch materialsparender und das gesamte Bremssystem damit leichter ausgelegt werden.
Die vorstehend beschriebene Wirkung wird dann besonders gut erreicht, wenn die entge gengesetzt geneigten Kühlelemente bzw. Kühlelementbereiche im Rotor nahe beieinander angeordnet sind. So weisen bevorzugte erfindungsgemäße Rotoren mindestens ein Paar benachbarter Kühlelemente, z.B. Kühlplatten auf. Orthogonalprojektionen der vier Scheibenelement kontaktbereiche in die jeweilige innenliegende Oberfläche des mit dem jeweiligen Schei benelementkontaktbereich in Kontakt stehenden Scheibenelements definieren vier
Projektionsflächen. Vier innerhalb der Projektionsflächen liegende Punkte definieren die Ecken eines T rapezes. Wenn sich in jeder der vier Projektionsflächen also je ein Punkt so festlegen lässt, dass die vier Punkte ein Trapez definieren, liegt ein in diesem Sinne bevorzugter erfindungsgemäßer Rotor vor.
Bei einem besonders bevorzugten Rotor, der einander entgegengesetzt geneigte
Kühlelemente, z.B. Kühlplatten, aufweist, definieren die entgegengesetzt geneigten
Kühlelemente, z.B. Kühlplatten, einen Kühlkanal, der sich in radialer Richtung verjüngt oder erweitert. Die Kühlplatten sind dann bevorzugt so angeordnet, dass die beiden näher an der Rotationsachse des Rotors liegenden Kanten der Kühlplatten näher beieinander verlaufen, als die beiden weiter von der Rotationsachse des Rotors entfernt liegenden Kanten der Kühlplatten; oder dass die beiden näher an der Rotationsachse des Rotors liegenden Kanten weiter voneinander entfernt sind, als die beiden weiter von der Rotationsachse des Rotors entfernt liegenden Kanten der Kühlplatten. Dies kann z.B. durch eine in Figuren 8 bis 10 gezeigte Anordnung von Kühlplatten erreicht werden.
Ein Paar entgegengesetzt geneigter Kühlplatten kann einen Kühlkanal definieren, der sich in radialer Richtung nach außen verjüngt und ein anderes Paar entgegengesetzt geneigter Kühlplatten kann einen Kühlkanal definieren, der sich in radialer Richtung nach außen erweitert.
Die Erfindung umfasst auch erfindungsgemäße Rotoren, bei denen sich eines oder mehrere Kühlelemente zwischen den Scheibenelementen hin und her erstrecken. Ein solches Kühlelement weist entlang des Kühlelements viele Scheibenelementkontaktbereiche, mit denen das Kühlelement alternierend mit dem einen und dem anderen Scheibenelement in Kontakt steht. So kann das mindestens eine Kühlelement mindestens drei Scheiben elementkontaktbereiche aufweisen, wobei mindestens zwei Scheibenelementkontakt bereiche mit dem einen Scheibenelement in Kontakt stehen und ein entlang des Kühl- elements zwischen diesen Scheibenelementkontaktbereichen liegender Scheibenelement kontaktbereich mit dem anderen Scheibenelement in Kontakt steht. Das textiles Gebilde erstreckt sich durch den Scheibenelementkontaktbereich hindurch, der entlang des Kühl elements zwischen den anderen Scheibenelementkontaktbereichen liegt. Vorzugsweise erstreckt sich das textile Gebilde dann aus dem ersten Scheibenelementkontaktbereich über eine Vielzahl weiterer Scheibenelementkontaktbereiche bis in den letzten Scheibenelement kontaktbereich. Vorzugsweise ist das textile Gebilde dann ein Faserbündel, z.B. ein Carbon faserbündel. Die sich durch mehrere Scheibenelementkontaktbereiche hindurch erstrecken den Fasern verleihen dem erfindungsgemäßen Rotor ein Höchstmaß an Stabilität.
Potenzielle Schwachstellen können dort bestehen, wo Fasern in Scheibenelement kontaktbereichen enden. Derartige Schwachstellen werden vermieden, wo Fasern sich durch Scheibenelementkontaktbereiche hindurch erstrecken. Zugleich lassen sich solche Kühlelemente unter Verwendung von recht dünnen Faserbündeln verwirklichen, so dass sich automatisch ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen einstellt, welches wiederum die Kühlwirkung steigert. Orthogonalprojektionen der drei Scheibenelement kontaktbereiche in die jeweilige innenliegende Oberfläche des mit dem jeweiligen Schei benelementkontaktbereich in Kontakt stehenden Scheibenelements definieren dann drei Projektionsflächen A31 , A32, A33. Je ein innerhalb der Projektionsflächen A31 und A33 liegen der Punkt P31 , P33 definiert mit zwei innerhalb der Projektionsfläche A32 liegenden Punkten P32a, P32b dann die Ecken eines Trapezes. Wenn sich in jeder der Projektionsflächen A31 , A33 je ein Punkt P31 , P33 und in der Projektionsfläche A32 zwei Punkte P32a, P32b so festlegen lassen, dass diese vier Punkte ein Trapez definieren, liegt ein in diesem Sinne bevorzugter erfindungsgemäßer Rotor vor.
Bei den hierin genannten Trapezen sind vorzugsweise je zwei der vier vom Trapez ein geschlossenen Winkel gleich groß. Als gleich groß werden Winkel angesehen, die sich höchstens um 5° unterscheiden. Vorzugweise betragen die beiden kleineren Winkel je weniger als 89°, insbesondere weniger als 80°, z.B. weniger als 70° aber zugleich 20°, ins besondere mehr als 30°, z.B. mehr als 35°.
Wie oben schon erwähnt, ist es vorteilhaft, wenn je zwei Kühlelemente bzw. Kühlelement bereiche im Rotor nahe beieinander angeordnet sind. Dies lässt sich wiederum über das hierin beschriebene Trapez näher beschreiben, wobei die nahe Anordnung beieinander Ausdruck darin findet, dass die kürzere der beiden parallel verlaufenden Seiten des
Trapezes höchstens 10 % der Gesamtlänge aller vier Kanten des Trapezes einnimmt, vorzugsweise höchstens 8 %, insbesondere höchsten 6 %, z.B. höchstens 4 % der Ge samtlänge aller vier Kanten des Trapezes. Die Kühlelemente bzw. Kühlelementbereiche sind dann (in grober Näherung) in Form eines Dreiecks ausgerichtet, wobei zwei Kühlelemente bzw. zwei Kühlelementbereiche eines Kühlelements zwei Seiten des Dreiecks definieren und ein Abschnitt eines der beiden Scheibenelemente die dritte Seite des Dreiecks definiert. Es zeigt sich, dass dies die Verwindungssteifigkeit des Rotors weiter steigert.
Die größte Längsausdehnung eines Kühlelements zwischen Scheibenelementen beträgt vorzugsweise höchstens 70 % des Radius des Scheibenelements mit dem größten Radius. Bevorzugt sind die Kühlelemente oder Kühlelementbereiche im Rotor so verteilt, dass bestimmte Kühlelemente oder Kühlelementbereiche innerhalb eines Innenbereichs des Rotors umlaufen und andere Kühlelemente oder Kühlelementbereiche innerhalb eines Außenbereichs des Rotors umlaufen. Innen- und Außenbereich überlappen nicht. Die Kühlelemente bzw. Kühlelementbereiche sind also so angeordnet, dass ein äußerster Punkt eines innenliegenden Kühlelements oder Kühlelementbereichs von der Rotationsachse des Rotors weniger weit entfernt ist, als ein innerster Punkt eines außenliegenden Kühlelements. Diese Beabstandung in radialer Richtung sorgt für zusätzliche Verwirbelungen, also in weiten Bereichen für turbulente Strömungen, so dass die beim Bremsen entstehende Hitze besonders effizient abgeführt wird.
Die Scheibenelementkontaktbereiche können bei bestimmten erfindungsgemäßen Rotoren flach auf den innenliegenden Oberflächen der beiden Scheibenelemente angebracht sein. Jedoch ist es bevorzugt, wenn die Scheibenelementkontaktbereiche in Aussparungen der beiden Scheibenelemente verlaufen. Dann erstreckt sich das textile Gebilde bis in das Scheibenelement hinein. Dies ermöglicht eine besonders feste Verankerung. Die Gefahr eines Sprödbruchs zwischen Kühlelementen und Scheibenelementen sinkt auf ein Minimum. Der Übergang zwischen Scheibenelement und Kühlelement kann dann mit geringem
Aufwand für eine dauerhafte extreme mechanische und thermische Beanspruchung ausgelegt werden. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Scheibenelementmaterialien beschränkt. Die Scheibenelemente können z.B. aus Stahl, oder anderen Metallen/Metalllegierungen gebildet sein, die dem Fachmann zur Herstellung von Bremsscheiben geläufig sind. Jedoch ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, wenn mindestens ein Scheibenelement einen Keramikfaserverbund, wie z.B. einen Siliciumcarbidfaserverbund, insbesondere einen Siliciumcarbidcarbonfaserverbund, umfasst. Mit dem Wort umfasst soll hier insbesondere zum Ausdruck gebracht werden, dass andere, im Schichtverbund vorliegende Materialien, z.B. dort wo der Bremsbelag angepresst wird, angebracht sein können. Diese können vom Scheibenelement mitumfasst sein. Vorzugsweise umfassen sämtliche Scheibenelemente einen Keramikfaserverbund, z.B. einen Siliciumcarbidfaserverbund, insbesondere einen Siliciumcarbidcarbonfaserverbund.
Eine Stoff- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen textilem Gebilde und Scheiben elementen kann durch eine Keramikmatrix, z.B. durch eine Siliciumcarbid enthaltende Matrix, gebildet sein, die in die das textile Gebilde eingebettet ist und die sich bis in die beiden Scheibenelemente erstreckt. Die Scheibenelementkontaktbereiche sind dann die Oberflächen des textilen Gebildes dort wo sie mit den Scheibenelementen in Kontakt stehen.
Die Zahl der Scheibenelemente ist nicht begrenzt. Da die Erfindung sich auf einen innen belüfteten Rotor bezieht, beträgt die Zahl der Scheibenelemente jedoch mindestens zwei. Der zwischen den ganz außen angeordneten Scheibenelementen angeordnete, belüftete Bereich kann wiederum von Scheibenelementen unterbrochen sein. Für bestimmte An wendungen können derartige Zwischenscheibenelemente vorteilhaft sein, z.B. kann damit die Oberfläche des innenbelüfteten Bereichs weiter gesteigert und damit einem Überhitzen der Bremsscheibe noch wirksamer entgegengewirkt werden. So kann die Zahl der
Scheibenelemente z.B. mindestens drei betragen. Typischerweise sind dann zwei der Scheibenelemente Reibscheibenelemente und mindestens ein Scheibenelement ist ein Zwischenscheibenelement. Ein Zwischenscheibenelement kann auch als Stützscheiben element fungieren, über das andere Scheibenelemente, wie z.B. die Reibscheibenelemente, mit einer rotierbaren Achse verbunden sein können. Die Verbindung eines erfindungsgemäßen Rotors mit der Achse kann über einen fest mit der Achse verbundenen Bremsscheibentopf erfolgen, an dem der Rotor angebracht ist. Der Rotor kann an dem Bremsscheibentopf mit Hilfe üblicher Befestigungsmittel, wie z.B.
Schrauben, angebracht sein. Die Befestigungsmittel erstrecken sich bei bestimmten Aus führungsformen nur bis in eines der mindestens zwei Scheibenelemente hinein. Der Innen durchmesser dieses Scheibenelements ist dann üblicherweise kleiner, als der Innendurch messer des anderen Scheibenelements oder der anderen Scheibenelemente, wie z.B. in Figur 5 angedeutet, in der nur ein Scheibenelement Bohrungen zur Aufnahme von
Befestigungsmitteln, wie Schrauben, aufweist. Unter dem Innendurchmesser wird dabei der kleinste Abstand verstanden, den ein Scheibenelement zur Rotationsachse des Rotors einnimmt.
Für viele Anwendungen, wie z.B. im Automobilbereich, beträgt die Zahl der Scheiben elemente zwei. Typischerweise sind dann beide Scheibenelemente Reibscheibenelemente. Unter einem Reibscheibenelement wird ein Scheibenelement verstanden, an dessen Oberfläche ein Bremsbelag angreifen soll. Bestimmte (ringförmig ausgebildete) Reib scheibenelemente werden häufig als Reibringe bezeichnet.
Erfindungsgemäße innenbelüftete Rotoren sind z.B. erhältlich durch ein Verfahren, wobei
a) Kühlelemente oder Kühlelementvorläufer (z.B. zu Plättchen zugeschnittene
Prepregs) in einem Stützmaterial relativ zueinander so positioniert werden, dass sie beiderseits des Stützmaterials überstehen,
b) an gegenüberliegenden Oberflächen des Stützmaterials erstarrbare Scheiben
elementmassen aufgebracht werden, so dass die Kühlelemente oder Kühlelement vorläufer in die erstarrbaren Scheibenelementmassen hineinragen, und
c) die Scheibenelementmassen erstarrt werden.
Beispielsweise kann als Stützmaterial ein Polymerschaum verwendet werden. Darin können gezielt ausgerichtete Schlitze eingebracht werden, in die mit Carbonfasergewebe oder Car bonfasergelege armierte Plättchen (Prepreg-Plättchen) so gesteckt werden, dass sie beidseitig aus dem Stützmaterial herausstehen. Als Scheibenelementmasse kann ein mit Carbonfaserbündelabschnitten vermischtes Polymerharz verwendet werden. Die aufge brachte Scheibenelementmasse wird durch Erhitzen gehärtet (erstarrt). Anschließend kann das Stützmaterial entfernt werden, z.B. durch Pryolyse. Der so erhaltene Grünling wird in dem Fachmann bekannter Weise carbonisert und daraufhin mit Silicium infiltriert, wobei das Silicium sich mit carbonisiertem Harz zu der Siliciumcarbid enthaltenden Matrix umsetzt. Die Infiltration wird so durchgeführt, dass das Silicium sich von einem Scheibenelement über die Kühlelementplättchen bis in das andere Scheibenelement ausbreitet.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Figuren und Ausführungsbeispiele veranschau licht, ohne darauf beschränkt zu sein.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor
Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in Figur 1 gezeigten Rotors
Figur 3 zeigt ein Kühlelement des Rotors aus Figuren 1 und 2, bei dem das textile
Gebilde ein Gelege ist
Figuren 4A und 4B zeigen denselben Schnitt durch den Rotor der Figuren 1 und 2 mit je unterschiedlichen Informationen
Figur 5 zeigt einen anderen erfindungsgemäßen Rotor
Figur 5A zeigt einen Ausschnitt eines Kühlelements des Rotors aus Figur 5
Figuren 6A und 6B zeigen denselben Schnitt durch den Rotor der Figur 5 mit je
unterschiedlichen Informationen
Figuren 7A und 7B illustriert die Herstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Rotors anhand von Schnitten.
Figur 8 zeigt noch einen weiteren erfindungsgemäßen Rotor
Figur 9 zeigt Ausschnitte von Kühlelementen des Rotors aus Figur 8
Figur 10 zeigt einen Ausschnitt der Figur 8 von oben
Die in den Figuren gezeigten innenbelüfteten Rotoren 1 umfassen zwei über mindestens ein Kühlelement 3 miteinander verbundene Scheibenelemente 2 (Figur 1 und Figur 5). Das mindestens eine Kühlelement 3 weist ein textiles Gebilde 4 auf, wie in Figuren 3 für den Rotor der Figur 1 und in Figur 5A für den Rotor der Figur 5 veranschaulicht. Erfindungs gemäß erstreckt sich das textile Gebilde 4 aus einem Scheibenelementkontaktbereich 31 des Kühlelements 3, mit dem das Kühlelement 3 mit einem Scheibenelement 2 in Kontakt steht, bis in einen anderen Scheibenelementkontaktbereich 32, mit dem das Kühlelement 3 mit einem anderen Scheibenelement 2 in Kontakt steht. Dies ist aus Figuren 2 und 3 für den Rotor der Figur 1 und aus Figuren 5A und 6A für den Rotor der Figur 5 ersichtlich. Das textile Gebilde 4 ist nur in den Figuren 3 und 5A angedeutet. Aus Gründen der Übersichtlich keit wurde in den anderen Figuren auf die Darstellung des textilen Gebildes 4 verzichtet.
Bei allen in den Figuren gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rotors umfassen sämtliche textile Gebilde 4 parallel verlaufende Fasern 5. Es handelt sich jeweils um Carbonfasern. Denkbar wären jedoch auch andere Fasern, z.B. Siliciumcarbidfasern, Bornitridfasern. Dies ist aus Figuren 3 und 5A ersichtlich. In den hier gezeigten Beispielen erstreckt sich jeweils nicht nur mindestens eine der parallel verlaufenden Fasern 5 aus dem einen Scheibenelementkontaktbereich 31 des Kühlelements 3 bis in den anderen Scheiben elementkontaktbereich 32 des Kühlelements, sondern alle parallel verlaufenden Fasern 5.
So ist in Figur 3 das textile Gebilde 4 ein Gelege 41 und eine Vielzahl von darin parallel ver laufenden Fasern 5 erstreckt sich aus dem einen Scheibenelementkontaktbereich 31 des Kühlelements 3 bis in den anderen Scheibenelementkontaktbereich 32 des Kühlelements 3.
Im Rotor der Figuren 1 bis 4B sind die Kühlelemente 3 Kühlplatten (30-1 und 30-2 im Schnitt der Figur 4A). Im Rotor der Figuren 5 bis 6B verlaufen schnurförmige Kühlelemente 3 ringsum kreisförmig auf und ab und stehen dadurch jeweils alternierend mit beiden Schei benelementen 2 in Kontakt. Dies lässt sich z.B. mit Hilfe eines Towpregs verwirklichen, das durch zwei beabstandete Materiallagen, z.B. Vlieslagen alternierend von oben nach unten und dann wieder von unten nach oben hindurchgeführt wird, um die Materiallagen in dem gewünschten Abstand miteinander zu verbinden. Die so mit Towpreg vernähten Material lagen können in einen erfindungsgemäßen Rotor z.B. dadurch überführt werden, dass man erstarrbare Scheibenelementmasse (z.B. ein mit Carbonfaserbündelabschnitten vermischtes Polymerharz) auf die beiden Außenoberflächen der Materiallagen aufbringt, diese erstarrt, z.B. härtet, und den erhaltenen Grünling dann carbonisiert und daraufhin mit Silicium infil triert. Unter einem Towpreg wird ein schnurförmiges imprägniertes Faserbündel verstanden. Es kann z.B. mit einem Harz imprägniert sein. Das Faserbündel kann z.B. ein Carbonfaser bündel sein. An Stelle des Towpregs könnte aber auch ein nicht imprägniertes, schnurför miges Faserbündel, z.B. schnurförmiges Carbonfaserbündel, verwendet werden. Alternativ kann auf das Aufbringen der erstarrbaren Scheibenelementmasse verzichtet werden und nur das Towpreg und ggf. in den damit verbundenen Materiallagen enthaltenen Harzbestandteile gehärtet, dann carbonsiert und daraufhin mit Silicium infiltriert werden. Um vom Towpreg bzw. Kühlelementvorläufer herrührende Unebenheiten an den nach außen hin orientierten Oberflächen zu vermeiden, können überstehende Towpreg-Abschnitte abgefräst werden. Figuren 7A und 7B zeigen, dass Kühlelemente 3 zunächst so mit den Scheiben elementen oder Scheibenelementvorläufern in Kontakt gebracht werden können, dass sie über die außenliegenden Oberflächen der Scheibenelemente oder die vor einer Silicium infiltration vorliegenden Scheibenelementvorläufer hinausstehen (Figur 7A). Das Towpreg kann durch zwei beabstandete Materiallagen, z.B. Vlieslagen alternierend von oben nach unten und dann wieder von unten nach oben hindurchgeführt sein, wie oben beschrieben.
Mit dem von Figur 7A zu der oberen Darstellung der Figur 7B hinführenden Pfeil ist ange deutet, dass die über die außenliegenden Oberflächen der Scheibenelemente hinausstehen Abschnitte der Kühlelemente 3 abgefräst werden können. Das Abfräsen kann z.B. vor einer Infiltration mit Silicium erfolgen, da der dann vorliegende SiC-freie Kühlelementvorläufer leichter bearbeitet werden kann, als nach der (mit der Bildung von sehr hartem SiC verbun denen) Infiltration mit Silicium.
In sämtlichen dargestellten Beispielen beträgt das Verhältnis der dem Innenraum der Brems scheibe zugewandten Kühloberfläche A des Kühlelements 3 zum Volumen V des dem In nenraum der Bremsscheibe zugewandten Abschnitts des Kühlelements weit mehr als 0,4 mm 1.
Es ist gut erkennbar, dass die Kühlelemente 3, 3-1 , 3-2 in allen gezeigten Ausführungsfor men an der Stelle, die zwischen zwei benachbarten Scheibenelementen 2 liegt und von die sen beiden Scheibenelementen 2 gleich weit entfernt ist, in einem Winkel von weniger als 89° zu diesen beiden Scheibenelementen verläuft. Die Schnitte 4A, 6A, 7B zeigen dies jeweils am deutlichsten, auch ohne dass die von den beiden benachbarten Scheiben elementen je gleich weit entfernte Stelle in einer der Figuren eingezeichnet wäre. Aus diesen Schnitten ist auch sofort ersichtlich, dass sie je mindestens zwei einander entgegengesetzt geneigte Kühlelemente (3-1 und 3-2 in Fig. 7B), wie z.B. entgegengesetzt geneigte Kühl platten (30-1 , 30-2 in Figur 4A) oder zwei einander entgegengesetzt geneigte Kühlelement bereiche eines Kühlelements (310, 320 in Figur 6A) aufweisen. In Figuren 4B, 6B und 7B sind gepunktet Trapeze eingezeichnet, über die sich erfindungs gemäß besonders bevorzugte Rotoren näher beschreiben lassen. Die vier Ecken der Trapeze liegen je in Projektionsflächen, die durch Orthogonalprojektionen, also Projektionen orthogonal zu den innenliegenden Oberflächen der Scheibenelemente definiert sind. Die Umrisse der Projektionsflächen sind in den Schnitten der Figuren 4A, 4B, 6A, 6B und 7B jeweils mit gestrichelten, in Projektionsrichtung verlaufenden Linien angedeutet.
Der erfindungsgemäße Rotor aus Figuren 1 bis 4B weist Paare benachbarter Kühlplatten auf (30-1 , 30-2 in Figur 4A). Orthogonalprojektionen (siehe gestrichelte Linien in Figuren 4A und 4B) der vier Scheibenelementkontaktbereiche 31-1 , 32-1 , 31-2, 32-2 in die jeweilige innen liegende Oberfläche 21 , 22 des mit dem jeweiligen Scheibenelementkontaktbereich in Kon takt stehenden Scheibenelements definieren vier Projektionsflächen A31-1 , A32-1 , A31-2, A32-2. Vier innerhalb der Projektionsflächen liegende Punkte P31-1 , P32-1 , P31-2, P32-2 definieren wiederum die Ecken des genannten Trapezes.
Eine zu den Kühlplatten aus Figuren 1 bis 4B ähnliche Anordnung von ge- bzw. durch trennten Kühlelementen besteht bei dem erfindungsgemäßen Rotor, der in Fig. 7B im Schnitt angedeutet. Durch das Abfräsen wurde der ursprüngliche, zusammenhängende Kühlelementvorläufer in den überstehenden Bereichen vollständig durchtrennt, so dass er Paare benachbarter Kühlelemente aufweist (3-1 , 3-2 in Figur 7B oben). Orthogonalprojek tionen (siehe gestrichelte Linien in Figur 7B oben und unten) der vier Scheibenelement kontaktbereiche 31-1 , 32-1 , 31-2, 32-2 in die jeweilige innenliegende Oberfläche 21 , 22 des mit dem jeweiligen Scheibenelementkontaktbereich in Kontakt stehenden Scheibenelements definieren vier Projektionsflächen A31-1 , A32-1 , A31-2, A32-2, genau wie bei den Schnitten der Figuren 4A, 4B. Auch hier definieren vier innerhalb der Projektionsflächen liegende Punkte P31-1 , P32-1 , P31-2, P32-2 die Ecken des genannten Trapezes.
Im Gegensatz zu den Rotoren der Figuren 1 bis 5A und 7B umfasst das schnurförmige Kühlelement 3 in Figuren 5 bis 6B nicht nur zwei, sondern eine Vielzahl an
Scheibenelementkontaktbereichen 31 , 32, 33 ... , von denen die Figuren 6A und 6B nur drei zeigen. Das Trapez lässt sich trotzdem genauso definieren, wie für die Rotoren der Figuren 1 bis 5A und 7B. Allerdings liegen dann zwei der vier Ecken des Trapezes P32a, P32b in einer einzigen Projektionsfläche A32, so wie in Fig. 6B gezeigt. Beim Rotor der Figuren 5 bis 6B weist das Kühlelement 3 eine Vielzahl an Scheibenelementkontaktbereichen 31 , 32, 33 auf. Mindestens zwei Scheibenelementkontaktbereiche 31 , 33 stehen mit dem einen Scheiben element in Kontakt. Ein entlang des Kühlelements zwischen diesen Scheibenelement kontaktbereichen 31 , 33 liegender Scheibenelementkontaktbereich 32 steht mit dem anderen Scheibenelement in Kontakt. Das textile Gebilde 4 erstreckt sich durch den Scheibenelementkontaktbereich 32 hindurch erstreckt, der entlang des Kühlelements zwischen den anderen Scheibenelementkontaktbereichen 31, 33 liegt. Bei solchen Aus führungsformen der Erfindung erstreckt ich das textile Gebilde in der Regel von einem Ende des schnurförmigen Kühlelements bis zum anderen Ende des schnurförmigen Kühlelements und durch alle zwischen den Enden liegenden Scheibenelementkontaktbereiche hindurch. Orthogonalprojektionen der drei Scheibenelementkontaktbereiche 31 , 32, 33 in die jeweilige innenliegende Oberfläche 21 , 22 des mit dem jeweiligen Scheibenelementkontaktbereich in Kontakt stehenden Scheibenelements definieren hier also drei Projektionsflächen A31 , A32, A33. Je ein innerhalb der Projektionsflächen A31 , A33 liegender Punkt P31 , P33 definiert mit zwei innerhalb der Projektionsfläche A32 liegenden Punkten P32a, P32b die Ecken des Trapezes.
In Figuren 4B, 6B und 7B sind je zwei der vier vom Trapez eingeschlossenen Winkel gleich groß.
Um eine besonders feste Verankerung in den Scheibenelementen zu ermöglichen, erstreckt sich das textile Gebilde in all den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen der Erfin dung bis in das Scheibenelement hinein. Dies ist losgelöst von den hier konkret gezeigten Ausführungsformen erfindungsgemäß immer besonders bevorzugt. Die Scheibenelement kontaktbereiche 31 , 32, 33, 31-1 , 31-2, 32-1 , 32-2 verlaufen also in Aussparungen der beiden Scheibenelemente 2.
In sämtlichen Figuren sind Rotoren gezeigt, bei denen beide Scheibenelemente Silicium- carbidcarbonfaserverbund-Reibscheiben sind und bei denen eine Stoff- und formschlüssige Verbindung zwischen Scheibenelementkontaktbereichen 31 , 32, 33, 31-1 , 32-1 , 31-2, 32-2, und Scheibenelementen 2 durch eine Siliciumcarbid enthaltende Matrix gebildet ist, in die das textile Gebilde 4 bzw. die davon umfassten parallel verlaufenden Carbonfasern, eingebettet sind. Die Matrix erstreckt sich bis in die beiden Scheibenelemente.
Wie der erfindungsgemäße Rotor aus Figuren 1 bis 4B weist auch der erfindungsgemäße Rotor aus Figuren 8 bis 10 Kühlelemente 3 als Paare benachbarter Kühlplatten (30-1 , 30-2) auf. Die Kühlplatten sind nicht nur einander entgegengesetzt geneigt, sondern auch so angeordnet, dass die beiden näher an der Rotationsachse des Rotors liegenden Kanten näher beieinander verlaufen, als die beiden weiter von der Rotationsachse des Rotors entfernt liegenden Kanten der Kühlplatten; oder dass die beiden näher an der
Rotationsachse des Rotors liegenden Kanten weiter voneinander entfernt sind, als die beiden weiter von der Rotationsachse des Rotors entfernt liegenden Kanten der Kühlplatten. Mit einer derartigen Anordnung von Kühlplatten 30-1 , 30-2, lassen sich Kühlkanäle definieren, die sich in radialer Richtung verjüngen oder erweitern.

Claims

Patentansprüche
1. Innenbelüfteter Rotor (1) umfassend mindestens zwei über mindestens ein Kühlelement (3) miteinander verbundene Scheibenelemente (2),
wobei das mindestens eine Kühlelement (3) ein textiles Gebilde (4) aufweist, das sich aus einem Scheibenelementkontaktbereich (31) des Kühlelements (3), mit dem das Kühlelement (3) mit einem Scheibenelement (2) in Kontakt steht, bis in einen anderen Scheibenelementkontaktbereich (32) des Kühlelements (3) erstreckt, mit dem das Kühlelement (3) mit einem anderen Scheibenelement (2) in Kontakt steht.
2. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 1 ,
wobei das textile Gebilde (4) parallel verlaufende Fasern (5) umfasst und mindestens eine der parallel verlaufenden Fasern (5) sich aus dem einen Scheibenelement kontaktbereich (31) des Kühlelements (3) bis in den anderen Scheibenelement kontaktbereich (32) des Kühlelements (3) erstreckt.
3. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 2,
wobei das textile Gebilde (4) ein Gelege (41) oder ein Gewebe (42) ist und eine Vielzahl von darin parallel verlaufenden Fasern (5) sich aus dem einen Scheiben elementkontaktbereich (31) des Kühlelements (3) bis in den anderen Scheiben elementkontaktbereich (32) des Kühlelements (3) erstrecken.
4. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei das textile Gebilde (4)
und/oder die parallel verlaufenden Fasern (5) Carbonfasern, Siliciumcarbidfasern, Bornitridfasern oder deren Gemische umfassen.
5. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 1 ,
wobei das mindestens eine Kühlelement (3) eine Kühlplatte (30) ist.
6. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 1 ,
wobei das Verhältnis der dem Innenraum der Bremsscheibe zugewandten Kühloberfläche A des Kühlelements (3), z.B. der Kühlplatte, zum Volumen V des dem Innenraum der Bremsscheibe zugewandten Abschnitt des Kühlelements, z.B. der Kühlplatte, mindestens 0,4 mm-1 beträgt.
7. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 1 ,
aufweisend mindestens zwei einander entgegengesetzt geneigte Kühlelemente (3-1 , 3-2), z.B. Kühlplatten (30-1 , 30-2), oder zwei einander entgegengesetzt geneigte Kühlelementbereiche (310, 320) eines Kühlelements (3).
8. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 1 ,
aufweisend mindestens ein Paar benachbarter Kühlelemente (3-1 , 3-2), z.B.
Kühlplatten (30-1 , 30-2), wobei Orthogonalprojektionen der vier Scheibenelementkontaktbereiche (31-1 , 32-1 , 31-2, 32-2) in die jeweilige innenliegende Oberfläche (21 , 22) des mit dem jeweiligen Scheibenelementkontaktbereich in Kontakt stehenden Scheibenelements vier Projektionsflächen (A31-1 , A32-1, A31-2, A32-2) definieren und vier innerhalb der Projektionsflächen liegende Punkte (P31-1 , P32-1, P31-2, P32-2) die Ecken eines Trapezes definieren.
9. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 1 ,
wobei das mindestens eine Kühlelement (3) mindestens drei Scheibenelementkontaktbereiche (31 , 32, 33) aufweist, mindestens zwei Scheibenelementkontaktbereiche (31 , 33) mit dem einen Scheibenelement (2) in Kontakt stehen und ein entlang des Kühlelements zwischen diesen Scheibenelementkontaktbereichen (31 , 33) liegender Scheibenelementkontaktbereich (32) mit dem anderen Scheibenelement (2) in Kontakt steht und das textiles Gebilde (4) sich durch den Scheibenelementkontaktbereich (32) hindurch erstreckt, der entlang des Kühlelements zwischen den anderen Scheibenelementkontaktbereichen (31 , 33) liegt.
10. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 9, wobei Orthogonalprojektionen der drei Scheibenelementkontaktbereiche (31 , 32, 33) in die jeweilige innenliegende Oberfläche (21 , 22) des mit dem jeweiligen Scheiben elementkontaktbereich in Kontakt stehenden Scheibenelements drei Projektionsflächen (A31 , A32, A33) definieren und je ein innerhalb der Projektionsflächen (A31 , A33) liegender Punkt (P31 , P33) mit zwei innerhalb der Projektionsfläche (A32) liegenden Punkten (P32a, P32b) die Ecken eines Trapezes definieren.
11. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 8 oder 10, wobei je zwei der vier vom Trapez eingeschlossenen Winkel gleich groß sind und/oder die kürzere der beiden parallel verlaufenden Seiten des Trapezes höchstens 10 % der Gesamtlänge aller vier Kanten des Trapezes einnimmt.
12. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 1 ,
wobei die Scheibenelementkontaktbereiche in Aussparungen der beiden Scheiben elemente (2) verlaufen.
13. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 1 ,
wobei mindestens ein Scheibenelement (2) einen Keramikfaserverbund umfasst.
14. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 1 ,
wobei eine Stoff- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen Scheibenelement kontaktbereichen (31 , 32) und Scheibenelementen (2) durch eine Siliciumcarbid ent haltende Matrix gebildet ist, in die das Gebilde (4) eingebettet ist und die sich bis in die beiden Scheibenelemente (2) erstreckt.
15. Innenbelüfteter Rotor (1) nach Anspruch 1 ,
wobei die Zahl der Scheibenelemente (2) zwei beträgt und beide Scheibenelemente (2) Reibscheibenelemente sind.
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